KR102509560B1 - 풍력발전용 로터 장치 및 이를 구비하는 풍력발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트와 반경방향으로 이격되어서 배치되는 복수개의 블레이드들; 상기 회전 샤프트와 이격된 상태로 상기 회전 샤프트의 주위를 에워싸며 상기 복수개의 블레이드들이 바깥쪽으로 연장되도록 결합되는 블레이드 결합 구조물; 및 상기 블레이드 결합 구조물을 로프를 이용하여 상기 회전 샤프트에 결합시키는 로프 결합 구조물을 포함하는 풍력발전용 로터 장치 및 이를 구비하는 풍력발전기가 제공된다.
Description
본 발명은 풍력발전에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전용 로터 장치 및 이를 구비하는 풍력발전기에 관한 것이다.
전기를 생산하는 대표적인 발전 형태로는 화석연료를 에너지원으로 사용하는 화력발전과 핵분열을 이용하는 원자력발전이 있는데, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용하기 때문에 공해유발 및 막대한 건설비의 문제가 있고, 원자력발전은 방사능 누출의 위험 및 폐기물 처리의 문제가 있다. 그에 따라, 최근에는 기존의 화력발전이나 원자력발전에서 탈피하여 풍력, 조력, 수력, 태양광 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 이용하는 발전 형태에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 일반으로 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 발전기가 설치되는 나셀(nacelle)과, 나셀을 지지하는 타워로 구성된다.
통상적인 풍력발전기의 로터는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람 에너지에서 유용한 공력 토크를 발생시키는 복수개의 블레이드(blade)와, 복수개의 블레이드가 연결되는 허브(hub)를 구비한다. 최근 풍력발전기의 전기 발생량을 증가시키기 위하여 블레이드가 대형화되고 있는 추세이지만, 구조적 문제 및 효율 등 문제로 블레이드를 대형화하는 것만으로는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력발전용 로터 장치 및 이를 구비하는 풍력발전기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트와 반경방향으로 이격되어서 배치되는 복수개의 블레이드들; 상기 회전 샤프트와 이격된 상태로 상기 회전 샤프트의 주위를 에워싸며 상기 복수개의 블레이드들이 바깥쪽으로 연장되도록 결합되는 블레이드 결합 구조물; 및 상기 블레이드 결합 구조물을 로프를 이용하여 상기 회전 샤프트에 결합시키는 로프 결합 구조물을 포함하는 풍력발전용 로터 장치 및 이를 구비하는 풍력발전기가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 회전 샤프트와 이격된 상태로 회전 샤프트를 둘러싸는 블레이드 결합 구조물에 복수개의 블레이드들이 바깥쪽에 배치되도록 결합되고, 블레이드 결합 구조물이 회전 샤프트에 로프에 의해 지지되어서 결합되며, 바람 안내 구조물에 의해 블레이드 안쪽으로 향하는 바람이 블레이드 쪽으로 증가된 풍속으로 안내되므로 종래의 허브와 블레이드로 이루어지는 로터에 비해 발전 효율이 향상된다.
또한, 바람 안내 구조물의 확장막부가 개폐 조절부에 의해 개방될 수 있기 때문에, 강풍에 의한 손상이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 사시도로서, 정면측에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기의 사시도로서, 배면측에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 풍력발전기에서 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 풍력발전기의 측면도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 풍력발전기의 정면도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 풍력발전기의 배면도로서, 바람 안내부 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 풍력발전기의 로터 장치의 사시도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 풍력발전기의 제1 나셀 및 주변 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 풍력발전기의 제2 나셀 및 주변 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 풍력발전기의 바람 안내 구조물의 작동을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기의 사시도로서, 배면측에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 풍력발전기에서 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 풍력발전기의 측면도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 풍력발전기의 정면도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 풍력발전기의 배면도로서, 바람 안내부 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 풍력발전기의 로터 장치의 사시도로서, 바람 안내 구조물을 제거하고 도시한 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 풍력발전기의 제1 나셀 및 주변 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 풍력발전기의 제2 나셀 및 주변 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 풍력발전기의 바람 안내 구조물의 작동을 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(100)는 기초 구조물(110)과, 기초 구조물(110)에 설치되는 제1 타워(120)와, 제1 타워(120)에 설치되는 수직 날개(125)와, 제1 타워(120)에 설치되는 제1 나셀(nacelle)(130)과, 기초 구조물(110)에 설치되는 제2 타워(140)와, 제2 타워(140)에 설치되는 제2 나셀(150)과, 제1 나셀(130) 및 제2 나셀(150)에 결합되는 로터 장치(160)를 포함한다.
기초 구조물(110)은 풍력발전기(100)의 나머지 구성인 제1 타워(120), 수직 날개(125), 제1 나셀(130), 제2 타워(140), 제2 나셀(150) 및 로터 장치(160)를 아래에서 지지한다. 본 실시예에서는 기초 구조물(110)은 풍력발전기(100)가 수상에 부유하도록 부력을 제공하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 기초 구조물은 육상 또는 수상에 고정되는 것일 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 본 실시예에 따른 기초 구조물(110)은 3개의 부유 기둥들(111)들과, 3개의 부유 기둥들(111)을 연결하는 연결 구조체(112)와, 연결 구조체(112)의 일측에서 돌출된 형태로 형성되는 터릿(turret)(113)과, 터릿(113)에 연결되는 계류 로프(mooring rope)(114)와, 터릿(113)에 연결되는 해저 전력선(115)을 구비한다.
3개의 부유 기둥들(111)은 수면 상에서 삼각형의 세 꼭지점을 형성하는 위치에 배치되도록 서로 이격되어서 위치하고, 3개의 부유 기둥들(111) 각각이 내부에 물을 충수하거나 배수함으로써, 풍력발전기(100)가 해상에서 치우치거나 쓰러지지 않도록, 능동적으로 무게중심을 맞추어 자세를 제어하는 역할을 한다. 부유 기둥(111)의 아래에서 로터 장치(160)의 불규칙한 풍하중에 따른 거동 및 기초 구조물(110)의 불규칙한 수면 파력으로부터 오는 파하중에 따른 거동은 모두 풍력발전기(100)의 불규칙한 거동을 형성하게 되는데, 에너지를 투입하지 않고 물의 항력을 효과적으로 이용하여 수동적으로 감쇠시키는 역할을 하는 수항력판(111a)이 3개의 부유 기둥들(111) 각각에 설치된다.
연결 구조체(112)는 3개의 부유 기둥들(111)을 연결한다. 본 실시예에서 연결 구조체(112)는 트러스 구조인 것으로 설명한다. 연결 구조체(112)의 중심 수심 하부에는 파향가변타(112a)가 구비된다.
파향가변타(112a)는 일반적으로 해류의 방향성은 해수심 일정 부분까지 해상의 풍향과 유사하게 흐르고, 이 유동 에너지를 이용하여 풍력발전기(100)가 항상 바람을 향하도록 하여 전력생산 효율을 높인다.
터릿(113)은 연결 구조체(112)의 일측에서 돌출된 형태로 형성된다. 터릿(113)은 바람의 운동에너지를 최대한 받기 위한 방향으로 기초 구조물(110)을 터릿(113) 중심으로 회전할 때, 계류 로프(114) 및 해저 전력선(115)은 회전하지 않고 고정될 수 있도록 유지하면서도 기초 구조물(110)이 해류에 의해 떠내려가거나 현 위치에서 크게 벗어나지 않도록 위치를 유지하는 역할을 한다.
계류 로프(114)는 터릿(113)에 연결된다. 계류 로프(114)의 끝단은 해저면에 고정되기 때문에, 풍력발전기(100)가 현 위치에서 터릿(113)을 중심으로 회전하거나 어느 정도 반경에 대해서는 이동할 수 있지만, 현 위치를 크게 벗어나거나 떠내려가지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 터릿(113)을 중심으로 기초 구조물(110)이 회전할 때, 계류 로프(114)가 연결 구조체(112)의 하부에 걸려 회전 운동을 방해할 수 있기 때문에 이 부분은 기초 구조물(110)의 중심부로 이동시켜 회전운동을 원활하게 할 수 있는 구조를 갖는다.
제1 타워(120)는 기초 구조물(110)로부터 위로 기둥형태로 연장되어서 형성되며, 제2 타워(140)와는 일정 거리 이격되어서 위치한다. 구체적으로 제1 타워(120)는 터릿(113)보다 약간 후방에 위치한다. 제1 타워(120)에는 수직 날개(125) 및 제1 나셀(130)이 고정되어서 설치된다.
수직 날개(125)는 제1 타워(120)로부터 후방 즉, 제2 타워(140) 쪽으로 연장된다. 수직 날개(125)는 수직으로 세워진 판상의 형태로서, 제1 타워(120)에 고정되도록 설치된다. 수직 날개(125)는 풍력발전기(100)가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 하는 힘을 제공한다. 수직 날개(125)는 2개의 날개 지지대들(127)에 의해 구조적으로 지지된다. 2개의 날개 지지대들(127) 각각은 수직 날개(125)를 사이에 두고 양측에 위치하며, 기초 구조물(110)과 수직 날개(125) 사이에 연장된다.
제1 나셀(130)은 제1 타워(120)의 상단에 설치된다. 도 8에는 제1 나셀(130)의 내부 구조가 도시되어 있다. 도 8을 함께 참조하면, 제1 나셀(130)은 직결되는 복수개의 제1 발전기들(131)을 구비한다. 복수개의 제1 발전기들(131)은 로터 장치(160)와 결합된다. 로터 장치(160)의 회전에 의해 복수개의 제1 발전기들(131) 각각에서 전기가 생산된다. 풍속이 충분히 높을 경우에는 복수개의 제1 발전기들(131) 각각에서 전기가 생산되지만, 풍속이 낮을 경우에는 연결된 복수개의 제1 발전기(131)들이 오히려 발전 효율을 떨어뜨리는 하중으로 작용할 수 있으므로 풍속에 따라 일부가 전기적으로 분리될 수 있다.
제2 타워(140)는 기초 구조물(110)로부터 위로 기둥형태로 연장되어서 형성되며, 제1 타워(120)와는 일정 거리 이격되어서 위치한다. 구체적으로 제2 타워(140)는 제1 타워(120)보다 후방에 위치한다. 즉, 전방으로부터 후방 쪽으로 터릿(113), 제1 타워(120), 제2 타워(140)의 순서로 위치하게 된다. 제2 타워(140)에는 제2 나셀(150)이 고정되어서 설치된다.
다시 도 1 내지 도 6을 참조하면, 제2 나셀(150)은 제2 타워(140)의 상단에 설치된다. 도 9에는 제2 나셀(150)의 내부 구조가 도시되어 있다. 도 9를 함께 참조하면, 제2 나셀(150)은 직결되는 복수개의 제2 발전기들(151)을 구비한다. 복수개의 제2 발전기들(151)은 로터 장치(160)와 결합된다. 로터 장치(160)의 회전에 의해 복수개의 제2 발전기들(151) 각각에서 전기가 생산된다. 풍속이 충분히 높을 경우에는 복수개의 제2 발전기들(151) 각각에서 전기가 생산되지만, 풍속이 낮을 경우에는 연결된 복수개의 제2 발전기(151)들이 오히려 발전 효율을 떨어뜨리는 하중으로 작용할 수 있으므로 풍속에 따라 일부가 전기적으로 분리될 수 있다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 로터 장치(160)는 제1 나셀(130) 및 제2 나셀(150)에 회전 가능하게 결합된다. 로터 장치(160)는 풍력에 의해 회전하며, 로터 장치(160)에 의해 발생한 회전력은 제1 나셀(130)의 복수개의 제1 발전기들(131)과 제2 나셀(150)의 제2 발전기들(151)들로 전달되어서 전기 생산에 이용된다.
로터 장치(160)는 제1 나셀(130)과 제2 나셀(150)의 사이에 연장되어서 축회전하는 회전 샤프트(161)와, 복수개의 블레이드들(168)과, 복수개의 블레이드들(168)이 결합되고 회전 샤프트(161)의 주위를 에워싸는 블레이드 결합 구조물(170)과, 블레이드 결합 구조물(170)을 로프를 이용하여 회전 샤프트(161)에 결합시키는 로프 결합 구조물(180)과, 바람을 복수개의 블레이드들(168) 쪽으로 안내하는 바람 안내 구조물(190)을 구비한다.
회전 샤프트(161)는 제1 나셀(130)과 제2 나셀(150)의 사이에서 대체로 수평으로 연장되어서 축회전한다. 회전 샤프트(161)의 양단은 각각 제1 나셀(130)과 제2 나셀(150)에 각각 결합되며, 회전 샤프트(161)의 회전은 제1 나셀(130)의 복수개의 제1 발전기들(131)과 제2 나셀(150)의 복수개의 제2 발전기들(151)로 전달된다. 회전 샤프트(161)에 블레이드 결합 구조물(170)가 로프 결합 구조물(180)에 의해 안정적으로 결합된다.
복수개의 블레이드들(168)은 회전 샤프트(161)를 중심으로 원주방향을 따라서 등간격으로 이격되어서 배치된다. 또한, 복수개의 블레이드들(168) 각각은 회전 샤프트(161)로부터 원주방향을 따라서 동일한 거리만큼 이격되어서 위치한다. 복수개의 블레이드들(168) 각각은 회전 샤프트(161)를 중심으로 반경방향을 따라서 연장되어서 형성된다. 복수개의 블레이드들(168) 각각은 블레이드 결합 구조물(170)에 반경방향 안쪽 끝단부인 뿌리 부분이 결합된다. 복수개의 블레이드들(168)은 풍속에 따라서 피치가 조절되도록 제어된다. 블레이드(168)의 구체적인 구성은 풍력발전기에서 통상적으로 사용되는 구성의 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
블레이드 결합 구조물(170)은 회전 샤프트(161)와 이격된 상태로 회전 샤프트(161)의 주위를 원주 형태로 에워싼다. 본 실시예에서는 블레이드 결합 구조물(170)이 회전 샤프트(161)를 중심으로 하는 원주 형태인 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 블레이드 결합 구조물(170)은 회전 샤프트(161)를 중심으로 하는 제1 링 부재(171)와, 회전 샤프트(161)를 중심으로 하는 제2 링 부재(172)와, 회전 샤프트(161)를 중심으로 하는 제3 링 부재(173)와, 3개의 링 부재(171, 172, 173)를 결합하는 링 결합 구조체(177)와, 복수개의 블레이드들(168) 각각이 결합되는 복수개의 블레이드 결합부들(178)을 구비한다. 블레이드 결합 구조물(170)은 회전 샤프트(161)의 연장 구간 상에서 제1 나셀(130)보다 제2 나셀(150)에 더 가깝게 위치한다.
제1 링 부재(171)는 회전 샤프트(161)를 중심으로 하며 회전 샤프트(161)와 이격되어서 회전 샤프트(161)의 둘레 방향을 따라서 연장되는 링 형태의 구조 부재이다. 제1 링 부재(171)는 링 결합 구조체(177)에 의해 제2 링 부재(172) 및 제3 링 부재(173)와 결합된다.
제2 링 부재(172)는 회전 샤프트(161)를 중심으로 하며 회전 샤프트(161)와 이격되어서 회전 샤프트(161)의 둘레 방향을 따라서 연장되는 링 형태의 구조 부재이다. 제2 링 부재(172)는 제1 링 부재(171)와 동일한 크기로 이루어지며, 제1 링 부재(171)보다 제2 나셀(150) 쪽에 가깝게 위치한다. 제2 링 부재(172)는 링 결합 구조체(177)에 의해 제1 링 부재(171) 및 제3 링 부재(172)와 결합된다.
제3 링 부재(173)는 회전 샤프트(161)를 중심으로 하며 회전 샤프트(161)와 이격되어서 회전 샤프트(161)의 둘레 방향을 따라서 연장되는 링 형태의 구조 부재이다. 제3 링 부재(172)는 제1 링 부재(171) 및 제2 링 부재(172)보다 작은 크기로 이루어지며, 제1 링 부재(171)와 제2 링 부재(172)의 사이 중간에 위치한다. 즉, 제1 나셀(130) 측에서 제2 나셀(150) 쪽으로 가면서 제1 링 부재(171), 제3 링 부재(173), 제2 링 부재(172) 순으로 이격되어서 배치된다.
링 결합 구조체(177)는 제1 링 부재(171), 제2 링 부재(172) 및 제3 링 부재(173)를 일체로 결합시킨다. 본 실시예에서 링 결합 구조체(177)는 트러스 구조인 것으로 설명한다.
복수개의 블레이드 결합부들(178)은 링 결합 구조체(177)에 원주방향을 따라서 등간격으로 이격되어서 배치된다. 복수개의 블레이드 결합부들(178) 각각에 블레이드(168)가 결합된다. 블레이드 결합부들(178) 각각은 제3 링 부재(173)와 결합되어서 지지된다. 도시되지는 않았으나, 복수개의 블레이드 결합부들(178) 각각에는 결합되는 블레이드(168)의 피치를 풍속에 따라서 제어하기 위한 피치 제어부가 구비된다.
로프 결합 구조물(180)은 로프를 이용하여 블레이드 결합 구조물(170)을 회전 샤프트(161)에 결합시킨다. 로프 결합 구조물(180)은 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 연결하는 복수개의 제1 주 로프들(181)과, 회전 샤프트(161)에 형성되어서 복수개의 제1 주 로프들(181)들이 결합되는 제1 주 로프 결합부(162)와, 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 연결하는 복수개의 제2 주 로프들(182)과, 회전 샤프트(161)에 형성되어서 복수개의 제2 주 로프들(182)이 제2 주 로프 결합부(163)와, 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 연결하는 복수개의 제3 주 로프들(183)과, 회전 샤프트(161)에 형성되어서 복수개의 제3 주 로프들(183)이 결합되는 제2 주 로프 결합부(163)와, 제1 주 로프들(181) 각각과 회전 샤프트(161)를 연결하는 복수개 보조 로프들(187)과, 회전 샤프트(161)에 형성되어서 복수개의 보조 로프들(187)이 결합되는 복수개의 보조 로프 결합부들(164)을 구비한다.
복수개의 제1 주 로프들(181)은 회전 샤프트(161)에 대해 방사상으로 배치되어서 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 최대한 팽팽한 상태로 연결한다. 제1 주 로프들(181) 각각은 결합 구조물(170)로부터 회전 샤프트(161)의 제1 단부(132)(제1 나셀(130)과 결합되는 단부) 쪽으로 회전 샤프트(161)에 대해 경사지게 연장된다. 제1 주 로프들(181)들 각각의 양단은 제1 링 부재(181)와 회전 샤프트(161)에 형성된 제1 주 로프 결합부(162)에 결합되어서 고정된다. 복수개의 제1 주 로프들(181) 각각에는 복수개의 보조 로프들(187)이 연결된다.
제1 주 로프 결합부(162)는 회전 샤프트(161)의 제1 단부(132)에 인접하여 위치하며 회전 샤프트(161)에 고정되어서 회전 샤프트(161)와 함께 회전한다. 제1 주 로프 결합부(162)에는 복수개의 제1 주 로프들(181)들 각각이 결합된다. 제1 주 로프 결합부(162)는 회전 샤프트(161)보다 반경방향 바깥으로 외주가 확장된 형태로서, 제1 주 로프 결합부(162)의 외주에 제1 주 로프들(181) 각각이 결합된다. 제1 주 로프 결합부(162)는 복수개의 제1 주 로프들(181)이 회전 샤프트(161)에 결합될 수 있는 충분한 공간을 제공한다.
복수개의 제2 주 로프들(182)은 회전 샤프트(161)에 대해 방사상으로 배치되어서 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 최대한 팽팽한 상태로 연결한다. 제2 주 로프들(182) 각각은 결합 구조물(170)로부터 회전 샤프트(161)의 제2 단부(152)(제2 나셀(150)과 결합되는 단부) 쪽으로 회전 샤프트(161)에 대해 경사지게 연장된다. 제2 주 로프들(182)들 각각의 양단은 제2 링 부재(182)와 회전 샤프트(162)에 형성된 제2 주 로프 결합부(163)에 결합되어서 고정된다.
제2 주 로프 결합부(163)는 회전 샤프트(161)의 제2 단부(152)에 인접하여 위치하며 회전 샤프트(161)에 고정되어서 회전 샤프트(161)와 함께 회전한다. 제2 주 로프 결합부(163)에는 복수개의 제2 주 로프들(182)들 각각이 결합된다. 제2 주 로프 결합부(163)는 회전 샤프트(161)보다 반경방향 바깥으로 외주가 확장된 형태로서, 제2 주 로프 결합부(163)의 외주에 복수개의 제2 주 로프들(182) 및 복수개의 제3 주 로프들(183)들 각각이 결합된다. 제2 주 로프 결합부(163)는 복수개의 제2 주 로프들(182) 및 복수개의 제3 주 로프들(183)들이 회전 샤프트(161)에 결합될 수 있는 충분한 공간을 제공한다.
복수개의 제3 주 로프들(183)은 회전 샤프트(161)에 대해 방사상으로 배치되어서 블레이드 결합 구조물(170)과 회전 샤프트(161)를 최대한 팽팽한 상태로 연결한다. 제3 주 로프들(183) 각각은 결합 구조물(170)로부터 회전 샤프트(161)의 제2 단부(152)(제2 나셀(150)과 결합되는 단부) 쪽으로 회전 샤프트(161)에 대해 경사지게 연장된다. 제3 주 로프들(183) 각각의 양단은 제3 링 부재(173) 또는 제3 링 부재(173) 상에 위치하는 블레이드 결합부(178)와 회전 샤프트(161)에 형성된 제2 주 로프 결합부(163)에 결합되어서 고정된다.
복수개의 보조 로프들(187) 각각은 제1 주 로프들(181) 각각과 회전 샤프트(161)를 최대한 팽팽한 상태로 연결한다. 복수개의 보조 로프들(187)들 각각은 회전 샤프트(161)와 대체로 직각을 이루도록 체결된다. 하나의 제1 주 로프(181)에 대해 복수개의 보조 로프들(187) 각각이 회전 샤프트(161)의 길이방향을 따라서 차례대로 이격되어서 배치된다. 하나의 제1 주 로프(181)에 연결되는 복수개의 보조 로프들(187) 각각의 양단은 제1 주 로프(181)와 복수개의 보조 로프 결합부들(164) 각각에 결합되어서 고정된다. 복수개의 보조 로프들(187)들은 회전 샤프트(161)의 처짐을 방지하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 보조 로프들(187)이 제1 주 로프들(181)에만 연결되는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 주 로프(182) 및 제3 주 로프(183)에 충분한 공간이 형성되는 경우에는 제2 주로프(182) 또는 제3 주 로프(183)에도 보조 로프들이 연결될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
복수개의 보조 로프 결합부들(164) 각각은 회전 샤프트(161)의 길이방향을 따라서 차례대로 이격되어서 위치하며 회전 샤프트(161)에 고정되어서 회전 샤프트(161)와 함께 회전한다. 복수개의 보조 로프 결합부들(164) 각각에는 복수개의 보조 로프들(187)들 각각이 결합된다. 복수개의 보조 로프 결합부들(164) 각각은 회전 샤프트(161)보다 반경방향 바깥으로 외주가 확장된 형태로서, 복수개의 보조 로프 결합부들(164) 각각의 외주에 복수개의 보조 로프들(187) 각각이 결합된다. 보조 로프 결합부들(164)은 복수개의 보조 로프들(187)이 회전 샤프트(161)에 결합될 수 있는 충분한 공간을 제공한다.
본 실시예에서는 로프 결합 구조물(180)에 사용되는 로프(181, 182 ,183, 184)로 철와이어 대비 인장강도가 10배 강하면서도 4배 가벼운 탄소섬유 로프 또는 아라미드(케블라) 로프가 사용되는 것으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 바람 안내 구조물(190)은 블레이드 결합 구조물(170)의 전방에 설치되어서, 전방으로부터 불어오는 바람을 반경방향 바깥쪽으로 유도하여 복수개의 블레이드들(168) 쪽으로 안내한다. 도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 바람 안내 구조물(190)은 회전 샤프트(161)의 제1 단부(132) 측으로부터 제2 단부(152) 쪽으로 갈수록 확장되는 형태를 갖는 확장막부(191)와, 확장막부(191)를 좁은 선단부에서 지지하는 선단측 지지링(190a)과, 확장막부(191)를 넓은 후단부에서 지지하는 후단측 지지링(190b)과, 확장막부(191)를 개폐하는 개폐 조절부(196)를 구비한다.
확장막부(191)는 블레이드 결합 구조물(170)의 전방에서 블레이드 결합 구조물(170)의 내부 영역을 막는다. 확장막부(191)는 전방인 회전 샤프트(161)의 제1 단부(132) 쪽으로 갈수록 좁아지도록 경사진다. 그에 따라, 전방으로부터 불어오는 바람은 확장막부(191)에 의해 반경방향 바깥으로 유도되어서 복수개의 블레이드들(168)이 위치하는 영역으로 안내된다. 확장막부(191)의 좁은 선단부는 대체로 제1 주 로프 결합부(162)에 대응하여 위치되며, 확장막부(191)의 넓은 후단부는 대체로 제1 링 부재(171)에 대응하여 위치한다. 바람이 확장막부(191)를 통해 반경방향 바깥쪽으로 유도되는 과정에서 풍속이 증가하여 발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 확장막부(191)에 작용하는 풍압에 의해 풍력 발전기(100)는 바람이 불어오는 방향으로 향할 수 있다. 확장막부(191)는 원주방향을 따라서 차례대로 배치되는 복수개의 단위 막부재들(192)을 구비한다. 복수개의 단위 막부재들(192)들 각각은 선단부보다 후단부의 길이가 긴 대체로 부채꼴 형상으로서, 원주방향을 따라서 연결되도록 형성되어서 확장막부(191)를 구성한다. 단위 막부재(192)의 선단부는 선단측 지지링(190a)에 결합되어서 고정되며, 단위 막부재(192)의 후단부는 후단측 지지링(190b)에 결합된다. 단위 막부재(192)의 후단부 일측(194)은 후단측 지지링(190b)에 고정되고, 나머지는 후단측 지지링(190b)에 이동가능하게 링(195)과 같은 결합 수단을 이용하여 결합된다.
선단측 지지링(190a)에는 복수개의 단위 막부재들(192) 각각의 선단측이 결합되며, 후단측 지지링(190b)에는 복수개의 단위 막부재들(192) 각각의 후단측이 결합된다.
개폐 조절부(196)는 복수개의 단위 막부재들(192) 각각을 원주방향을 따라서 이동시켜서 확장막부(191)를 개폐한다. 개폐 조절부(196)는 복수개의 단위 막부재(192)에 결합된 이동 링들(195)에 고정된 견인 와이어(197)를 구비한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 견인 와이어(197)를 이동시킴에 따라, 이동 링들(195)이 이동하여 단위 막부재들(192) 각각이 열리고 닫힐 수 있다. 태풍 등으로 강풍이 예상되는 경우에는 개폐 조절부(196)를 이용하여 확장막부(191)를 열어서 바람이 통과할 수 있도록 하여 손상을 방지한다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 풍력발전기 110 : 기초 구조물
120 : 제1 타워 125 : 수직 날개
130 : 제1 나셀 131 : 제1 발전기들
132 : 제1 단부 140 : 제2 타워
150 : 제2 나셀 160 : 로터 장치
161 : 회전 샤프트 162 : 제1 주 로프 결합부
163 : 제2 주 로프 결합부 164 : 보조 로프 결합부들
168 : 블레이드 170 : 블레이드 결합 구조물
171 : 제1 링 부재 172 : 제2 링 부재
173 : 제3 링 부재 177 : 링 결합 구조체
178 : 블레이드 결합부 180 : 로프 결합 구조물
181 : 제1 주 로프 182 : 제2 주 로프
183 : 제3 주 로프 187 : 보조 로프
190 : 바람 안내 구조물 190a : 선단측 지지링
190b : 후단측 지지링 191 : 확장막부
192 : 단위 막부재 195 : 이동링들
196 : 개폐 조절부 197 : 견인 와이어
120 : 제1 타워 125 : 수직 날개
130 : 제1 나셀 131 : 제1 발전기들
132 : 제1 단부 140 : 제2 타워
150 : 제2 나셀 160 : 로터 장치
161 : 회전 샤프트 162 : 제1 주 로프 결합부
163 : 제2 주 로프 결합부 164 : 보조 로프 결합부들
168 : 블레이드 170 : 블레이드 결합 구조물
171 : 제1 링 부재 172 : 제2 링 부재
173 : 제3 링 부재 177 : 링 결합 구조체
178 : 블레이드 결합부 180 : 로프 결합 구조물
181 : 제1 주 로프 182 : 제2 주 로프
183 : 제3 주 로프 187 : 보조 로프
190 : 바람 안내 구조물 190a : 선단측 지지링
190b : 후단측 지지링 191 : 확장막부
192 : 단위 막부재 195 : 이동링들
196 : 개폐 조절부 197 : 견인 와이어
Claims (5)
- 회전 샤프트;
상기 회전 샤프트와 반경방향으로 이격되어서 배치되는 복수개의 블레이드들;
상기 회전 샤프트와 이격된 상태로 상기 복수개의 블레이드들이 바깥쪽으로 연장되도록 결합되는 블레이드 결합 구조물; 및
상기 블레이드 결합 구조물의 내부 영역 쪽으로 불어오는 바람을 상기 블레이드 결합 구조물의 바깥 영역 쪽으로 유도하는 바람 안내 구조물을 포함하고,
상기 바람 안내 구조물은,
상기 블레이드 결합 구조물의 내부 영역을 막으며, 상기 회전 샤프트의 제1 단부 쪽으로 갈수록 좁아지도록 경사지는 확장막부를 구비하고,
상기 확장막부는 원주방향을 따라서 차례대로 배치되며 연속적으로 이어지는 복수개의 단위 막부재들을 구비하는,
풍력발전용 로터 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 바람 안내 구조물은,
상기 복수개의 단위 막부재들 각각을 열고 닫을 수 있도록 견인하는 견인 와이어를 더 구비하는,
풍력발전용 로터 장치. - 제1 타워;
상기 제1 타워와 이격되어서 위치하는 제2 타워;
상기 제1 타워와 상기 제2 타워에 회전가능하게 지지되는 로터 장치; 및
상기 로터 장치의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하며,
상기 로터 장치는 청구항 1 또는 청구항 4에 기재된 로터 장치인,
풍력발전기.
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