KR20120044713A

KR20120044713A - 편심된 무게중심에 의해 작동하는 날개구조체를 가진 풍력회전장치

Info

Publication number: KR20120044713A
Application number: KR1020100106161A
Authority: KR
Inventors: 우정택
Original assignee: 우정택
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-08
Also published as: KR101227888B1

Abstract

본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 내구성이 우수하고 보다 효율 높은 풍력회전체를 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명은, 회전축과, 상기 회전축으로부터 방사상 외측으로 연장되는 연결부재와, 상기 연결부재에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축을 회전시키는 날개구조체를 포함하는 풍력회전장치에 있어서, 상기 날개구조체는 상기 방사상 외측방향과 직각을 이루는 평면상에서 상기 연결부재에 고정되는 판상프레임; 상기 판상프레임의 일단에서 상기 회전축과 평행한 힌지축을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 힌지축의 양측 중 상기 판상프레임이 위치하는 일측에는 판상부재가 설치되고 타측에는 상기 판상부재와 둔각을 이루도록 일체화된 꼬리부재가 형성된 날개; 및 상기 힌지축을 중심으로 하는 상기 판상부재의 자유회전이 상기 판상프레임과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임에 고정되는 지지부재가 포함되되, 상기 날개의 무게중심은 상기 판상부재와 상기 꼬리부재 중 어느 하나에 편심되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

편심된 무게중심에 의해 작동하는 날개구조체를 가진 풍력회전장치{Rotation apparatus for wind power generator having wing body structure activated by the eccentric center of gravity}

본 발명은 풍력발전을 위한 풍력회전장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 편심된 무게중심을 가진 날개구조체가 중력에 의해 접히고 펼쳐지는 작용이 발생함으로써 풍력에 의한 회전이 보다 효과적으로 이루어질 수 있는 풍력회전장치에 관한 것이다.

최근, 풍력은 화석연료의 고갈에 따라 새로운 에너지원으로 각광받고 있는 청정에너지원으로서, 풍력을 이용하기 위한 다양한 방식의 발전장치가 개발되고 있다.

그러한 풍력발전장치에 대한 관심은 대부분 풍력에너지를 보다 효과적으로 활용하면서 내구성이 뛰어난 풍력회전장치의 개발에 집중되어 있다.

도 1은 종래의 풍력회전장치에 대한 일예를 도시하고 있다.

도 1을 참고하면, 중심날개(13)의 상하부에 상부날개(14)와 하부날개(15)가 설치된 회전체가 지지대(12)에 의해 회전축(11)에 설치되어 있다. 상기 날개들(13,14,15)은 유연성 있는 재질로 형성됨으로써 굽혀지는 작용이 가능하다. 따라서, 전방에서 풍력을 받아 회전축(21)을 회전시키는 위치에서 상부날개(14) 및 하부날개(15)가 펼쳐짐으로써 풍력에너지를 최대한으로 흡수하고, 회전축(11) 주위를 돌아 풍력을 등지는 구간에 진입하면 유연성이 있는 상부날개(14) 및 하부날개(15)가 움추려듦으로써 회전저항을 최소화시킨다.

그러나, 상기 회전장치는 풍력을 등지는 구간에서 날개들(13,14,15)이 완전히 접혀지는 것이 아니므로 회전에 대한 저항을 여전히 받게 되어 발전효율을 저하시키고, 상부날개(14)와 하부날개(15)의 굽힘작용이 반복되므로 피로에 의한 수명단축의 문제점이 있다.

도 2는 종래의 다른 풍력회전장치를 도시하고 있다. 도 2를 참고하면, 풍압판(22)이 지지봉(21)에 힌지에 의해 결합되고, 바람을 받는 풍압판(22)이 회전축(20)을 회전시키고 있다. 상기 풍압판(22)는 도 2의 상측영역을 지나는 시점에서 지지봉(21)의 단부에서 펼쳐져 풍력을 최대로 받는 상태가 되고, 도 2의 하측영역을 지나는 시점에서는 배면에서 작용하는 풍압에 의해 “ㄱ"자 형상으로 꺾이게 된다. 이에 따라, 풍력을 흡수하여 회전력을 발생시키는 상측영역에서는 풍압판(22)를 펼치게 되고, 풍력이 풍압판(22)에 작용하여 회전저항이 발생하는 하측영역에서는 풍력의 흡수를 최대한 억제함으로써 효율을 높이고자 하고 있다.

그러나, 상기 풍력회전장치는 풍압판(22)이 펼쳐지는 작용이 풍력에 의해 발생하므로 풍압판(22)은 풍력에 의해 회전을 발생시켜야 하는 상측영역에 진입한 후에야 풍압판(22)이 펼쳐지는 작용을 시작한다. 이에 따라, 상기 상측영역에 진입하는 초기단계에서는 회전축의 회전력 발생에 거의 기여하지 못하고 소정 시간이 경과한 후 즉, 풍압판(22)이 펼쳐지는 시간이 경과한 후에야 풍력에너지를 최대로 흡수할 수 있는 상태가 된다. 이는 풍력에너지를 흡수하여 회전력을 발생하는 영역 또는 시간이 줄어들게 되는 것을 의미한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 내구성이 우수하고 보다 효율 높은 풍력회전체를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축과, 상기 회전축으로부터 방사상 외측으로 연장되는 연결부재와, 상기 연결부재에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축을 회전시키는 날개구조체를 포함하는 풍력회전장치에 있어서, 상기 날개구조체는 상기 방사상 외측방향과 직각을 이루는 평면상에서 상기 연결부재에 고정되는 판상프레임; 상기 판상프레임의 일단에서 상기 회전축과 평행한 힌지축을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 힌지축의 양측 중 상기 판상프레임이 위치하는 일측에는 판상부재가 설치되고 타측에는 상기 판상부재와 둔각을 이루도록 일체화된 꼬리부재가 형성된 날개; 및 상기 힌지축을 중심으로 하는 상기 판상부재의 자유회전이 상기 판상프레임과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임에 고정되는 지지부재가 포함되되, 상기 날개의 무게중심은 상기 판상부재와 상기 꼬리부재 중 어느 하나에 편심되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판상프레임의 양측에는 각각 측판이 설치되어 상기 판상프레임과 상기 판상부재 사이에 발생하는 공간의 측면을 커버하는 것을 다른 특징으로 한다.

다른 관점에서 본 발명은, 회전축과, 상기 회전축으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재와, 상기 다수의 연결부재에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축을 회전시키는 날개구조체를 포함하는 풍력회전장치에 있어서, 상기 날개구조체는 모두, 평판상의 판상프레임과, 상기 판상프레임의 양측에서 서로 마주보도록 설치된 수직의 양 측판을 포함하는 프레임부재와; 상기 판상프레임의 일단에 상기 양 측판을 연결하는 방향으로 설치된 힌지축과; 상기 힌지축을 중심으로 자유회전하도록 상기 힌지축에 설치되어 상기 양 측판 사이에서 상기 판상프레임과 소정의 예각을 이루도록 펼쳐져 오목한 항력공간이 형성될 수 있고 상기 판상프레임과 포개져 상기 항력공간이 소멸될 수 있는 판상부재와, 상기 힌지축을 기준으로 상기 판상부재의 반대측에서 상기 판상부재와 둔각을 이루도록 상기 판상부재에 고정된 꼬리부재가 설치되며, 상기 항력공간은 풍력을 받아 상기 회전축을 회전시킬 수 있도록 상기 연결부재에 직각인 방향을 향하고 있는 날개와; 상기 힌지축을 중심으로 하는 상기 판상부재의 자유회전이 상기 판상프레임과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 프레임부재에 고정되는 지지부재를 포함하여 구성되되, 상기 다수의 날개구조체에 있어서 상기 날개의 무게 중심은 상기 판상부재와 상기 꼬리부재 중 어느 하나에 편심되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판상부재와 상기 꼬리부재 중 어느 하나에 선택적으로 상기 무게중심의 위치를 이동시킬 수 있는 무게중심이동장치가 상기 날개에 더 설치된 것을 다른 특징으로 한다.

상기 무게중심이동장치는 상기 날개에서 레일을 타고 이동하는 무게추를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

한편, 또 다른 관점에서 본 발명은, 회전축과, 상기 회전축으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재와, 상기 다수의 연결부재에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축을 회전시키는 날개구조체를 포함하는 풍력회전장치에 있어서, 상기 날개구조체는, 상기 연결부재와 직각을 이루는 평면상에서 상기 연결부재에 고정되는 판상프레임; 상기 판상프레임의 일단에서 상기 회전축과 평행한 제1힌지축을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 판상프레임과 포개질 수 있는 상기 제1힌지축의 일측에는 제1판상부재가 설치되고 상기 제1판상부재와 둔각을 이루도록 상기 제1힌지축의 타측에서 상기 제1판상부재에 고정되는 제1꼬리부재가 형성된 제1날개; 상기 판상프레임의 상기 일단에서 상기 회전축과 평행한 제2힌지축을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 판상프레임과 포개질 수 있는 상기 제2힌지축의 상기 일측에는 제2판상부재가 설치되고 상기 제2판상부재와 둔각을 이루도록 상기 제2힌지축의 타측에서 상기 제2판상부재에 고정되는 제2꼬리부재가 형성됨으로써 상기 판상프레임을 기준으로 상기 제1날개와 대칭을 이루는 제2날개; 상기 판상프레임의 양측에 각각 설치되어 상기 판상프레임과 상기 제1 및 제2판상부재 사이에 각각 발생하는 공간의 측면을 커버하는 양 측판; 및 상기 힌지축을 중심으로 하는 상기 제1 및 제2판상부재의 자유회전이 상기 판상프레임과 각각 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임에 고정되는 지지부재;가 포함되되, 상기 제1날개의 무게 중심은 상기 제1판상부재와 상기 제1꼬리부재 중 어느 하나에 편심되어 있고, 상기 제2날개의 무게 중심은 상기 제2판상부재와 상기 제1꼬리부재 중 상기 제1날개와는 반대로 편심되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 상기 제1판상부재와 상기 제1꼬리부재 중 어느 하나에 선택적으로 상기 제1날개의 무게중심을 이동시킬 수 있는 제1무게중심이동장치와, 상기 제2판상부재와 상기 제2꼬리부재 중 어느 하나에 상기 제1무게중심이동장치와는 반대로 상기 제2날개의 무게 중심을 이동시킬 수 있는 제2무게중심이동장치가 상기 제1날개와 상기 제2날개에 각각 더 설치되는 것을 다른 특징으로 한다.

상기에서 제1 및 제2무게중심이동장치는 각각 상기 제1 및 제2날개에서 레일을 타고 이동하는 무게추를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명의 풍력회전장치는 소정크기의 풍력을 받아야만 꺾여 있던 날개가 완전히 펼쳐지는 종래의 풍력회전체와 비교할 때, 본격적으로 풍력을 받는 위치인 구간“S"에 도달하는 시점에 이미 충분한 풍력을 흡수할 수 있도록 날개가 펼쳐진 상태가 될 수 있다. 이에 따라, 풍력에너지를 본격적으로 흡수하는 영역에서 이미 날개가 펼쳐진 상태이므로 풍력에너지를 흡수하는 구간 또는 시간이 길다.

또한, 종래의 풍력회전체와 비교하여 날개의 구부러짐이 없으므로 반복하중에 의한 피로 등에 강하고 그 구조도 간단하여 수명 및 유지보수 측면에서 매우 우수한 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 풍력회전장치는 무게중심이동장치가 부가됨으로써 풍향이 반대방향으로 변화되더라도 날개의 무게중심을 반대로 변경시킴으로써 동일한 회전작용이 발생가능하다. 이는 풍력회전장치의 재설치나 구성품의 교체가 없더라도 풍향변화가 있는 지역에서 계속적인 풍력발전이 가능하게 한다.

도 1은 종래 풍력회전장치의 일예에 대한 구성도
도 2는 종래 풍력회전장치의 다른 예에 대한 구성도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력회전장치의 구성도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체의 상세 구성도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 구성도
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체의 상세 구성도
도 7은 도 6의 A-A 방향에 따른 단면도
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 작용설명도
도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체의 작용설명도
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체를 변형한 구성도
도 12 및 도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체의 구성도
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력회전장치의 작용설명도

본 발명의 제1실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력회전장치이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력회전장치의 날개구조체를 도시하고 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 풍력회전장치는, 회전축(41)과 상기 회전축(41)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재(43)와 상기 다수의 연결부재(43)에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시키는 날개구조체(10)를 포함한다.

상기 회전축(41)은 풍력에 의해 회전하고 증속기(55)를 매개로 발전기(50)의 회전축(41)과 연결된다.

상기 연결부재(43)는 회전축(41)과 날개구조체(10)를 연결하여 고정하고 있다. 연결부재(43)는 회전축(41)을 중심으로 다수개가 일정한 간격으로 설치되고 본 실시예에서는 4개가 90도 간격으로 설치된다.

상기 날개구조체(10)는 상기 연결부재(43)에 고정되는 판상프레임(21)과, 상기 판상프레임(21)의 일단에서 상기 회전축(41)과 평행하게 설치된 힌지축(30)과, 힌지축(30)을 중심으로 자유회전이 가능하고 상기 힌지축(30)의 일측에는 판상부재(111)가 설치되고 상기 힌지축(30)의 타측에는 상기 판상부재(111)와 둔각을 이루도록 일체화된 꼬리부재(112,113)가 형성된 날개(11)와, 상기 힌지축(30)을 중심으로 하는 판상부재(111)의 자유회전이 판상프레임(21)과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임(21)에 고정되는 지지부재(202,203)를 포함한다.

상기 판상프레임(21)은 평판의 형태이고 사각판상으로 형성되는 것이 바람직하다. 판상프레임(21)은 연결부재(43)의 회전궤적에 접하는 면을 이루도록 상기 방사상 외측방향에 직각인 평면상에 설치된다.

상기 판상프레임(21)의 양 측면에는 양 측판(22,23)이 설치되므로 양 측판(22,23)이 설치되지 않은 한쪽 모서리에 힌지축(30)이 설치된다. 상기 양 측판(22,23)은 판상프레임(21)과 판상부재(111) 사이에 발생하는 공간을 측면에서 커버하여 전방으로만 개방된 오목한 항력공간을 형성함으로써 항력이 큰 날개구조체를 구성한다.

상기 판상프레임(21)과 양 측판(22,23)이 프레임부재(20)를 구성하고 있다.

상기 힌지축(30)은 날개(11)가 결합되어 자유롭게 회전하기 위한 것으로 판상프레임(21)의 일단 즉 한쪽 모서리에 회전축(41)과 평행하게 설치된다.

상기 힌지축(30)은 상기 날개(11)가 결합되어 그것이 회전하는 중심축이 되며, 상기 날개(11)는 힌지축(30)을 중심으로 선회함에 있어서 자유롭게 회전할 수 있다. 이는 힌지축(30)과 상기 날개(11)의 결합부에 마찰 등의 저항이 무시할 수 있을 정도임을 의미한다. 따라서, 날개(11)는 그 무게중심에 작용하는 중력의 방향에 따라 힌지축(30)을 중심으로 자유롭게 회전하면서 자세가 변경된다.

상기 날개(11)는 힌지축(30)을 중심으로 판상프레임(21)이 위치하는 쪽의 판상부재(111)와, 그 반대측에 위치하는 꼬리부재(112,113)로 이루어지며, 서로 둔각을 이루도록 일체로 결합되어 있다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 판상부재(111)가 힌지축(30)을 중심으로 선회하면 꼬리부재(112,113)의 선회도 동시에 발생한다. 또한, 꼬리부재(112,113)가 하강하는 경우 힌지축(30)을 중심으로 판상부재(111)가 상측으로 선회하여 열리게 되면서 판상프레임(21)과 판상부재(111) 사이에는 회전축을 회전시킬 수 있도록 연결부재(43)에 직각인 방향 즉, 전방을 향하는 항력공간(바람을 받아 항력이 발생하는 오목한 공간)이 형성될 것이다. 상기 둔각은 120-150도 범위에서 선택되는 것이 바람직하다.

상기 꼬리부재(112,113)는 작은 폭으로 길게 연장된 부재로서 그 폭이 좁아 판상부재(111)와 비교할 때 바람에 대한 항력이 매우 작다.

한편, 상기 꼬리부재(112,113)에는 그 단부 근처에 무게추(115)가 내장되어 있다. 이는 상기 날개(11)의 무게중심이 꼬리부재(112,113)에 편심되어 위치하도록 하기 위한 것으로, 본 실시예에서 판상부재(111)에 무게추를 설치하여 무게중심이 판상부재(111)에 편심되게 하더라도 날개(11)가 펼쳐지는 위치가 반대로 될 뿐이고 본 발명의 목적 달성은 가능하다.

상기 무게추(115)는 작은 부피라도 큰 중량을 가지는 재질, 예컨대 납재질로 구성하는 것이 바람직하고, 꼬리부재(112,113)의 내부에 내장된다. 상기 판상부재(111)는 내부에 허니콤 구조를 가지는 경량의 알루미늄 판상체로 구성하고, 상기 무게추(115)를 설치함으로써 간단히 무게중심을 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 판상부재(111)의 자유회전이 상기 판상프레임(21)과 각각 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 지지부재(202,203)가 상기 판상프레임(21)의 후측에 설치된다. 상기 지지부재(202,203)는 판상부재(111)의 선회를 정지시키기 위한 것이므로 측판(22,23)에 설치되는 스토퍼(미도시) 등 판상부재(111)의 선회를 제한하는 다른 수단으로 변경될 수 있다.

또한, 상기 꼬리부재(112,113)와 지지부재(202,203)는 각각 도면에서 양측으로 2개가 설치되어 있으나 반드시 양측으로 설치될 필요는 없으며, 그 양측의 중간부분에 1개씩만이 설치되도록 변경도 가능하다.

본 발명의 제1실시예의 작용은 후술하는 제2실시예의 작용으로부터 이해될 수 있다.

다음은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치를 설명한다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력회전장치도 회전축(41)과, 상기 회전축(41)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재(43)와, 상기 다수의 연결부재(43)에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시키는 날개구조체(10)를 포함한다. 상기 회전축(41)과 다수의 연결부재(43)는 제1실시예의 구성과 동일하다.

다만, 본 실시예에서는 날개구조체(10)가 판상프레임(21)을 기준으로 상하에 날개(11)가 대칭으로 설치된다.

제2실시예에 있어서도 회전축(41)으로부터 방사상으로 균일간격으로 뻗어 있는 연결부재(43)의 단부에 판상프레임(21)이 고정된다. 상기 판상프레임(21)이 포함되는 평면은 상기 연결부재(43)가 연장되는 방향과 직각을 이루고 있다. 이에 따라, 날개구조체(10)가 풍력을 받으면 연결부재(43)의 단부에 직각에 가까운 항력이 작용하므로 효율적으로 회전축(41)을 회전시킬 수 있는 토크가 발생할 수 있다.

상기 판상프레임(21)의 양측에는 측판(22,23)이 각각 설치된다.

상기 측판(22,23)은 판상프레임(21)의 양측 모서리에 부착됨으로써 판상프레임(21)과 판상부재(111) 사이에 발생하는 공간의 측면을 커버한다. 이에 따라 상기 공간은 전방으로만 개방된 상태에서 풍력을 받을 수 있다. 다만, 본 실시예에서 판상프레임(21)의 하측에도 제2날개(12)가 설치되므로 제1실시예의 경우와 달리 양 측판(22,23)은 판상프레임(21)의 하측까지 동일하게 설치된다.

본 실시예에서 제1날개(11)와 제2날개(12)가 판상프레임(21)의 상측 및 하측에 각각 대칭으로 설치된다.

제1날개(11)는 판상프레임(21)의 상측에 설치되되 상기 판상프레임(21)의 일단에 설치된 제1힌지축(31)에 자유회전이 가능하도록 설치된다. 그 설치구성은 제1실시예의 경우와 동일하다. 상기 힌지축(31)은 회전축(41)과 평행하게 설치된다. 이에 따라 제1날개(11)가 풍력을 받는 전방을 향하여 판상부재(111)가 판상프레임(21)과 포개지고 판상프레임(21)과 소정의 각도를 이루도록 열리는 동작이 주기적으로 반복될 수 있다.

제1힌지축(31)을 기준으로 제1판상부재(111)의 반대측에는 제1꼬리부재(112,113)가 형성된다. 상기 제1꼬리부재(112,113)는 제1판상부재(111)와 일체로 또는 고정되어 설치되되 제1판상부재(111)와는 둔각을 이루고 있다. 상기 둔각은 제1날개(11)의 판상부재(111)가 풍력을 향하는 전방으로 열리는 정도를 결정한다.

제2날개(12)는 제1날개(11)와 상기 판상프레임(21)을 기준으로 대칭을 이루도록 설치된다. 이에 따라, 상기 판상프레임(21)의 상기 일단에서 상기 회전축(41)과 평행하도록 제2힌지축(32)이 설치되어 그 제2힌지축(32)에 제2날개(12)가 고정되며, 제2힌지축(32)을 중심으로 제2판상부재(121)와, 제2판상부재(121)와 둔각을 이루는 제2꼬리부재(122,123)가 형성된다.

또한, 상기 제1 및 제2판상부재(111,121)의 자유회전이 상기 판상프레임(21)과 각각 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 지지부재(202,203)가 상기 판상프레임(21)의 후측에 설치된다.

상기 꼬리부재(112,113)가 지지부재(202,203)와 접하여 정지하면 제1 및 제2날개(11,12)의 판상부재(111,121)는 상기 둔각에서 90도를 뺀 예각으로 전방을 향하여 열리게 된다.

한편, 제2실시예에서는 제1날개(11)와 제2날개(12)의 무게 중심이 반대로 형성된다. 즉, 무게중심을 편심시키기 위한 무게추(115,125)의 설치위치는 서로 반대로 구성하고 있다.

도 7을 참고하면, 제1날개(11)는 제1꼬리부재(113)에 무게추(115)를 설치하고, 제2날개(12)는 제1판상부재(121)에 무게추(125)를 설치하고 있다. 이는 상기 제1날개(11)의 무게 중심과 제2날개(12)의 무게 중심을 서로 반대로 하여 판상부재(111)와 꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 편심되게 하기 위한 것이므로 제1날개(11)에는 제1판상부재(111)에 무게추를 위치시키고, 제2날개(12)에는 제2꼬리날개(122,123)에 무게추를 설치하는 것도 가능하고, 그 경우는 반대방향의 풍향에 대하여 회전력이 발생하는 구조가 된다. 이에 대한 작용은 후술하는 설명으로부터 이해될 수 있다.

다음은 제2실시예에 따른 풍력회전장치의 작용을 설명한다.

도 8은, 회전축(41)을 중심으로 연결부재(43)가 회전 시, 각 위치에서 날개구조체(10)의 상태를 도시하고 있다.

날개구조체(10)는 “A"위치에서 판상프레임(21)을 기준으로 양측의 판상부재(111,121)가 접혀 있다. 즉, 제1날개(11)는 제1꼬리부재(113)에 무게 중심이 위치하므로 중력의 영향으로 제1힌지축(31)을 중심으로 반시계방향으로 회전하려 하므로 제1판상부재(111)가 접힌 상태이고, 제2날개(12)는 제2판상부재(121)에 무게중심이 위치하여 중력의 영향으로 가장 하부에 위치하려 하므로 판상프레임(21)에 접하도록 접힌 상태가 된다.

그와 같은 상태에서 날개구조체(10)가 회전축(41)을 중심으로 선회하면, 차츰 제1날개(11)와 제2날개(12)가 펼쳐지게 된다.

도 9는 도 8의 "A" 위치에서 “D" 위치로 위치가 변화되는 중간에서 제1날개(11)와 제2날개(12)의 상태변화를 도시하고 있다.

도 9를 참조하면, 상태 (b)에서 제2판상부재(121)에 위치하는 제2날개(12)의 무게중심이 중력을 받게 되면서 제2힌지축(32)에 반시계방향의 회전력을 발생시켜 판상프레임(21)으로부터 제2판상부재(121)가 떨어진다.

상태 (c)에 이르는 과정에서는 제1꼬리부재(113)에 위치하는 제1날개(11)의 무게중심이 중력을 받아 제1힌지(31)에 시계방향의 회전력을 발생시키고 또한 판상프레임(21)으로부터 제1판상부재(111)도 떨어진다.

이에 따라, 도 8의 “D" 위치를 향해 이동하는 중간에 이미 날개구조체(10)의 제1판상부재(111) 및 제2판상부재(121)는 완전히 열린 상태가 될 수 있다.

이는 소정크기의 풍력을 받아야만 풍력의 작용으로 움추려져 있던 날개(11,12)가 완전히 펼쳐지는 종래의 풍력회전체와 비교할 때, 본격적으로 풍력을 받는 위치인 도 8의 구간“S"에 도달하는 시점에 이미 충분한 풍력을 흡수할 수 있도록 날개(11)가 펼쳐진 상태가 될 수 있음을 의미한다.

또한, 종래의 풍력회전체와 비교하여 날개(11,12)의 구부러짐이 없으므로 반복하중에 의한 피로에 강하고 그 구조도 간단하여 내구성이 우수하다.

한편, 도 10은 도 8의 "E" 위치에서 “H" 위치로 위치가 변화되는 중간에서 제1날개(11)와 제2날개(12)의 상태변화를 도시하고 있다.

도 10을 참조하면, 상태 (f)에서 제1꼬리부재(113)에 위치하는 제1날개(11)의 무게중심이 중력을 받게 되면서 제1힌지축(31)을 중심으로 반시계방향의 회전력을 발생시켜 제1판상부재(111)가 판상프레임(21)에 접근한다.

상태 (g)에 이르는 과정에서는 제2판상부재(121)에 위치하는 제2날개(12)의 무게중심이 중력을 받아 제2힌지(32)를 중심으로 시계방향의 회전력을 발생시키고 판상프레임(21)에 제2판상부재(121)도 접근한다.

이에 따라, 도 6의 “H" 위치를 향하여 이동하는 중간에 이미 날개구조체(10)의 제1판상부재(111) 및 제2판상부재(121)는 완전히 닫힌 상태가 될 수 있다.

상기에서 설명한 작용에 따라, 도 8의 “S"구간에서는 풍력을 충분히 받을 수 있도록 날개(11,12)가 활짝 펼쳐진 상태이고, 그 반대측인 도 8의 아래구간에서는 판상부재(111,121)이 판상프레임(21)에 포개짐으로서 바람에 의한 회전저항을 최소화시키고 있다.

만일, 제1날개(11)와 제2날개(12)의 무게중심의 위치가 반대로 되는 경우에는 상기 “S"구간이 반대측인 도 8의 하부에 위치하게 되고, 풍향이 도 8의 경우와 반대 방향으로 발생하는 경우에 정상적인 회전동작이 이루어진다.

도 11은 제2실시예에 따른 날개구조체(10)가 변형된 구조를 도시하고 있다. 도 11을 참고하면, 상기 변형된 날개구조체(10′)는 다수의 측판(22′,23′,22a,22b,...)이 설치되고 그 측판(22′,23′,22a,22b,...) 사이에 제2실시예의 제1날개(11a,11b) 및 제2날개(12a,12b)가 각각 배치됨으로써 풍력회전장치의 회전용량을 높인 구조를 도시하고 있다. 상기 다수의 측판(22′,23′,22a,22b,...) 사이에서 작동하는 각각의 제1날개(11) 및 제2날개(12)는 서로 독립적으로 작동함으로써 각각을 수리 및 교체할 수 있도록 한다.

다음은 본 발명의 제3실시예에 따른 풍력회전장치를 설명한다.

본 실시예의 구성은 제2실시예의 구성을 모두 포함하고 있으며, 제2실시예의 제1날개(11) 및 제2날개(12)에 무게중심이동장치(17)가 더 부가되어 있다.

도 12를 참고하면, 제1날개(11) 및 제2날개(12)에 각각 설치되는 제1무게중심이동장치(17)와 제2무게중심이동장치(17′)는 각각 이동안내부재(116,126)를 확보하고 그 이동안내부재(116,126) 내에서 레일(119)을 따라 무게추(117,127)가 이동하도록 구성하고 있다. 상기 무게추(117)는 이동안내부재(116,126)의 일단과 타단으로 선택적으로 이동할 수 있도록 구성한 것으로, 상기 무게추(117,127)에는 모터 및 바퀴(118)가 구비되어 랙형식 레일(119)을 따라 이동하고, 외부의 제어장치(미도시)에 의해 그 위치가 제어되도록 구성한다. 랙형식 레일(119)을 따라 피니언방식의 바퀴(118)가 이동하도록 함으로써 슬립이나 충격 등에 의한 위치의 오차가 발생하지 않도록 한다. 또한, 상기 피니언바퀴(118)는 랙형식 레일(119)을 이탈하지 않도록 걸림돌기(118a)가 형성됨으로써 회전에 따른 날개구조체(10)의 위치에 상관없이 레일(119)로부터 피니언바퀴(118)가 이탈하지 않도록 구성한다.

제1날개(11) 및 제2날개(12)의 무게추(117,127)는 항상 서로 반대방향으로 이동하여 무게중심이 힌지축(31)을 중심으로 서로 반대방향에 위치하도록 제어된다.

도 13은 상기 무게중심이동장치를 변형하여 구성한 예를 도시하고 있다. 도 13에서는 이동안내부재를 별도 설치하지 않고, 꼬리부재(113′,123′)의 내부를 중공으로 구성하여 이동안내부재로서 활용하고 있다.

제1 및 제2꼬리부재(113′,123′)에는 내부에 레일(119′)이 설치되고 모터 및 바퀴(118′)에 의해 무게추(117′,127′)가 이동하고 있다. 판상부재(111,121)에는 무게중심의 이동이 보다 용이하도록 상기 무게추(117′,127′)보다 중량이 작은 부가무게추(114,124)가 설치된다.

도 13에서 제1무게추(117′)가 제1꼬리부재(113′)의 우측 끝단(“B2")에 위치하고 있는 경우, 제1판상부재(111) 및 제1부가무게추(114)보다 제1무게추(117′)가 훨씬 무거우므로 제1날개(11)의 무게중심은 제1꼬리부재(113′)에 위치하게 된다. 또한, 제2무게추(127′)가 제2꼬리부재(123′)의 좌측 끝단("C1") 즉, 제2힌지축(32) 부근에 위치하고 있는 경우, 제2판상부재(121) 및 제2부가무게추(124)에 의한 제2힌지축(32)에서의 토크가 제2무게추(127′)의 그것보다 크므로 제2날개(12)의 무게중심은 제2판상부재(121)에 위치하게 된다.

반면, 도 13의 상태에서, 제1무게추(117′) 및 제2무게추(127′)가 서로 반대방향으로 이동하면 제1날개(11)에는 무게중심이 판상부재(111)에 위치하고, 제2날개(12)에는 무게중심이 꼬리부재(123′)에 위치하게 될 것이다.

상기와 같이 무게중심이동장치(17,17′)는 도 14와 같이 풍향이 반대방향으로 변화된 경우, 유용하게 활용될 수 있다.

예컨대, 도 8과 같은 풍향상태에서는 도 12 및 도 13의 제1무게추(117) 및 제2무게추(127)의 위치를 유지하고, 풍향이 도 14와 같이 변화되는 경우, 외부의 제어장치(미도시)를 조작하여 도 12 및 도 13의 상태에서 제1무게추(117,117′) 및 제2무게추(127,127′)를 서로 반대방향으로 이동시킨다. 즉 도 12의 제1무게추(117)는 판상부재(111) 측에 위치하도록 하고, 제2무게추(127)은 제1꼬리부재(123) 측으로 이동시킨다. 도 13의 경우라면 제1무게추(117′)는 제1힌지(31) 부근으로 이동하고, 제2무게추(127′)는 꼬리부재(123′)의 끝단 부근으로 이동한다. 이에 따라, 무게중심의 위치는 힌지(31,32)를 기준으로 정반대로 변경된다.

이에 따라, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 제1날개(11) 및 제2날개(12)는 도 8과는 정반대로 회전축(41)의 하부의 소정영역 즉, “S′”영역에서 날개(11,12)를 펼쳐 풍력을 흡수하게 된다.

제3실시예의 무게중심이동장치(17,17′)는 제1실시예의 날개구조체(10)에 부가하여 구성할 수 있음은 상기 설명으로부터 자명하게 이해될 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 날개구조체 11; 날개
11a,11b; 날개 111; 판상부재
112; 꼬리부재 113,113′; 꼬리부재
114; 제1부가무게추 116; 제1이동안내부재
117,117′; 제1무게추 118,118′; 피니언바퀴
119,119′; 랙형식 레일 12; 날개
12a,12b; 날개 121; 판상부재
123,123′; 꼬리부재 124; 제2부가무게추
126; 제2이동안내부재 127,127′; 제2무게추
17,17′; 제1무게중심이동장치 20; 프레임부재
21; 판상프레임 202; 지지부재
203; 지지부재 22,22′; 측판
23,23′; 측판 22a,22b; 측판
27,27′; 제2무게중심이동장치 30; 힌지축
31; 제1힌지축 32; 제2힌지축
41; 회전축 43; 연결부재
50; 발전기 55; 증속기
60; 설치구조물

Claims

회전축(41)과,
상기 회전축(41)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 연결부재(43)와,
상기 연결부재(43)에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시키는 날개구조체(10)를 포함하는 풍력회전장치에 있어서,
상기 날개구조체(10)는,
상기 방사상 외측방향과 직각을 이루는 평면상에서 상기 연결부재(43)에 고정되는 판상프레임(21);
상기 판상프레임(21)의 일단에서 상기 회전축(41)과 평행한 힌지축(31)을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 힌지축(31)의 양측 중 상기 판상프레임(21)이 위치하는 일측에는 판상부재(111)가 설치되고 타측에는 상기 판상부재(111)와 둔각을 이루도록 일체화된 꼬리부재(112,113)가 형성된 날개(11); 및
상기 힌지축(31)을 중심으로 하는 상기 판상부재(111)의 자유회전이 상기 판상프레임(21)과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임(21)에 고정되는 지지부재(202,203)가 포함되되,
상기 날개(11)의 무게중심은 상기 판상부재(111)와 상기 꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 편심되어 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제1항에 있어서,
상기 판상프레임(21)의 양측에는 각각 측판(22,23)이 설치되어
상기 판상프레임(21)과 상기 판상부재(111) 사이에 발생하는 공간의 측면을 커버하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
회전축(41)과,
상기 회전축(41)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재(43)와,
상기 다수의 연결부재(43)에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시키는 다수의 날개구조체(10)를 포함하는 풍력회전장치에 있어서,
상기 날개구조체(10)는 모두,
평판상의 판상프레임(21)과, 상기 판상프레임(21)의 양측에서 서로 마주보도록 설치된 수직의 양 측판(22,23)을 포함하는 프레임부재(20);
상기 판상프레임(21)의 일단에 상기 양 측판(22,23)을 연결하는 방향으로 설치된 힌지축(31);
상기 힌지축(31)을 중심으로 자유회전하도록 상기 힌지축(31)에 설치되어 상기 양 측판(22,23) 사이에서 상기 판상프레임(21)과 소정의 예각을 이루도록 열려 오목한 항력공간이 형성될 수 있고 상기 판상프레임(21)과 포개져 상기 항력공간이 소멸될 수 있는 판상부재(111)와, 상기 힌지축(31)을 기준으로 상기 판상부재(111)의 반대측에서 상기 판상부재(111)와 둔각을 이루도록 상기 판상부재(111)에 고정된 꼬리부재(112,113)가 설치되며, 상기 항력공간은 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시킬 수 있도록 상기 연결부재(43)에 직각인 방향을 향하고 있는 날개(11); 및
상기 힌지축(31)을 중심으로 하는 상기 판상부재(111)의 자유회전이 상기 판상프레임(21)과 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 프레임부재(20)에 고정되는 지지부재(202,203)를 포함하여 구성되되,
상기 다수의 날개구조체(10)에서 상기 날개(11)의 무게 중심은 상기 판상부재(111)와 상기 꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 편심되어 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판상부재(111)와 상기 꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 선택적으로 상기 무게중심의 위치를 이동시킬 수 있는 무게중심이동장치(17,17′)가 상기 날개(11)에 더 설치된 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제4항에 있어서,
상기 무게중심이동장치(17,17′)는 상기 날개(11)에서 레일(119,119′)을 타고 이동하는 무게추(117,117′)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
회전축(41)과,
상기 회전축(41)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 다수의 연결부재(43)와,
상기 다수의 연결부재(43)에 각각 고정되어 풍력을 받아 상기 회전축(41)을 회전시키는 날개구조체(10)를 포함하는 풍력회전장치에 있어서,
상기 날개구조체(10)는,
상기 연결부재(43)와 직각을 이루는 평면상에서 상기 연결부재(43)에 고정되는 판상프레임(21)과;
상기 판상프레임(21)의 일단에서 상기 회전축(41)과 평행한 제1힌지축(31)을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 판상프레임(21)과 포개질 수 있도록 상기 제1힌지축(31)의 일측에는 제1판상부재(111)가 설치되고, 상기 제1판상부재(111)와 둔각을 이루도록 상기 제1힌지축(31)의 타측에서 상기 제1판상부재(111)에 고정되는 제1꼬리부재(112,113)가 형성된 제1날개(11)와;
상기 판상프레임(21)의 상기 일단에서 상기 회전축(41)과 평행한 제2힌지축(32)을 중심으로 자유회전이 가능하도록 설치되되, 상기 판상프레임(21)과 포개질 수 있도록 상기 제2힌지축(32)의 일측에는 제2판상부재(121)가 설치되고 상기 제2판상부재(121)와 둔각을 이루도록 상기 제2힌지축(32)의 타측에서 상기 제2판상부재(121)에 고정되는 제2꼬리부재(123)가 형성됨으로써 상기 판상프레임(21)을 기준으로 상기 제1날개(11)와 대칭을 이루는 제2날개(12)와;
상기 판상프레임(21)의 양측에 각각 설치되어 상기 판상프레임(21)과 상기 제1 및 제2판상부재(111,121) 사이에 각각 발생하는 공간의 측면을 커버하는 양 측판(22,23)과;
상기 힌지축(31,32)을 중심으로 하는 상기 제1 및 제2판상부재(111,121)의 자유회전이 상기 판상프레임(21)과 각각 소정의 예각을 이루는 위치에서 정지되도록 상기 판상프레임(21)에 고정되는 지지부재(202,203);가 포함되되,
상기 제1날개(11)의 무게 중심은 상기 제1판상부재(111)와 상기 제1꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 편심되어 있고,
상기 제2날개(12)의 무게 중심은 상기 제2판상부재(121)와 상기 제2꼬리부재(122,123) 중 상기 제1날개(11)와는 반대로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제6항에 있어서,
상기 제1판상부재(111)와 상기 제1꼬리부재(112,113) 중 어느 하나에 선택적으로 상기 제1날개(11)의 무게중심을 이동시킬 수 있는 제1무게중심이동장치와,
상기 제2판상부재(121)와 상기 제2꼬리부재(122,123) 중 어느 하나에 상기 제1무게중심이동장치와는 반대로 상기 제2날개(12)의 무게 중심을 이동시킬 수 있는 제2무게중심이동장치가 상기 제1날개(11)와 상기 제2날개(12)에 각각 더 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2무게중심이동장치는 각각 상기 제1 및 제2날개(11,12)에서 레일(119,119′)을 타고 이동하는 무게추(117,117′)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예각은 상기 둔각에서 90도를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
제9항에 있어서,
상기 둔각은 120도에서 150도의 범위인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치