KR20100070532A - 풍력 발전기 - Google Patents

풍력 발전기 Download PDF

Info

Publication number
KR20100070532A
KR20100070532A KR1020080129112A KR20080129112A KR20100070532A KR 20100070532 A KR20100070532 A KR 20100070532A KR 1020080129112 A KR1020080129112 A KR 1020080129112A KR 20080129112 A KR20080129112 A KR 20080129112A KR 20100070532 A KR20100070532 A KR 20100070532A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blade
central axis
pitch angle
hub
fluid
Prior art date
Application number
KR1020080129112A
Other languages
English (en)
Inventor
김승조
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020080129112A priority Critical patent/KR20100070532A/ko
Priority to KR1020117014535A priority patent/KR101230460B1/ko
Priority to PCT/KR2009/000817 priority patent/WO2010071261A1/en
Priority to US13/140,630 priority patent/US8851838B2/en
Publication of KR20100070532A publication Critical patent/KR20100070532A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/25—Application as advertisement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/328—Blade pitch angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 풍력 발전기는, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브; 일단부가 상기 상부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드; 상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부; 상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부; 상기 피치제어부를 구동하되, 상기 감지부로부터 감지된 정보를 기초로 하여 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 상기 블레이드의 앞면부 및 후면부에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자; 및 상기 중심축의 회전속도 및 블레이드의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함한다.
풍력 발전기

Description

풍력 발전기{Wind Power Generator}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디스플레이 기능이 구비되며, 유체의 유동 방향 및 속도에 대응하여 블레이드의 피치각이 자동적으로 변환되는 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 블레이드를 회전시켜 이때 생긴 블레이드의 회전력으로 전기를 생산한다.
이러한 풍력 발전기는 블레이드, 변속장치 및 발전기로 크게 나누어 구성되어 있다.
상기 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 상기 변속장치는 블레이드에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시키며, 상기 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
종래의 풍력 발전기는 설치방법에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 대별되는데, 이중 수평축 발전기는 프로펠러 회전 방식으로서 발전 효율은 비교적 높 으나 유체의 유동방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 유체의 유속에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하였다.
또한, 로터의 축이 최소한 로터의 반지름보다 높은 곳에 위치하게 되므로, 높은 곳에 위치한 로터축과 발전기를 연결하기 위해서는 발전기를 로터축과 같은 높이에 설치하여 발전기의 회전축과 로터의 회전축을 거의 동일한 위치에 설치하거나, 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 장치를 설치하여 발전기와 연결하여야만 구동이 가능하였는데, 전자의 경우에는 유체의 강한 흐름에 의해 기구적인 손상이 발생할 수 있는 위험과 유지, 보수가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 후자의 경우에는 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 과정에서 에너지의 손실이 일어날 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 수직형 발전기를 개발하여 상용화하고 있으나, 제작 단가가 높으며, 풍향의 역행측의 회전날개 부분에서는 풍력에 반발하는 저항력이 발생하여 풍향의 순행측 회전날개에서 얻은 회전력이 상쇄되어 약화되는 문제점이 있다. 또한 대형화시 회전부의 자체 하중이 매우 커서 발전 실효율이 낮고, 저속시 가동되지 않는 단점이 있다.
종래기술에 따른 수직형 발전기는, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축과, 상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부스포크가 방사형으로 결합된 상부허브와, 상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부스포크가 방사형으로 결합된 하부허브와, 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 고정되고, 타단이 상기 하부허브의 하부스포크에 고정된 다수의 블레이드로 이루어진다.
그러나 종래기술에 따른 수직형 발전기는 상기 유체의 유동방향이 일정하지 않고 수시로 변하는 경우에는 상기 수직형 발전기에서 발생되는 에너지 효율이 낮아지는 단점, 즉, 상기 블레이드가 고정되어 있기 때문에 수시로 변하는 유체의 유동방향에 대해 상기 블레이드가 최적화된 피치각도를 유지할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 유체의 유동방향에 따라 자동적으로 블레이드의 피치각이 조절되는 풍력 발전기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기 블레이드의 측면부를 통해 그림 및 동영상의 이미지가 디스플레이되는 풍력 발전기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전기는, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브; 일단부가 상기 상부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드; 상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부; 상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부; 상기 피치제어부를 구동하되, 상기 감지부로부터 감지된 정보를 기초로 하여 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 상기 블레이드의 앞면부 및 후면부에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자; 및 상기 중심축의 회전속도 및 블레이드의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브; 일단부가 상기 상부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드; 상기 블레이드의 회전부에 위치하여 상기 블레이드의 피치각을 변경하는 서보모터; 상기 블레이드의 최적피치각이 저장된 데이터저장부; 상기 블레이드의 앞면부 및 후면부에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자; 상기 데이터저장부에 저장된 블레이드의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드가 상기 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터를 작동시키며, 상기 중심축의 회전속도 및 블레이드의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 풍력 발전기는 블레이드의 피치를 유체의 유동 방향 및 유동 속도에 따라 조절할 수 있기 때문에, 유입되는 유체의 방향과 속도가 변화하더라도 최적의 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 다양한 유체의 흐름에 따른 최적의 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 블레이드 피치각을 용이하게 산출할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 풍력 발전기의 블레이드의 측면부에 구비된 발광소자를 점등/소등하여, 사람의 착시현상 및 잔상효과에 따라 그림 및 동영상의 이미지를 디스플레이함 으로써 광고 효과를 창출할 수 있다.
또한, 별도의 전원공급장치를 설치할 필요가 없이 풍력 발전기로부터 발생하는 전기에너지를 이용하여, 상기 발광소자를 점등/소등하거나 그림 및 동영상의 이미지를 디스플레이할 수 있기 때문에, 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한, 무게 대비 강성비가 뛰어난 복합재료로 이루어진 블레이드를 사용함으로써 구조적인 안정성을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제1실시예의 구성을 나타낸 사시도, 도 2는 도 1의 'A'를 확대하여 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 'B'를 확대하여 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시예에서 기술하는 유체는 물 또는 공기에 해당될 수 있으며, 이하에서 설명할 본 발명에 따른 풍력 발전기는 상기 유체를 공기가 아닌 물(해수 포함)을 이용하여 수력발전으로도 이용하는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 지식수준으로 용이하게 실시할 수 있을 것이다..
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기(100)는 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축(110), 상기 중심축(110)의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크(121)가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브(120)와, 상기 중심축(110)의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크(131)가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브(130)와, 일단부가 상기 상부허브(120)의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브(130)의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드(140)와, 상기 블레이드(140)를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드(140)의 피치각을 조절하는 피치제어부(150)와, 상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부(180)와, 상기 피치제어부(150)를 구동하되, 상기 감지부(180)로부터 감지된 정보를 기초로 하여 상기 피치제어부(150)에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단와, 상기 블레이드(140)의 앞면부(141) 및 후면부(142)에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자(160) 및, 상기 중심축(110)의 회전속도 및 블레이드(140)의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자(160)를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부(170)를 포함한다.
먼저, 상기 피치제어부(150)는, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 블레이드(140)의 회전축(141b)과 상기 블레이드(140)의 폭 방향으로 일정 간격(d)이 이격된 블레이 드(140)의 고정부(141a)에 일단이 연결된 복수의 연결부재(151)와, 상기 각 연결부재(151)의 타단이 연결되고 상기 중심축(110)의 중심을 기준 위치로 하며 상기 상부허브(120)와 함께 회전하는 회전체(153)와, 상기 회전체(153)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드부(155)와, 상기 회전체(153)의 중심을 기준 위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 상기 회전체(153)에 연결된 상기 연결부재(151)가 상기 블레이드(140)의 피치각의 크기를 상기 블레이드(140)가 회전함에 따라 정현적으로 변화시킴으로써 상기 블레이드(140)의 위상이 바람의 방향에 대응하도록 변화시키며, 상기 가이드부(155)를 회전시키는 방향전환부(157)를 포함한다.
상기 중심축(110)은 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기(미도시)에 회전력을 전달하는 역할을 한다.
상기 발전기의 경우 통상의 발전기로 족하며, 상기 중심축(110)으로부터 제공되는 회전력을 별도의 방향전환 없이 제공하도록 배치하면 된다. 또한, 상기 발전기와 상기 중심축(110) 사이에는 기어나 벨트 등의 동력전달 수단이 사용될 수 있으며, 발전기에 걸리는 과부하를 방지하기 위한 통상적인 동력 차단수단이 개재될 수 있다.
상기 중심축(110)은 중공의 원통형 형태를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 원통형으로 형성된 중심축(110)은 구조적으로 안정적이며, 유체의 유동방향에 대하여 중심축(110)의 원통의 배후를 지나는 유체의 속도를 증가시킴으로써 중심축(110)의 원통의 배후에 위치하는 블레이드(140)로부터 발생하는 회전력을 증가시키게 된다.
또한, 상기 중심축(110)의 상부에는 복수의 상부스포크(121)가 방사형으로 연장된 형태로 상부허브(120)가 구비되며, 상기 중심축(110)의 하부에는 복수의 하부스포크(131)가 방사형으로 연장된 형태로 하부허브(130)가 구비된다.
상기 블레이드(140)는 주기적인 피치각의 변화를 갖도록 의도된 것이므로 그 단면 형상을 비행기의 날개에 주로 사용되는 대칭형의 익형으로 형성된다. 또한 상기 블레이드(140)의 길이 방향은 대략 유입하는 유체의 유동방향과 직각을 이루도록 그 길이 방향이 수직이 되도록 배치되며, 유입하는 유체로부터 양력을 발생시켜 회전력을 얻게 된다.
상기 블레이드(140)는, 상기 블레이드(140)의 폭방향이 상기 복수의 상부스포크(121) 또는 하부스포크(131) 끝단이 이루는 원주상의 접선방향과 일치할 경우 상기 블레이드(140)가 기준위치, 즉 피치각의 변화가 없는 위치에 해당한다.
상기 블레이드(140)의 폭은 상기 블레이드(140)의 단면의 익형의 코드(chord)의 길이에 해당하며, 상기 블레이드(140)는 회전하면서 발생하는 원심력에 의한 하중에 영향을 받게 되므로 요구되는 강성을 가지면서도 무게가 가벼운 것이 구조적인 안전성 및 운용의 효율성 면에서 바람직하다.
따라서, 상기 블레이드(140)는 무게대 강성비가 뛰어난 섬유 강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하며, 이에는 유리 섬유나 탄소 섬유 등이 사용될 수 있다. 상기 섬유 강화 복합재료를 이용하여 상기 블레이드(140)를 형성하는 것은 통상적인 기술에 의해 가능하다.
상기 섬유 강화 복합재료를 사용하는 경우 피치제어부(150)에 가해지는 하중을 감소시켜 구조적인 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 상기 블레 이드(140)는 공력중심과 무게중심이 인접하도록 설계되어야 한다.
공력중심과 무게중심이 서로 멀리 떨어지면 상기 블레이드(140)의 회전으로 인해 상기 블레이드(140)와 회전체(153)를 연결하는 연결부재(151)에 많은 하중이 가해지고 큰 구동력이 요구된다. 또한, 블레이드(140)의 개수는 상기 풍력 발전기(100)의 용도나 소요되는 전력에 따라 달라질 수 있다.
상기 블레이드(140)의 회전축(141b)은, 상기 블레이드(140)의 피치각이 변할 수 있도록 각각의 블레이드(140)가 상기 회전축(141b)을 중심으로 회전 가능하도록 상기 상부스포크(121) 및 하부스포크(131)에 결합된다. 이러한 회전축(141b)은 상기 블레이드(140)에 마련된 홀에 장착됨으로써 연결될 수 있으며, 이와는 달리 상기 회전축(141b)을 상기 블레이드(140)에 마련하고 상기 상부스포크(121) 및 하부스포크(131)에 홀을 마련하는 것도 가능하다.
이때, 이러한 회전축(141b) 또는 홀의 위치는 블레이드(140) 단면의 익형상의 공력중심에 놓이도록 하는 것이 블레이드(140)의 불필요한 진동에 의한 손상을 방지하는데 유리하다.
상기 연결부재(151)는 상기 블레이드(140)에 의해 작용하는 인장력과 압축력에 견디는 재질의 형상을 가진 통상의 로드일 수 있다.
상기 블레이드(140)의 회전축(141b)와 상기 고정부(141a)가 이격된 간격인 상기 일정 간격(d)는, 블레이드(140)의 피치각 변화 범위와 상기 피치제어부(150)의 작동범위를 고려하여 정해지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결부재(151)의 연결을 위한 고정부(141a)를 상기 블레이 드(140) 상에 마련할 수도 있지만, 제조상의 문제와 상기 블레이드(140)를 흐르는 흐름의 난류화를 방지하기 위해 블레이드(140)를 상부스포크(121) 또는 하부스포크(131)와 연결하는 회전축상에 회전부(141)를 마련하여 연결하는 것이 바람직하다.
도 2에는 도 1의 'A'를 확대하여 도시하였다.
도 2를 참조하면, 전술한대로, 상기 연결부재(151)는 상기 회전체(153)와 베어링으로 연결되되, 상기 복수의 연결부재(151) 중 기준이 되는 연결부재(151')는 회전체에 기구학적인 작동을 위해 상기 회전체(153)에 고정된다.
이러한 고정되는 연결부재(151')는 상기 블레이드(140)의 회전시 다른 연결부재(151)들에 비해 큰 하중이 걸리므로 더욱 강건하게 제작되어야 한다.
상기 피치제어부(150)은 상기 회전체(153)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드 레일을 구비한 가이드부(155)와, 상기 가이드부(155)를 회전시키는 방향전환부(157)를 구비한다.
상기 감지부(180)는, 도 1과 같이 유체의 유동방향을 감지하는 유체방향 감지부(172)와, 유체의 유동 속도를 감지하는 유체속도 감지부(173)와, 상기 중심축(110)의 회전속도를 감지하는 중심축속도 감지부(174) 및, 중심축(110)의 회전축 위치를 감지하는 중심축위치 감지부(175)를 포함한다.
또한, 상기 감지부(180)는, 통상적으로 사용되는 팬을 구비하는 감지센서를 장착하여 유체 즉, 바람의 속도에 대한 회전속도와 방향을 감지하여 유체의 유동속도의 크기와 방향을 감지한다.
상기 감지부(180)를 통해 감지된 각각의 정보는 작용부(미도시)에 작용신호로 전환되어 전송된다.
여기서, 상기 작용부는 상기 가이드부(155)에 연결되어서 상기 피치제어부(150)를 병진운동시키는 가이드작용부(미도시)와, 상기 방향전환부(157)에 연결되어 상기 방향전환부(157)를 회전시키는 방향전환 작용부(미도시)로 이루어진다.
상기와 같은 방향전환 작용부는 유압 내지는 전기적인 모터를 이용하여 구성할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기(100)를 통해 그림 및 동영상 등의 이미지를 디스플레이하는 구성을 나타내기 위한 도면으로서, 도 4에서 상부의 도면은 상기 풍력 발전기(100)의 블레이드(140)의 장착된 개략적인 위치를 나타낸 상면도이며, 도 4의 하부의 도면은 상기 상면도와 대응하여 블레이드(140)의 측면부를 나타내는 측면도이다.
그리고 도 5는 도 4에 도시된 복수의 블레이드(140) 중 블레이드 b6의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5의 'C'를 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력 발전기(100)는, 상기 블레이드(140)의 측면부를 이용하여 사람의 착시현상 및 잔상효과에 따라 그림 또는 동영상 등의 이미지(144)를 디스플레이할 수 있도록 구비된다.
이러한 디스플레이 기능을 구현하기 위해, 상기 풍력 발전기(100)는, 블레이드의 앞면부(142) 및 후면부(143)에는 가로 및 세로로 나란히 배열되어 정방형으로 위치하는 복수의 발광소자(160)를 더 포함하는데, 여기서, 상기 발광소자(160)로는 통상적으로 이용되는 발광 다이오드(LED ; Light Emitting Diode)가 사용될 수 있다.
사람의 눈은 영화와 같이 일정 속도 이상으로 영상이 나타나면 연속적인 것으로 인식하게 된다. 예를 들어, 일정속도로 A의 위치에서 B의 위치로 이동하는 적색점이 온/오프되면, 사람의 눈에는 A의 위치에서 B의 위치까지 적색점이 계속 켜져있는 것으로 보이게 되는 것이다. 이와 마찬가지로, 유체에 의해 수평 방향으로 회전하는 블레이드(140)의 측면부에 위치한 상기 발광소자(160)를 일정한 패턴으로 점등 및 소등시키면, 착시현상과 잔상효과에 따라 상기 블레이드(140)의 측면부는 도 4의 하부 도면과 같이 일정 내용의 이미지(144)를 디스플레이하고 있는 것처럼 보이게 된다.
여기서, 상기 발광소자(160)의 구비되는 수량은, 디스플레이의 해상도 및 블레이드(140)의 크기에 따라 달라질 수 있는 것은 물론이다.
한편, 상기 제어부(170)는, 상기 중심축(110)의 회전속도 및 블레이드(140)의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자(160)를 개별적으로 점등 또는 소등하되, 상기 이미지(144)에 대한 데이터 정보는 상기 데이터저장부(171)에 미리 저장되어, 상기 제어부(170)는 상기 데이터저장부(171)에 저장된 이미지 정보를 기초로 하여 상기 발광소자(160)를 점등 또는 소등한다.
여기서, 상기 제어부(170)는, 도 4의 하부 도면과 같이 상기 블레이드(140)의 측면부를 하나의 디스플레이 화면으로 인식하여, 상기 블레이드의 측면부에 디스플레이하고자 하는 이미지(144)에 대응하도록 상기 복수의 발광소자(160)를 개별 적으로 점등 또는 소등하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 발광소자(160)는 상기 이미지(144)의 다양한 표현을 위하여 여러가지 색상을 조명할 수 있는 LED가 사용될 수 있는데, 이를 구현하기 위해 상기 발광소자(160)는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 색상을 발광하는 각 발광소자(160)가 하나의 픽셀(Pixel)을 구성하여 컬러를 표시할 수 있도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부(170)는, 상기 복수의 블레이드(140)가 유체에 의해 회전하여 각각의 블레이드(140)의 위치가 변동되거나, 상기 블레이드(140)가 피치제어부(150)에 의해 수평 회전되어 피치각이 변동되더라도, 상기 데이터저장부(171)에 저장된 이미지 데이터 정보에 상기 감지부(180)에서 감지되는 중심축(110)의 회전속도 변동값, 블레이드(140)의 피치각 변동값 및 중심축(110)의 위치 변동값을 보상함으로써, 상기 이미지(144)를 블레이드(140)의 측면부 상의 원하는 위치에 디스플레이할 수 있도록 구비된다.
한편, 본 발명의 풍력 발전기(100)는 상기 중심축(110)의 회전력이 발전기에 전달되어 전기에너지를 발생시키는데, 이때, 발생하는 전기에너지의 일부를 상기 발광소자(160)를 점등 및 소등시키는 전력원으로 사용되도록 구비되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같이 본 발명의 풍력 발전기(100)는, 블레이드(140)의 측면부를 이미지 디스플레이 화면으로 사용함으로써 광고 효과를 창출함은 물론, 상기 이미지를 디스플레이하는데 소요되는 전력원은 상기 풍력 발전기(100)에서 자체 발생된 전력을 이용함으로써, 별도의 외부 전원 공급장치의 설치가 필요없게 되므로 전기에너지를 절약할 수 있는 효과를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 풍력 발전기에 대한 제2실시예 구성 및 작용에 대해 설명한다.
도 7는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제2실시예의 구성을 나타낸 사시도, 도 8은 도 7의 'A'를 확대하여 나타낸 사시도, 도 9는 유체의 흐름에 대한 블레이드의 피치각를 나타낸 개략도, 도 10 내지 도 13은 블레이드 피치각이 수렴하는 과정을 나타낸 그래프이며, 도 14는 도 2의 풍력 발전기의 블레이드 피치각 결정 방법에 따라 산출된 블레이드 피치각의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력 발전기는, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축(210)과, 상기 중심축(210)의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크(221)가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브(220)와, 상기 중심축(210)의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크(231)가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브(230)와, 일단부가 상기 상부허브(220)의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브(230)의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드(240)와, 상기 블레이드(240)의 회전부에 위치하여 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경하는 서보모터(250)와, 상기 블레이드(240)의 최적피치각이 저장된 데이터저장부(271)와, 상기 블레이드(240)의 앞면부(241) 및 후면부(242)에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자(260)와, 상기 데이터저장부(271)에 저장된 블레 이드(240)의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드(240)가 상기 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터(250)를 작동시키며, 상기 중심축(210)의 회전속도 및 블레이드(240)의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자(260)를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부(270)를 포함한다.
상기 중심축(210)은 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기(미도시)에 회전력을 전달하는 역할을 한다.
상기 발전기의 경우 통상의 발전기로 족하며, 상기 중심축(210)으로부터 제공되는 회전력을 별도의 방향전환 없이 제공하도록 배치하면 된다. 또한, 상기 발전기와 상기 중심축(210) 사이에는 기어나 벨트 등의 동력전달 수단이 사용될 수 있으며, 상기 발전기에 걸리는 과부하를 방지하기 위한 통상적인 동력 차단수단이 개재될 수 있다.
상기 중심축(210)은 중공의 원통형을 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 원통형으로 형성된 중심축(210)은 구조적으로 안정하며, 유체의 유동방향에 대하여 중심축(210)의 원통의 배후를 지나는 유체의 속도를 증가시킴으로써 중심축(210)의 원통의 배후에 위치하는 블레이드(240)로부터 발생하는 회전력을 증가시키게 된다.
또한, 상기 중심축(210)의 상부에는 복수의 상부스포크(221)가 방사형으로 연장된 형태로 상부허브(220)가 구비되며, 상기 중심축(210)의 하부에는 복수의 하부스포크(231)가 방사형으로 연장된 형태로 하부허브(230)가 구비된다.
그리고, 상기 상부허브(220)에는 복수의 상부스포크(221)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 상부허브(220)와 상기 상부스포크(221)는 상부 힌지축(HH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 상부허브(220)에는 상기 풍력 발전기(200)의 작동시 상기 상부 힌지축(HH)의 회동을 제한하여 상기 상부스포크(221)를 상기 상부허브(220)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
또한, 상기 하부허브(230)에는 복수의 하부스포크(231)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 하부허브(230)와 상기 복수의 하부스포크(231)는 하부 힌지축(LH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 하부허브(230)에는 상기 풍력 발전기(200)의 작동시 상기 하부 힌지축(LH)의 회동을 제한하여 상기 하부스포크(231)를 상기 하부허브(230)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
상기 상부허브(220) 및 하부허브(230)에는 상기 상부스포크(221) 및 하부스포크(231)의 회동을 위한 홈(G)이 형성된다.
상기 블레이드(240)는 회전축(241)을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축(241)의 상단이 상기 상부허브(220)의 상부스포크(221)에 회전가능하도록 결합되고, 하단이 상기 하부허브(230)의 하부스포크(231)와 회전가능하도록 결합된다.
상기 복수의 상부스포크(221) 또는 복수의 하부스포크(231) 중 적어도 어느 하나에는 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경시키기기 위해 상기 블레이드(240)의 회전축과 연결된 서보모터(250)가 구비된다. 바람직하게는 상기 복수의 상부스포크(221) 각각에 상기 서보모터(250)가 구비된다.
상기 블레이드(240)의 회전축(241)은 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경하도록 상기 서보모터(250)와 연결된다.
서보모터(250)도 회전축(241)의 회전에 따라 같이 회전하면서 블레이드(240)의 피치각을 변경시킨다. 바람직하게는 상기 서보모터(250)와 상기 회전축(241)은 베벨기어에 의해 연결된다. 즉, 상기 서보모터(250)는 도 8과 같이 베벨기어 형태로 형성된 블레이드기어(245)와 서보모터기어(255)의 상호 치합된 연결로 인하여, 서보모터(250)의 회전력을 상기 회전축(241)에 전달할 수 있다.
이때, 상기 블레이드(240)는, 상기 서보모터(250)의 회전력에 의해 수평 방향으로 회전하는 회전축(241)의 동작에 의해 피치각이 조절된다.
여기서, 상기 블레이드(240)의 피치각은 도 9에 나타난 바와 같이 상부스포크(221) 및 하부스포크(231)의 말단이 회전하면서 그리는 원주의 접선에 대한 블레이드의 각도(θ)를 뜻한다.
상기 서보모터(250)는 제어부(270)에 의하여 작동되며, 최적의 효율을 얻을 수 있도록 블레이드(240)의 피치각을 제어한다.
여기서, 상기 제어부(270)는 펄스 형태의 제어신호를 서보모터(250)에 보냄으로써 서보모터(250)를 제어할 수 있다. 상기 서보모터(250)는 매 입력 펄스마다 일정각도를 회전하게 되어 있고, 펄스의 주파수를 가변시킴으로써 서보모터(250)의 회전각 위치제어를 하는 것이다.
상기 블레이드(240)의 최적피치각은 데이터저장부(271)에 저장되어 있으며, 제어부(270)는 유체의 흐름방향, 흐름속도 및 중심축(210)의 회전속도에 따라 최적 의 효율을 얻을 수 있는 블레이드 피치각을 선택하여 서보모터(250)를 구동시킨다.
상기 데이터저장부(271)에 저장된 블레이드의 피치각은, 하기에서 기술할 풍력 발전기의 블레이드 피치각 결정 방법에 대한 부분에서 자세히 설명하도록 하겠다.
상기와 같이 본 발명의 풍력 발전기(200)은 외부로 흐르는 유체의 변화에 따라 블레이드(240)의 피치각을 능동적으로 변화시킴으로써, 항상 최상의 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 감지부(280)는, 도 7과 같이 유체의 유동방향을 감지하는 유체방향 감지부(272)와, 유체의 유동 속도를 감지하는 유체속도 감지부(273)와, 상기 중심축(210)의 회전속도를 감지하는 중심축속도 감지부(274) 및, 중심축(210)의 회전축 위치를 감지하는 중심축위치 감지부(275)를 포함한다.
또한, 상기 감지부(280)는, 통상적으로 사용되는 팬을 구비하는 감지센서를 장착하여 유체 즉, 바람의 속도에 대한 회전속도와 방향을 감지하여 유체의 유동속도의 크기와 방향을 감지한다.
여기서, 상기 유체방향 감지부(272)로는 일반적으로 널리 사용되고 있는 유향계를 사용하며, 상기 유체속도 감지부(273)로는 유속계를 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제어부(270)는 입력된 유체방향과 유체속도 및 회전축속도에 따른 최적의 블레이드 피치각을 데이터저장부(271)에서 선택하여 각 회전위치에서의 블레이드(240)가 최적의 피치각을 유지할 수 있도록 서보모터(250)를 구동시킨다.
이와 같이, 본 발명의 풍력 발전기(200)는 유체의 흐름 변화 및 중심축(210)의 회전을 감지하여, 각 상황에서 최적의 효율을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각을 유지함으로써, 에너지 변환효율을 현저하게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
다음, 상기 풍력 발전기(200)의 블레이드(240) 피치각을 결정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, a 단계로서, 상기 풍력 발전기(200)에서 중심축(210)을 중심으로 하여 일정한 간격으로 임의의 방위각을 다수개 선택하고, 상기 임의의 방위각에서 임의의 블레이드(240) 피치각을 선택한다.
즉, 풍력 발전기(200)이 회전하면서 블레이드(240)가 중심축(210)을 중심으로 360도의 방위각을 지나게 되는데, 이러한 360도의 방위각 중에서 임의의 방위각을 일정한 간격으로 복수개 선택하고, 선택된 방위각에 위치한 블레이드(240)의 피치각을 임의로 선택하는 것이다.
다음 b 단계로서, 상기 a 단계에서 선택된 방위각에서의 각각의 블레이드(240) 피치각을 서로 선형으로 연결하여 선택된 임의의 방위각 이외의 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 결정한다.
도 10에 나타난 바와 같이, 임의로 선택된 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 임의로 선택하고, 서로 인접한 방위각에서의 블레이드(240)가 서로 비슷한 피치각을 갖도록 하여 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 선택하는 것이다.
그리고 c 단계로서, 소정의 유체속도와 소정의 중심회전속도에서 상기 풍력 발전기(100)의 출력을 계산한다. 상기 풍력 발전기(200)의 출력을 계산하는 방법으 로는, 자동 격자 생성 기법을 이용하는 것이 바람직하다.
자동 격자 생성 기법은, 설계 변수 등을 바꾸어가며 해석하는 경우 각각의 상황에 대하여 서로 다른 격자모델을 생성하여야 하는데 이 과정을 일종의 매크로로 작성하여 자동적으로 수행할 수 있도록 하는 기법이다.
또한, 격자생성과 해석을 위하여, 상용 소프트웨어인 MSC. PATRAN (MSC Software Corporation 제작, www.mscsoftware.com) 과 STAR-CD (CD-adapco 제작, www.cd-adapco.com)를 사용할 수 있다.
다음 d 단계로서, 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복하여 상기 풍력 발전기(200)의 출력이 가장 큰 블레이드(240) 피치각을 선택한다. d 단계에서는 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복 수행하면서 상기 소정의 유체속도와 소정의 중심축속도는 변경시키지 않는다.
즉, 일정한 유체의 이동속도와 중심축회전속도에서 블레이드(240) 피치각을 임의로 변경하면서 풍력 발전기(200)의 출력을 반복 계산하고, 계산된 출력 중에서 가장 출력이 큰 경우의 블레이드(240) 피치각을 선택하는 것이다.
이와 같이, 최적화 알고리듬을 통해 상기 a 단계에서의 임의의 블레이드(240) 피치각이 결정되므로, 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복할수록 임의의 블레이드 피치각(240)은 최적의 효율을 가지는 피치각에 근접하게 된다.
도 11은 다양한 블레이드(240) 피치각 중에서 가장 출력이 높은 블레이드(240) 피치각을 선택한 그래프이다.
그리고 e 단계로서, 상기 d 단계에서 선택된 블레이드(240) 피치각을 기준으 로 상기 a 단계에서 임의로 선택했던 블레이드(240) 피치각의 범위보다 좁은 범위에서 다시 임의의 블레이드(240) 피치각을 선택한다.
다음으로 f 단계로서, 상기 b 단계 내지 e 단계를 반복하여, 소정의 유체속도와 소정의 회전축회전속도에서 풍력 발전기(200)이 최고의 출력을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각으로 수렴하도록 한다.
도 12 및 도 13은 상기 b 단계 내지 e 단계를 반복하여 상기 블레이드(240) 피치각이 수렴하는 것을 나타낸 그래프이다.
다음으로 g 단계로서, 상기 f 단계에서 수렴된 블레이드(240) 피치각을 데이터저장부(270)에 저장한다.
다음으로 h 단계로서, 상기 c 단계에서의 소정의 유체속도와 소정의 회전축회전속도를 임의의 값으로 변경한다.
마지막, i 단계로서, 상기 a 단계 내지 h 단계를 반복 실행함으로써, 다양한 유체속도 및 회전축회전속도에 따른 최적의 블레이드(240) 피치각을 데이터저장부(271)에 저장하여 데이터 베이스화한다.
도 14는 상기와 같은 단계를 거쳐 산출된 블레이드(240) 피치각의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 14에서 TSR(Tip Speed Ratio)은 블레이드(240)의 선속도를 유체속도로 나눈 값을 뜻한다.
즉, TSR이 낮은 경우는 유체의 속도에 비하여 블레이드(240)의 선속도가 낮은 경우를 뜻하고, TSR이 높은 경우는 유체의 속도에 비하여 블레이드(240)의 선속도가 높은 경우를 뜻한다.
도 14에 나타난 바와 같이 블레이드(240)의 선속도가 낮은 경우에는 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각의 변화가 크고, 블레이드(240)의 선속도가 높은 경우에는 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각의 변화가 작음을 알 수 있다.
이는 블레이드(240)의 선속도가 낮은 초기 구동시에는 풍력 발전기(200)이 항력기반으로 회전력을 얻고, 블레이드(240)의 선속도가 높아짐에 따라 풍력 발전기(200)이 양력기반으로 회전력을 얻는 것이 에너지 변환 효율이 높음을 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 풍력 발전기(200)의 블레이드 피치각 결정 방법은 다양한 유체의 흐름에 따라 최적의 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각을 산출할 수 있다는 장점이 있다
한편, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력 발전기(200)는, 상기 블레이드(240)의 측면부를 이용하여 사람의 착시현상 및 잔상효과에 따라 그림 또는 동영상 등의 이미지(244)를 디스플레이할 수 있도록 구비된다.
이러한 디스플레이 기능을 구현하기 위해, 상기 풍력 발전기(200)는, 블레이드의 앞면부(242) 및 후면부(243)에는 가로 및 세로로 나란히 배열되어 정방형으로 위치하는 복수의 발광소자(260)를 더 포함하는데, 여기서, 상기 발광소자(260)로는 통상적으로 이용되는 발광 다이오드가 사용될 수 있다.
사람의 눈은 영화와 같이 일정 속도 이상으로 영상이 나타나면 연속적인 것으로 인식하게 된다. 예를 들어, 일정 속도로 A의 위치에서 B의 위치로 이동하는 적색점이 온/오프되면, 사람의 눈에는 A의 위치에서 B의 위치까지 적색점이 계속 켜져 있는 것으로 보이게 되는 것이다. 이와 마찬가지로, 유체에 의해 수평 방향으 로 회전하는 블레이드(240)의 측면부에 위치한 상기 발광소자(260)를 일정한 패턴으로 점등 및 소등시키면, 착시현상과 잔상효과에 따라 상기 블레이드(260)의 측면부는 도 4의 하부 도면과 같이 일정 내용의 이미지(244)를 디스플레이하고 있는 것처럼 보이게 된다.
여기서, 상기 발광소자(260)의 구비되는 수량은, 디스플레이의 해상도 및 블레이드(240)의 크기에 따라 달라질 수 있는 것은 물론이다.
한편, 상기 제어부(270)는, 상기 중심축(210)의 회전속도 및 블레이드(240)의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자(260)를 개별적으로 점등 또는 소등하되, 상기 이미지(244)에 대한 데이터 정보는 상기 데이터저장부(271)에 미리 저장되어, 상기 제어부(270)는 상기 데이터저장부(271)에 저장된 이미지 정보를 기초로 하여 상기 발광소자(260)를 점등 또는 소등한다.
여기서, 상기 제어부(270)는, 도 4의 하부 도면과 같이 상기 블레이드(240)의 측면부를 하나의 디스플레이 화면으로 인식하여, 상기 블레이드의 측면부에 디스플레이하고자 하는 이미지(244)에 대응하도록 상기 복수의 발광소자(260)를 개별적으로 점등 또는 소등하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 발광소자(260)는 상기 이미지(244)의 다양한 표현을 위하여 여러가지 색상을 조명할 수 있는 LED가 사용될 수 있는데, 이를 구현하기 위해 상기 발광소자(260)는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 색상을 발광하는 각 발광소자(260)가 하나의 픽셀을 구성하여 컬러를 표시할 수 있도록 구비될 수 있다.
상기 제어부(270)는, 상기 복수의 블레이드(240)가 유체에 의해 회전하여 각 각의 블레이드(240)의 위치가 변동되거나, 상기 블레이드(240)가 서보모터(250)에 의해 수평 회전되어 피치각이 변동되더라도, 상기 데이터저장부(271)에 저장된 이미지 데이터 정보에 상기 감지부(280)에서 감지되는 중심축(210)의 회전속도 변동값, 블레이드(240)의 피치각 변동값 및 중심축(210)의 위치 변동값을 보상함으로써, 상기 이미지(244)를 원하는 위치에 디스플레이할 수 있도록 구비된다.
한편, 본 발명의 풍력 발전기(200)는 상기 중심축(210)의 회전력이 발전기에 전달되어 전기에너지를 발생시키는데, 이때, 발생하는 전기에너지의 일부를 상기 발광소자(260)를 점등 및 소등시키는 전력원으로 사용되도록 구비되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같이 본 발명의 풍력 발전기(200)는, 블레이드(240)의 측면부를 이미지 디스플레이 화면으로 사용함으로써 광고 효과를 창출함은 물론, 상기 이미지를 디스플레이하는데 소요되는 전력원은 상기 풍력 발전기(200)에서 자체 발생된 전력을 이용함으로써, 별도의 외부 전원 공급장치의 설치가 필요없게 되므로 전기에너지를 절약할 수 있는 효과를 제공한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제1실시예의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 'A'를 확대하여 나타낸 사시도,
도 3은 도 1의 'B'를 확대하여 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전기를 통해 그림 및 동영상 등의 이미지를 디스플레이하는 동작원리를 나타내기 위한 개념도,
도 5는 도 4에 도시된 복수의 블레이드 중 블레이드 b6의 구성을 나타낸 사시도,
도 6은 도 5의 'C'를 확대하여 나타낸 확대도,
도 7는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제2실시예의 구성을 나타낸 사시도,
도 8은 도 7의 'A'를 확대하여 나타낸 사시도,
도 9는 유체의 흐름에 대한 블레이드의 피치각를 나타낸 개략도,
도 10 내지 도 13은 블레이드 피치각이 수렴하는 과정을 나타낸 그래프이며,
도 14는 도 2의 풍력 발전기의 블레이드 피치각 결정 방법에 따라 산출된 블레이드 피치각의 일례를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100,200...풍력 발전기 110,210...중심축
120,220...상부허브 121,221...상부스포크
130,230...하부허브 131,231...하부스포크
140,240...블레이드 250...서보모터
160,260...발광소자 170,270...제어부
171,271...데이저 저장부 180,280...감지부

Claims (2)

  1. 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축;
    상기 중심축의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브;
    상기 중심축의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브;
    일단부가 상기 상부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드;
    상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부;
    상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부;
    상기 피치제어부를 구동하되, 상기 감지부로부터 감지된 정보를 기초로 하여 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단;
    상기 블레이드의 앞면부 및 후면부에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자; 및
    상기 중심축의 회전속도 및 블레이드의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함하는 풍력 발전기.
  2. 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되며, 발전기에 회전력을 전달하는 중심축;
    상기 중심축의 상부에 구비되며, 복수의 상부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 상부허브;
    상기 중심축의 하부에 구비되며, 복수의 하부스포크가 방사형으로 연장된 형태로 결합된 하부허브;
    일단부가 상기 상부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 상기 하부허브의 끝단부와 회전가능하도록 연결된 복수의 블레이드;
    상기 블레이드의 회전부에 위치하여 상기 블레이드의 피치각을 변경하는 서보모터;
    상기 블레이드의 최적피치각이 저장된 데이터저장부;
    상기 블레이드의 앞면부 및 후면부에 구비되어 점등 또는 소등하는 복수의 발광소자;
    상기 데이터저장부에 저장된 블레이드의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드가 상기 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터를 작동시키며,
    상기 중심축의 회전속도 및 블레이드의 피치각의 변동에 따라 상기 복수의 발광소자를 개별적으로 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함하는 풍력 발전기.
KR1020080129112A 2008-12-18 2008-12-18 풍력 발전기 KR20100070532A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080129112A KR20100070532A (ko) 2008-12-18 2008-12-18 풍력 발전기
KR1020117014535A KR101230460B1 (ko) 2008-12-18 2009-02-20 풍력 발전기
PCT/KR2009/000817 WO2010071261A1 (en) 2008-12-18 2009-02-20 Displayable wind turbine
US13/140,630 US8851838B2 (en) 2008-12-18 2009-02-20 Displayable wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080129112A KR20100070532A (ko) 2008-12-18 2008-12-18 풍력 발전기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100070532A true KR20100070532A (ko) 2010-06-28

Family

ID=42268914

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080129112A KR20100070532A (ko) 2008-12-18 2008-12-18 풍력 발전기
KR1020117014535A KR101230460B1 (ko) 2008-12-18 2009-02-20 풍력 발전기

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117014535A KR101230460B1 (ko) 2008-12-18 2009-02-20 풍력 발전기

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8851838B2 (ko)
KR (2) KR20100070532A (ko)
WO (1) WO2010071261A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101235910B1 (ko) * 2011-10-31 2013-02-21 한국항공우주연구원 싸이클로이달 터빈과 모터 겸용 발전기를 장착한 고공 풍력 발전 시스템 및 그 시스템의 운용 방법.

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9309864B2 (en) * 2010-08-05 2016-04-12 Ronald Chun Yu LAM Transverse axis turbine with controllable display
CN101956653B (zh) * 2010-10-12 2012-03-28 孙世杰 叶片安装角随风向和风速而变化的垂直轴风力机
ES1073704Y (es) * 2010-12-15 2011-04-29 Ind Technoflex Sa Aerogenerador con proteccion para animales voladores
KR20140015520A (ko) * 2011-07-07 2014-02-06 7142871 캐나다 인코포레이티드 수평 다단 풍력 터빈
CN102691617B (zh) * 2011-07-29 2014-07-09 梁北岳 动翼式升力型大功率垂直轴风力机
WO2013166400A1 (en) * 2012-05-04 2013-11-07 Wind Energy Corporation Wind turbine system and method of operating a wind turbine system
ITRM20120529A1 (it) * 2012-10-31 2014-05-01 Internat Innovation Technologi Es S R L Turbina eolica o idraulica con asse perpendicolare alla corrente dotata di pale mobili adattabili individualmente.
GB2510554B (en) 2012-11-26 2016-03-09 Supervawt Ltd Turbine with Two Part Blade having Pitch and Camber Control
KR101369198B1 (ko) 2013-03-05 2014-03-06 지유 주식회사 소형 풍력 발전장치의 블레이드 피치 제어장치
KR101418675B1 (ko) * 2013-03-20 2014-07-10 (주)삼부에이티씨 루버유도형 풍력발전기
KR101418674B1 (ko) * 2013-03-20 2014-07-10 (주)삼부에이티씨 루버유도형 풍력발전기
KR101418673B1 (ko) * 2013-03-20 2014-07-10 (주)삼부에이티씨 루버유도형 풍력발전기
KR101418676B1 (ko) 2013-03-21 2014-07-10 (주)삼부에이티씨 트윈 에어포일형 풍력발전기
KR101320036B1 (ko) * 2013-03-21 2013-10-18 (주)삼부에이티씨 트윈 에어포일형 풍력발전기
FR3016193A1 (fr) * 2014-01-08 2015-07-10 Gallo Sabrina Steinke Dispositif de gestion de vitesse aerodynamique et multi energies pour une eolienne
FR3018868A1 (fr) * 2014-03-18 2015-09-25 Patrick Claude Michel Bouquerel Dispositif d'eolienne vertical a geometrie variable
CN103883467B (zh) * 2014-03-27 2016-03-16 河海大学 升力型变桨距叶轮
US20150371575A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-24 Anne-Julie Rosemarie Carl LED display for wind turbines
KR101587725B1 (ko) * 2014-07-04 2016-01-21 영남대학교 산학협력단 수직 축 풍력 발전기
CN104533709A (zh) * 2014-11-21 2015-04-22 西北工业大学 一种具有活动叶片的垂直轴风力发电叶轮
CN104481811A (zh) * 2014-12-03 2015-04-01 秦春明 一种垂直轴升阻力综合型风力发电机
US20160230742A1 (en) * 2015-02-05 2016-08-11 Vijay Rao Wind Turbine
US20180030956A1 (en) * 2015-02-05 2018-02-01 Vijay Rao Fluid Turbine with Control System
KR101602936B1 (ko) 2015-03-09 2016-03-14 이동한 풍력발전기
KR101698060B1 (ko) * 2015-11-19 2017-01-23 (주)지인테크 모듈형 풍력발전장치
KR101746449B1 (ko) * 2016-03-07 2017-06-14 엘더블유피 주식회사 풍력발전장치
RU2664639C2 (ru) * 2016-03-09 2018-08-21 Владислав Александрович Гуревич Способ преобразования кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение плоской лопасти
CN105673321A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 范德义 多柱塔式多功能涡轮叶片
US20170306924A1 (en) * 2016-04-25 2017-10-26 Ricardo Morcillo Molina Wind turbine for the production of electric power with multiple-blade vanes and horizontal shaft supperted at the ends
TWI561730B (en) * 2016-05-18 2016-12-11 Inst Nuclear Energy Res Atomic Energy Council Vertical-axis wind turbine having device for changing blade angle
CN112382195A (zh) * 2016-07-06 2021-02-19 东莞理工学院 一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统
EP3645868A1 (de) * 2017-06-30 2020-05-06 Agile Wind Power AG Vertikalwindkraftanlage mit geregeltem schnelllaufverhalten sowie bausatz für selbige und verfahren für ihren betrieb
WO2019074645A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 Vijay Rao ENHANCED FLUID TURBINE WITH CONTROL SYSTEM
CN108374756B (zh) * 2018-03-12 2020-06-16 王伟民 实时变桨风轮及垂直轴风力发电机
US10920751B2 (en) * 2018-12-12 2021-02-16 Ziaur Rahman Orthogonal turbine having a speed adjusting member
US20200271089A1 (en) * 2019-02-22 2020-08-27 Jenesis International Inc. Vertical Axis Wind Turbine
CN110440965B (zh) * 2019-06-19 2020-06-16 浙江大学 一种漂浮式海流能机组载荷的在线测量系统及方法
CN111997835A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 武汉科技大学 一种垂直轴风力机变桨距机构
CN112065655B (zh) * 2020-09-27 2022-06-14 王锦 叶片调节方法及模块、以及风轮和垂直轴风力发电机
DE102021118953A1 (de) * 2021-07-22 2023-01-26 Bahne Carstens Strömungskraftanlage mit Schwenkflügeln

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003184728A (ja) 2001-12-11 2003-07-03 Junya Hori 風車を利用した電光表示装置
KR100490683B1 (ko) 2002-09-30 2005-05-19 재단법인서울대학교산학협력재단 수직축 풍력발전 장치
JP4184847B2 (ja) 2003-03-27 2008-11-19 株式会社東芝 風車装置及びそれを用いた風力発電装置
US20070177970A1 (en) * 2004-03-31 2007-08-02 Tadashi Yokoi Vertical axis wind turbine and wind turbine blade
JP2006307815A (ja) 2005-04-26 2006-11-09 System Giken Kk 垂直軸型の低速時の低起動性、中高速時の高効率を有するエネルギー蓄積装置付き小型風車。

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101235910B1 (ko) * 2011-10-31 2013-02-21 한국항공우주연구원 싸이클로이달 터빈과 모터 겸용 발전기를 장착한 고공 풍력 발전 시스템 및 그 시스템의 운용 방법.
WO2013065979A1 (ko) * 2011-10-31 2013-05-10 한국항공우주연구원 싸이클로이달 터빈과 모터 겸용 발전기를 장착한 고공 풍력 발전 시스템 및 그 시스템의 운용 방법
US9422920B2 (en) 2011-10-31 2016-08-23 Korea Aerospace Research Institute High-altitude wind power generation system with cycloidal turbine and motor-generator, and method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101230460B1 (ko) 2013-02-06
KR20110089435A (ko) 2011-08-08
US8851838B2 (en) 2014-10-07
US20110305569A1 (en) 2011-12-15
WO2010071261A1 (en) 2010-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20100070532A (ko) 풍력 발전기
US8258647B2 (en) Vertical axis wind turbine
JP7030711B2 (ja) 効率を向上させた垂直軸ツインタービンを有する浮体式風力タービン
US20130134261A1 (en) Airborne wind energy conversion system with fast motion transfer
US20060151664A1 (en) Power transmission device
US8946923B2 (en) Wind-tracking twin-turbine system
WO2006031369A2 (en) Wind turbine with retractable sails
US20150330368A1 (en) Airborne wind energy system with rotary wing, flying generator and optional multi-leg tether
KR101267853B1 (ko) 수직형 터빈
US20090160188A1 (en) Migler&#39;s windmill as a lamppost-windmill, and with sails mounted on a common mast, and with horizontally yoked sails, and as a river-turbine, and as a windmill-sailboat
JP2010121518A (ja) 縦軸式マグナス型風力発電装置
CN112901413A (zh) 垂直轴流体能量转换装置
EP2459869B1 (en) Wave current plant and method thereof
KR101179682B1 (ko) 부유식 해상 풍력발전설비
CN103122826A (zh) 风力发电系统
KR101235683B1 (ko) 풍력발전기의 블레이드의 가변구조
CN110770435B (zh) 帆装置
JP7241552B2 (ja) 風力発電装置及びその施工方法
KR20100096575A (ko) 가변피치제어식 다익형 풍차
GB2508814A (en) Concentric turbine arrangement
KR20120099893A (ko) 수직축 터빈 시스템의 토크 증대 장치
KR101165418B1 (ko) 풍력 발전 장치
JP2023106361A (ja) 水平軸多翼式洋上風力発電機
KR20130060769A (ko) 풍력발전기가 구비된 크레인
ITVR20070155A1 (it) Turbina ad ali parallele all&#39;asse

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant