KR20100039319A - 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람의 흐름 방향과 수직한 축을 중심으로 회전하여 바람방향의 잦은 변화에도 효율적으로 전력을 생산하는 수직축 풍력 발전기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 블레이드와 회전 지지축 사이를 고정밀 가공이 가능한 판형의 허브와 특별히 고안된 고정구조로 연결하여 회전항력이 최소화 되며, 구조적으로 안전하면서도 고정밀 대량양산이 가능한 간편 구조를 이룰 수 있는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조는 다수 개의 블레이드를 판 형상의 판형의 일체형 허브구조 하나로 회전축과 연결시키기 때문에 양산시 제품조립에 소요되는 시간을 최소화 하면서도 판형 구조에 미리 블레이드의 정확한 장착위치 및 장착각도가 고정밀도로 지정되어 있기 때문에 블레이드 시스템 전체의 조립제작 정밀도 관리를 매우 용이하게 할 수 있다.
또한 암 구조물로 인한 회전 항력을 최소화하여 풍력 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 구성이 간단하여 조립 및 분해가 용이하기 때문에 파트로 운반하여 현장에서 조립이 용이하고, 제작 단가 및 유지 보수비용을 경감하고 재활용성을 증대시킬 수 있다.
또한 견고한 허브구조가 추가로 요구되는 경우는 판형 허브구조를 필요한 만큼만 겹겹이 포개어 장착함으로써 용이한 해결이 가능하다.
마지막으로 무게가 보다 가벼워지기 때문에 회전관성력이 낮아져 블레이드의 고속 회전에 따른 회전 관성하중 효과가 줄어들어 블레이드 지지를 위한 추가 구성이 생략되는 효과가 있다.

Description

수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조{Plate Type Hub and Fixing Structure for Vertical Axis Wind Power Generator}
본 발명은 바람의 흐름 방향과 수직한 축을 중심으로 회전하여 바람방향의 잦은 변화에도 효율적으로 전력을 생산하는 수직축 풍력 발전기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 블레이드와 회전 지지축 사이를 고정밀 가공이 가능한 판형의 허브와 특별히 고안된 고정구조로 연결하여 회전항력이 최소화 되며, 구조적으로 안전하면서도 고정밀 대량양산이 가능한 간편 구조를 이룰 수 있는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조에 관한 것이다.
수직축 풍력 발전기는 수평축 발전기에 비해 풍향변화에 상관없는 안정적인 효율, 바람의 심한 난류특성에 대한 우수한 발전효과, 상대적으로 낮은 운용 회전속도에 따른 저소음 및 블레이드를 고정하는 암 및 허브구조를 매우 안전하게 설계할 수 있는 점 등의 다양한 장점이 있다. 하지만, 이러한 장점에도 불구하고 수직축 풍력발전기는 회전축에서 암 길이만큼 떨어진 무게중심, 블레이드 길이방향 불균형 질량분포 및 각 블레이드의 무게 차이 가능성에 기인한 편심문제로 진동안정성 문제의 유발가능성과 진동 방지를 위한 강건한 구조설계 및 제작 요구로 상대적으로 가격이 비싸지는 단점이 있다.
일반적인 수직축 풍력 발전기의 구성은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 블레이드(1), 암(arm) 형태로 형성되어 블레이드를 지지하는 블레이드 지지대(2), 허브(3)에 의해 상기 블레이드 지지대(2)와 결합되는 마스트(Mast) 형태의 회전축(4)을 포함하여 이루어지는 회전 중심부와 및 베어링 연결 없이 회전 중심부와 직접연결 또는 증속을 위해 벨트나 기어박스로 연결 가능한 전기발전기(5)로 이루어진다. 상기 회전 중심부에는 유동 흐름에 허브하우징 효과를 더하기 위해 실린더 형태로 형성되어 회전 중심부를 감싸는 형태로 구비되는 외부 덮개(6)가 추가로 구비될 수 있다. 또한, 일반적으로 상기 블레이드 지지대(2) 및 상기 회전축(4)은 금속재 또는 복합재의 재질로 형성된다.
종래의 수직축 풍력 발전기는 블레이드와 회전축을 연결하기 위해 블레이드의 개수에 따라 이에 비례하는 다수 개의 지지대(Arm)를 구비해야 하고, 지지대와 회전축을 연결 및 고정하기 위한 허브구조가 추가로 구비되어야 한다.
따라서 종래의 일반적인 수직축 풍력 발전기는 다음과 같은 결점 요소를 가지고 있었다.
첫째, 다수 개의 지지대 및 허브의 구성으로 인해 회전 항력이 발생하여 풍력발전기의 효율을 저감시키게 된다.
둘째, 고속 회전 시 진동현상을 최소화 하기위해 블레이드와 결합되는 모든 지지대의 무게 및 위치를 고정밀도로 동일하게 부착 및 조립할 필요성이 있는데, 이를 위해 정밀한 기계장비를 사용하여 가공하게 되어 단가 증가와 대량 양산시스템 구축의 저해 요인이 되었다.
셋째, 구성이 복잡해져 생산단가가 높아지고, 풍력 발전기를 설치하거나 이상이 발생했을 때 분해 조립이 용이하지 않고, 최종 조립 이후에도 다수의 구조물이 부착되는 경우는 회전진동 안정화를 위한 후속적인 밸런싱(Balancing) 작업에 보다 많은 시간과 비용이 소비되는 문제점이 있었다.
이에 따라 블레이드와 회전축을 연결하는 암 구조물의 회전 항력을 최소화하고, 조립 및 분해가 용이하면서도 충분한 강성 및 강도를 가지는 구조를 정밀하면서도 용이하게 제작할 수 있어 대량 양산이 용이하며, 제작단가가 저렴하고, 유지보수 비용이 적은 수직축 풍력발전기의 허브 및 체결 구조의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 본 발명의 목적은, 수직축 풍력 발전기의 구조물 중 블레이드와 회전축을 연결하는 암 구조물과 암 구조물과 발전기를 연결하는 중심부의 마스트(Mast) 구조물을 대체할 수 있도록 레이저 절단기 등을 활용하여 허브-지지대(Arm) 일체형 정밀가공이 용이한 판형(Plate type)의 허브구조를 구성하여 기존의 블레이드 지지대 구조물에서 발생하는 회전 항력을 최소화하고 중심부 체결개념의 간소화와 동시에 판형 허브구조의 두께를 조절하거나 적층수를 증가시켜 용이하게 충분한 강성 및 강도를 가질 수 있게 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조를 제공함에 있다.
본 발명의 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조는 수직축 풍력발전기에 있어서, 회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기(10); 상하 길이방향으로 형성되는 블레이드(20); 판 형상으로 상기 발전기(10)에 연결되며 상기 블레이드(20)가 적어도 하나 이상 고정되어 상기 블레이드(20)의 회전력을 상기 발전기(10)에 전달하는 판형 허브(30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 형성되는 블레이드홀(31a)을 포함하며, 상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홀(31a)에 끼움 결합하여 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블레이드(20)가 끼워지는 상기 판형 허브(30)의 상면 또는 하면에는 상기 블레이드(20)의 기울어짐을 방지하고 고정을 견고히 하도록 보강가이드(50)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블레이드홀(31a)은 회전중심 방향으로 다수 열이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 방사상으로 형성되는 블레이드홈(31b) 및 상기 블레이드홈(31b)에 끼워지는 외부조인트(60)를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홈(31b)과 상기 외부조인트(60) 사이에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부조인트(60)는 결합 수단(70)을 통해 상기 판형 허브(30)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 방사상으로 형성되는 카트리지홀(31c) 및 상기 카트리지홀(31c)에 장착되며 블레이드홀(81)이 형성되는 카트리지(80)를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홀(81)에 끼움 결합되되, 상기 블레이드(20)의 캠버(Camber) 또는 회전 방향을 변경시킬 수 있도록 형상이 상이한 블레이드홀(81)이 형성되는 복수 개의 카트리지(80)를 구비하여 각각의 카트리지(80)가 상기 카트리지홀(31c)에 교체 장착 가능한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조는 다수 개의 블레이드를 판 형상의 판형의 일체형 허브구조 하나로 회전축과 연결시키기 때문에 양산시 제품조립에 소요되는 시간을 최소화 하면서도 판형 구조에 미리 블레이드의 정확한 장착위치 및 장착각도가 고정밀도로 지정되어 있기 때문에 블레이드 시스템 전체의 조립제작 정밀도 관리를 매우 용이하게 할 수 있다.
또한 암 구조물로 인한 회전 항력을 최소화하여 풍력 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 구성이 간단하여 조립 및 분해가 용이하기 때문에 파트로 운반하여 현장에서 조립이 용이하고, 제작 단가 및 유지 보수비용을 경감하고 재활용성을 증대시킬 수 있다.
또한 견고한 허브구조가 추가로 요구되는 경우는 판형 허브구조를 필요한 만큼만 겹겹이 포개어 장착함으로써 용이한 해결이 가능하다.
마지막으로 무게가 보다 가벼워지기 때문에 회전관성력이 낮아져 블레이드의 고속 회전에 따른 회전 관성하중 효과가 줄어들어 블레이드 지지를 위한 추가 구성이 생략되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 수직축 풍력발전기 사시도
도 2는 본 발명의 판형 허브 및 체결구조 사시도
도 3은 본 발명의 판형 허브 및 체결구조 분해사시도
도 4는 본 발명의 판형 허브 사시도
도 5는 본 발명의 보강가이드 사시도
도 6은 본 발명의 제 2실시 예의 판형 허브 분해사시도
도 7은 도 6의 부분확대도
도 8은 도 7의 결합사시도
도 9는 본 발명의 제 3실시 예의 판형 허브 평면도
도 10은 본 발명의 제 4실시 예의 판형 허브 평면도
도 11은 본 발명의 제 4실시 예의 카트리지 평면도
이하, 상기와 같은 본 발명의 제 1실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조는 발전기(10), 블레이드(20), 판형 허브(30) 및 보강가이드(50)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 발전기(10)는 회전력을 전기에너지로 전환할 수 있는 통상의 발전기가 적용되는 바 이에 대한 상세 구성은 생략한다. 상기 발전기(10)의 상단에는 상기 판형 허브(30)의 하면에 나사 또는 볼트 결합될 수 있도록 연결허브(11)가 끼워져 결합될 수 있다. 도면상에는 상기 발전기(10)와 판형 허브(30)가 연결허브(11)를 통해 결합되는 것으로 도시되어 있으나 상기 발전기(10)의 상단과 상기 판형 허브(30)의 하단을 나사 또는 볼트를 통해 직접 체결할 수도 있을 것이다. 상기 발전기(10)는 상기 판형 허브(30)의 회전 중심에 연결되어 상기 판형 허브(30)가 회전함에 따라 발전하게 된다. 상기 발전기(10)는 상단이 상기 판형 허브(30)의 하단에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 발전기(10)가 상기 판형 허브(30)의 상단에 장착될 수도 있다.
또한 상기 블레이드(20)를 보다 견고하게 고정하거나 지지하기 위한 구조강도 및 강성수준 요구에 따라 상기 판형 허브(30)의 두께를 조절하여 적용할 수 있다.
다른 방법으로 동일 형상 또는 유사 형상의 판형 허브 여러 장을 연속적으로 겹쳐 사용하거나 상기 판형 허브(30)의 중심에 수직방향으로 간격을 두어 불연속적으로 다수 개가 적용될 수 있다.
상기 블레이드(20)는 상하 길이 방향으로 형성될 수 있다. 상기 블레이드의 형상은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 통상적으로 수직 풍력발전기에 적용되는 형상을 사용하기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 블레이드(20)는 상기 판형 허브(30)에 고정되며 판형 허브(30)의 회전 중심에서 일정거리 이격되어 다수 개가 방사형으로 구성될 수 있다. 상기 블레이드(20)는 3개가 구성되는 것으로 도시되어 있으나 2개 이상 다수 개가 구성될 수 있다. 상기 블레이드(20)는 풍력에 의해 상기 판형 허브(30)에 회전력을 발생시키게 되고, 판형 허브(30)가 중심축을 기준으로 수평방향으로 회전하게 된다.
상기 판형 허브(30)는 금속재, 목재, 강화플라스틱 또는 FRP/탄소 복합재료의 판재(Plate) 형상으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 판형 허브(30)는 원형으로 도시되어 있으나 삼각, 사각, 다각형 또는 자유곡면의 유선형으로 이루어 질 수 있다. 상기 판형 허브(30)가 회전방향으로 연속된 판재 형상으로 이루어짐에 따라 점성 유동박리 효과를 최소화하여 블레이드 시스템의 회전 항력을 최소화 하는 효과가 발생한다.
상기 판형 허브(30)에는 둘레를 따라 블레이드홀(31a)이 관통 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)에는 상기 블레이드(20)가 끼워져 고정될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)은 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)을 통해 하나의 판형 허브(30)에 다수 개의 블레이드(20)를 고정시킬 수 있도록 하여 구성을 간단히 할 수 있는 장점이 있다. 상기 블레이드홀(31a)은 다수 개가 방사상으로 형성될 수 있다. 이는 상기 블레이드홀(31a)에 블레이드(20)가 끼워져 고정되는데 정밀 가공 및 제작이 용이하여 각각의 블레이드(20)에서 전달되는 힘을 균일하게 하여 밸런스를 유지하고, 회전 효율을 높이게 하기 위함이다.
상기 판형 허브(30)의 중심에는 상기 연결허브(11)와의 결합을 위한 결합홀(32)이 형성될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 하면 중심이 상기 연결허브(11)의 상단에 맞닿아 나사 또는 볼트 결합될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 상기 연결허브(11)를 통해 상기 발전기(10)에 마스트 구조물 없이 직접 연결될 수 있다. 마스트 구조물이 생략 또는 경감되면 회전관성 특성이 낮아져 블레이드의 회전가속 효과가 증대될 수 있다.
상기 판형 허브(30)는 블레이드(20)와 블레이드 및 블레이드(20)와 발전기(10)를 연결하는 강성을 유지하기 위해 필요한 부분만 남겨두고 불필요한 부분을 절단한 공간(33)을 형성할 수 있다. 상기 공간(33)은 판형 허브(30)의 무게와 회전질량 관성모멘트(Mass moment of Inertia)를 최소화 하여 블레이드 시스템의 회전가속 특성을 향상시키는 부수적인 효과가 있다.
상기 판형 허브(30)상의 상기 블레이드홀(31a)과 인접부에는 상기 블레이드(20)를 수직방향으로 강하게 고정하기 위한 보강가이드(50)가 구비될 수 있다. 상기 보강가이드(50)는 상기 블레이드홀(31a)에 끼워지는 블레이드(20)에 끼워져 상기 판형 허브(30)의 상면 또는 하면에 고정될 수 있다. 제시한 실시 예에서는 상기 보강가이드(50)가 상기 판형 허브(30)의 상면에 고정될 경우로 설명한다. 상기 보강가이드(50)가 상기 판형 허브(30)의 하면에 설치될 때는 일부 반대의 장착 개념이 포함될 수 있다. 상기 보강가이드(50)는 밑판(51) 및 상기 측판(52)으로 구성된다. 상기 밑판(51)은 링 형상으로 내주연이 상기 블레이드(20)의 형상과 동일하거나 유사하도록 형성될 수 있다. 상기 밑판(51)은 하면이 상기 판형 허브(30)의 상면에 나사 또는 볼트 결합될 수 있다. 상기 측판(52)은 상기 밑판(51)의 내주연에서 상방으로 일정거리 연장 형성될 수 있다. 상기 측판(52)의 내측 면은 상기 블레이드(20)의 외면과 밀착되도록 형성될 수 있다. 상기 보강가이드(50)를 통해 상기 판형 허브(30)와 상기 블레이드(20)는 밀착 고정되어 부수적인 추가 구조물의 장착 없이 견고한 체결이 지속적으로 유지될 수 있다. 특히 상기 측판(52)을 통해 상기 블레이드(20)가 다양한 하중에 의해 기울어지거나 뒤틀어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 블레이드(20)와 상기 판형 허브(30) 및 상기 블레이드(20)와 상기 보강가이드(50)는 나사, 볼트 또는 접착 결합될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 제 1실시 예의 수직축 풍력 발전기는 단수개의 판형 허브(30) 구성만으로 복수개의 블레이드(20)를 발전기(10)에 직접 연결시키기 때문에 구성이 간단해 분해 조립이 용이하며, 판재 형상으로 이루어져 회전 시에 회전 항력을 적게 받아 회전 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
이하, 본 발명의 제 2실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제 2실시 예는 제 1실시 예의 구성과 대부분 동일하나, 판형 허브(30)의 구성만이 상이한바, 판형 허브(30)에 관해서만 상세 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 판형 허브(30)는 판재 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 실시 예의 판형 허브(30)는 원형으로 도시되어 있으나 삼각, 사각 또는 다각형 등으로 이루어 질 수 있다. 상기 판형 허브(30)가 얇은 판재 형상으로 이루어짐에 따라 회전 시 회전 항력이 최소화 되는 효과가 발생한다. 상기 판형 허브(30)에는 둘레를 따라 블레이드홈(31b)이 형성될 수 있다. 상기 블레이드홈(31b)은 상기 판형 허브(30)의 외주연에서 내측으로 함몰 형성될 수 있다. 상기 블레이드홈(31b)에는 상기 블레이드(20)가 끼워져 고정될 수 있다. 상기 블레이드홈(31b)은 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 블레이드홈(31b)을 통해 하나의 판형 허브(30)에 다수 개의 블레이드(20)를 고정시킬 수 있도록 하여 구성을 간단히 할 수 있는 장점이 있다. 상기 블레이드홈(31b)은 다수 개가 방사상으로 형성될 수 있다. 이는 각각의 블레이드(20)에서 상기 판형 허브(30)로 전달되는 복합적인 하중을 축대칭 배치로 균일하게 하여 밸런스를 유지하고, 회전 효율을 높이게 하기 위함이다.
상기 블레이드홈(31b)에는 상기 블레이드(20)가 고정되는 외측으로 외부조인트(60)가 끼워질 수 있다. 상기 외부조인트(60)가 상기 블레이드홈(31b)에 끼워지도록 하여 상기 판형 허브(30)에 상기 블레이드(20)가 견고하게 고정될 수 있도록 하기 위함이다. 상기 블레이드홈(31b)과 외부조인트(60)의 조합으로 상기 블레이드(20)를 고정시키는 이유는 상기 블레이드(20)의 길이가 길 경우 상기 판형 허브(30)에 끼워 넣어 조립하기가 불편할 수 있기 때문에 상기 블레이드홈(31b)에 상기 블레이드(20)를 먼저 수평방향으로 끼워 넣은 후 외부조인트(60)를 결합시켜 상기 블레이드(20)를 용이하게 조립고정 및 분해하기 위함이다.
상기 외부조인트(60)를 상기 판형 허브(30)에 보다 완고하게 고정시키기 위해 결합 수단(70)이 구비될 수 있다. 상기 결합수단(70)은 링 형상으로 내주연이 상기 블레이드(20)의 형상과 동일하도록 형성될 수 있다. 상기 밑판(51)은 하면이 상기 외부조인트(60) 및 판형 허브(30)의 상면에 나사 또는 볼트 결합될 수 있도록 형성되어 상기 외부조인트(60)와 판형 허브(30)를 연결 고정시킨다.
이때 상기 결합 수단(70)은 상기 블레이드(20)의 상단 또는 하단을 통해 끼워 넣지 않고, 측면을 통해 끼워 넣기 위해 제 1결합가이드(71) 및 제 2결합가이드(72)로 분리 형성될 수 있다. 제 1결합가이드(71)는 하면이 상기 외주조인트(60)와 상가 판형 허브(30)의 상면에 맞닿아 나사 또는 볼트 결합되도록 하여 상기 외부조인트(60)와 상기 판형 허브(30)를 연결 고정시킨다. 또한, 상기 제 1결합가이드(71)는 블레이드(20)가 고속 회전 시 높은 회전 관성력에 의해 외부로 이탈하려는 특성을 방지하는 역할도 수행할 수 있다. 상기 제 2결합가이드(72)는 제 1결합가이드(71)를 제외한 부분에 형성되어 상기 판형 허브(30)에 나사 또는 볼트 결합될 수 있다. 상기 결합 수단(70)은 두께를 두껍에 조정하여 본 발명의 제 1실시 예의 보강가이드(50)의 역할도 수행이 가능하여 상기 판형 허브(30)와 상기 블레이드(20)의 고정을 더욱 견고히 할 수 있다. 또한 상기 결합 수단(70)을 통해 상기 블레이드(20)가 하중에 의해 기울어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 판형 허브(30)의 중심에는 상기 연결허브(11)와의 결합을 위한 결합홀(32)이 형성될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 하면 중심이 상기 연결허브(11)의 상단에 맞닿아 나사 또는 볼트 결합될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 상기 연결허브(11)를 통해 상기 발전기(10)에 마스트 구조물 없이 직접 연결될 수 있다. 마스트 구조물이 생략 또는 경감되면 회전관성 특성이 낮아져 블레이드의 회전가속 효과가 증대될 수 있다.
상기 판형 허브(30)는 블레이드(20)와 블레이드 및 블레이드(20)와 발전기(10)를 연결하는 강성을 유지하기 위해 필요한 부위를 제외한 나머지 부분을 절단하여 공간(33)을 형성할 수 있다. 상기 공간(33)은 판형 허브(30)의 무게를 줄여 회전력을 향상시키기 위해 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 제 2실시 예는 제 1실시 예의 장점과 더불어 상기 블레이드(20)의 길이에 상관없이 상기 판형 허브(30)에 수평으로 끼워 장착할 수 있어 분해 조립이 더욱 용이해 지는 효과가 발생한다.
이하, 본 발명의 제 3실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제 3실시 예는 제 1실시 예의 구성과 대부분 동일하나, 판형 허브(30)의 블레이드홀(31a)구성만이 상이한바, 블레이드홀(31a)에 관해서만 상세 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면 상기 판형 허브(30)에는 둘레를 따라 블레이드홀(31a)이 관통 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)에는 상기 블레이드(20)가 끼워져 고정될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)은 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)을 통해 하나의 판형 허브(30)에 다수 개의 블레이드(20)를 고정시킬 수 있도록 하여 구성을 간단히 할 수 있는 장점이 있다. 상기 블레이드홀(31a)은 다수 개가 방사상으로 형성될 수 있다. 이는 상기 블레이드홀(31a)에 블레이드(20)가 끼워져 고정되는데 각각의 블레이드(20)에서 전달되는 힘을 균일하게 하여 밸런스를 유지하고, 회전 효율을 높이게 하기 위함이다.
이때, 상기 블레이드홀(31a)은 방사상으로 다수 개가 형성되되, 회전 중심방향을 향해 다수 열로 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)은 3열로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 성능증가를 위해 2개 이상 다수 열로 형성될 수 있다. 상기 블레이드홀(31a)을 다수 열로 형성하여 블레이드(20)를 다단으로 고정시키게 되면, 상기 판형 허브(30)의 회전력을 증가시켜 한정된 판형 허브(30)영역에서 높은 에너지 효율을 얻을 수 있는 효과가 발생한다.
이하, 본 발명의 제 4실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제 4실시 예는 제 1실시 예의 구성과 대부분 동일하나, 판형 허브(30)의 구성만이 상이한바, 판형 허브(30)에 관해서만 상세 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 판형 허브(30)는 판재 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 원형으로 도시되어 있으나 삼각, 사각 또는 다각형으로 이루어 질 수 있다. 상기 판형 허브(30)가 판재 형상으로 이루어짐에 따라 회전 시 회전 항력이 최소화 되는 효과가 발생한다. 상기 판형 허브(30)에는 둘레를 따라 카트리지홀(31c)이 관통 형성될 수 있다. 상기 카트리지홀(31c)에는 카트리지(80)가 끼워져 고정될 수 있다. 상기 카트리지(80)에는 블레이드홀(81)이 형성되어 상기 블레이드홀(81)을 통해 상기 블레이드(20)가 끼워져 고정될 수 있다. 상기 블레이드홀(81)은 블레이드의 단면 형상에 따라 다양한 모양으로 성형 될 수 있다.
상기 카트리지(80)는 복수개가 구비될 수 있다. 각각의 카트리지(80)는 블레이드의 단면 형상에 따라 다양한 모양으로 성형되는 블레이드홀(81)이 형성될 수 있다. 상기 각각의 카트리지(80)는 상기 카트리지홀(31c)에 교체장착 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서 상기 블레이드(20)의 초기 피치각도(Pitch angle), 캠버(Camber) 또는 회전 방향 등을 자유롭게 변경하여 별도의 활용목적에 따라 장착이 가능한 것이다.
몇 가지 예를 도면을 통해 설명하면, 도10a에 도시된 바와 같이 기본형으로 블레이드(20)를 장착함은 물론, 특수한 목적에 맞게 도10b에 도시된 바와 같이 캠버의 기울기를 변경시켜 블레이드(20)를 장착할 수도 있고, 도10c에 도시된 바와 같이 블레이드(20)의 회전방향을 변경시켜 장착 할 수 있다.
상기 카트리지홀(31c)은 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 카트리지홀(31c)을 통해 하나의 판형 허브(30)에 다수 개의 블레이드(20)를 고정시킬 수 있도록 하여 구성을 간단히 할 수 있는 장점이 있다. 상기 카트리지홀(31c)은 다수 개가 방사상으로 형성될 수 있다. 이는 상기 카트리지홀(31c)에 블레이드(20)가 끼워져 고정되는데 각각의 블레이드(20)에서 전달되는 힘을 균일하게 하여 밸런스를 유지하고, 회전 효율을 높이게 하기 위함이다.
상기 판형 허브(30)의 중심에는 상기 연결허브(11)와의 결합을 위한 결합홀(32)이 형성될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 하면 중심이 상기 연결허브(11)의 상단에 맞닿아 나사 또는 볼트 결합될 수 있다. 상기 판형 허브(30)는 상기 연결허브(11)를 통해 상기 발전기(10)에 마스트 구조물 없이 직접 연결될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 제 4실시 예는 제 1실시 예의 장점과 더불어 카트리지(80)의 교체만으로 다양한 블레이드 형상을 교체 장착가능하게 해준다. 이는 대량 생산과정에서 본 발명의 동일한 허브 플랫폼에 대해 주문자의 요구에 따라 다양한 서로 다른 블레이드 모델들을 용이하게 장착 가능하게 하며, 장시간 사용 후 풍력발전기의 블레이드 교체 시 기존과 다른 모양의 에어포일과 피치각을 가지는 보다 업그레이드된 블레이드로 교체 가능한 특징으로 풍력발전기의 재활용성을 매우 증대 시킬 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10 : 발전기 20 : 블레이드
30 : 판형 허브 31a : 블레이드홀
31b : 블레이드홈 31c : 카트리지홀
50 : 보강가이드 60 : 외부조인트
70 : 결합 수단 80 : 카트리지

Claims (7)

  1. 수직축 풍력발전기에 있어서,
    회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기(10);
    상하 길이방향으로 형성되는 블레이드(20);
    판 형상으로 상기 발전기(10)에 연결되며 상기 블레이드(20)가 적어도 하나 이상 고정되어 상기 블레이드(20)의 회전력을 상기 발전기(10)에 전달하는 판형 허브(30);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 형성되는 블레이드홀(31a)을 포함하며, 상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홀(31a)에 끼움 결합하여 고정되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 블레이드(20)가 끼워지는 상기 판형 허브(30)의 상면 또는 하면에는 상기 블레이드(20)의 기울어짐을 방지하고 고정을 견고히 하도록 보강가이드(50)가 구비되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 블레이드홀(31a)은 회전중심 방향으로 다수 열이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 방사상으로 형성되는 블레이드홈(31b) 및 상기 블레이드홈(31b)에 끼워지는 외부조인트(60)를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홈(31b)과 상기 외부조인트(60) 사이에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 외부조인트(60)는 결합 수단(70)을 통해 상기 판형 허브(30)에 고정되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 판형 허브(30)는 둘레를 따라 방사상으로 형성되는 카트리지홀(31c) 및 상기 카트리지홀(31c)에 장착되며 블레이드홀(81)이 형성되는 카트리지(80)를 포함하여 이루어지며,
    상기 블레이드(20)는 상기 블레이드홀(81)에 끼움 결합되되,
    상기 블레이드(20)의 캠버(Camber) 또는 회전 방향을 변경시킬 수 있도록 형상이 상이한 블레이드홀(81)이 형성되는 복수 개의 카트리지(80)를 구비하여 각각의 카트리지(80)가 상기 카트리지홀(31c)에 교체 장착 가능한 것을 특징으로 하는 수직축 풍력 발전기용 판형 허브 및 체결구조.
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