KR20120083586A - 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드 - Google Patents

자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드는, 바람에 의해 회전 가능하게 설치된 블레이드; 상기 블레이드 선단에 각도 조절 가능하게 설치된 적어도 하나 이상의 플랩; 상기 플랩의 회전축 상에 설치되어, 상기 플랩을 회전시키는 제 1 기어; 상기 블레이드에 설치되며, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어; 상기 제 2 기어와 연결되어, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 위치가 변경되면서, 상기 제 2 기어를 회전시키는 무게추 유닛; 및 상기 플랩을 최초 위치 방향으로 탄력지지하는 탄성복원유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드{Blade for Vertical axis turbine system able to ragulate auto-pitch}
본 발명은 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 풍력에 의해 회전하는 블레이드의 피치를 자동으로 조절할 수 있는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 관한 것이다.
자이로밀(Giromill) 혹은 H-rotor로 알려진 수직축 풍력발전기의 기동 성능은 중요한 기술적 과제이다. 일반적으로 H-rotor는 캠버(camber)가 있는 익형을 사용하며, 일반적인 구성은 한국공개특허 제10-2010-0124084호에 공개된 바 있다.
이와 같은 자이로밀 형식의 풍력발전기는, 캠버가 있는 익형은 낮은 속도에서 기동할 수 있으나 TSR(Tip speed ratio)이 높아지면, 날개 간의 상호 간섭이 증가하여, 날개의 회전과 바람의 상대 속도에 의한 실제 받음각이 음(-)을 가짐에 따라, 회전력(토크) 감소로 발전성능을 높이는데 어려움이 있다[주성준, 이주희,“대칭익형을 갖는 수직축 풍력발전기의 공기역학적 특성,” 2010, 기계학회 춘계학술대회논문집].
그런데 이와 같은 플랩 구성을 블레이드에 적용할 경우, 서보모터와 같은 별도의 기계장치를 필요로 한다. 또한, 서보모터에 적절한 회전속도를 감지할 수 있는 별도의 감지유닛이 설치되어야 하며, 플랩각도를 모터를 이용하여 조절할 경우, 상기 서보모터에 전력공급을 위한 슬립링과 같은 복잡한 추가 동력전달장치를 구성해야 하므로, 장치 비용이 증가한다.
또한, 플랩을 원위치로 복귀시키기 위해서는, 탄성부재 등이 많이 사용되는데, 이와 같은 탄성부재들은, 장시간 사용시 녹발생과 같은 오손의 우려가 존재하며, 장시간 사용시 장치 신뢰성을 하락시키는 한 요인으로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 약풍에서도 블레이드가 원활하게 회전하며, 강풍에서는 블레이드에 강한 바람을 받는 면적이 최소화되어 블레이드의 파손을 방지할 수 있어서 블레이드를 대형화할 수 있으며, 블레이드의 상부영역 및 하부영역의 중량을 동일하게 형성함으로써 날개가 중력을 받지 않아 지지축 및 회전축의 파손 및 비틀림을 사전에 방지할 수 있도록 한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드는, 바람에 의해 회전 가능하게 설치된 블레이드; 상기 블레이드 선단에 각도 조절 가능하게 설치된 적어도 하나 이상의 플랩; 상기 플랩의 회전축 상에 설치되어, 상기 플랩을 회전시키는 제 1 기어; 상기 블레이드에 설치되며, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어; 상기 제 2 기어와 연결되어, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 위치가 변경되면서, 상기 제 2 기어를 회전시키는 무게추 유닛; 및 상기 플랩을 최초 위치 방향으로 탄력지지하는 탄성복원유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무게추 유닛은, 상기 제 2 기어와 연결되어, 위치 변화에 따라 상기 제 2 기어를 회전시키는 레버 로드(rod); 및 상기 레버 로드와 연결되며, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 레버 로드의 위치를 변화시키는 무게추;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탄성복원유닛은, 작동유체가 수용된 유압 프레임; 상기 유압 프레임 내부에 형성된 유량제어 스토퍼; 및 상기 작동유체의 움직임에 연동하여 왕복 이동하여, 상기 레버 로드를 최초 위치로 원복시키는 피스톤 부재;를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 유압 프레임은, "ㄴ"자 형상과 같이 90도 각도로 절곡 형성되며, 상기 피스톤 부재가 왕복하는 부분의 직경보다, 이에 수직인 부분의 직경이 더 작게 구성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 상기 유압 프레임은, 댐퍼 역할을 위한 추가 유량제어 스토퍼를 더 가지는 것도 가능하다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 상기 유량제어 스토퍼는 상기 피스톤 부재와의 간섭에 의해 이동가능하며, 상기 유량제어 스토퍼는, 탄성부재에 의해 탄력적으로 지지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 상기 유압 프레임은, 내부에 작동유체가 수용되며, 상기 유압 프레임과 90도 각도가 되도록 배치되는 작동유체 실린더;과 연결되며, 상기 작동유체 실린더는, 상기 유압 프레임의 직경보다, 작게 구성되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 비행기 날개에 사용되는 플랩 구조를 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 적용함에 따라, 자동으로 피치 조절이 가능하여, 풍속에 대응되는 최적 상태의 블레이드각을 형성할 수 있다.
또한, 서보모터와 같은 별도의 기계장치를 추가하지 않더라도, 플랩 각도의 조절이 블레이드의 회전에 연동되어 조정될 수 있기 때문에, 장치 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드의 일 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는, 도 1의 블레이드와 플랩의 동작을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 추의 무게와 추 설치 각도 결정을 위한 개략도,
도 4는 도 3의 제 1 및 제 2 기어와 무게추 유닛의 구성을 확대하여 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 탄성복원유닛을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 탄성복원유닛을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 탄성복원유닛을 도시한 도면, 그리고,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 탄성복원유닛을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드를 첨부된 도면과 함께 설명한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드는, 블레이드(100), 플랩(200), 제 1 기어(300), 제 2 기어(400), 무게추 유닛(500) 및 탄성복원유닛(600)을 포함한다.
본 발명은 자이로밀 방식의 풍력발전기로서, 일반적인 자이로밀 방식의 풍력발전기의 구성은, 배경기술에 언급한 바와 같이, 한국공개특허 제10-2010-0124084호에 기재된 바 있다.
부연하면, 자이로밀 방식의 풍력발전기는, 샤프트와 샤프트에 대하여 회전 가능하게 지지되는 지지대 및 상기 지지대 끝단에 설치되는 블레이드로 구성된다. 상기 샤프트는, 자연풍의 흐름에 대하여 수직으로 배치되며, 블레이드(100)는 복수 개의 지지대(101)를 통해, 상기 샤프트에 대하여 회전 가능하게 지지된다. 상기 샤프트에는, 상기 블레이드(100)의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전기가 내장될 수도 있고, 별도의 동력전달유닛을 통해 연결되는 것도 가능하다. 자이로밀 방식의 풍력발전기의 구조는 본 발명의 특징과 관련이 적으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 상기 블레이드(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트에 다하여, 화살표 A 방향으로 회전한다.
플랩(flap, 200)은 상기 블레이드(100)의 일측 날개면에 각도 변경 가능하게 설치된다. 상기 플랩(200)은, 비행기 날개에 사용되는 플랩과 유사한 구성으로, 상기 블레이드(100)에 대하여, 회전축(210)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 또한, 상기 플랩(200)은 필요에 따라, 1개가 설치될 수도 있고, 2개 이상이 상기 플레이드(100)에 설치되는 것도 가능하다. 상기 플랩(200)은 각도조절을 위해 자연풍이 블레이드(100)에 대하여 가하는 회전력을 가감할 수 있다.
제 1 기어(300)는, 상기 회전축(210)에 대하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 제 1 기어(300)의 회전에 연동하여, 상기 플랩(200)이 도 1의 화살표 B 방향으로 회전할 수 있다. 상기 제 1 기어(300)는 필요에 따라, 블레이드(100)의 외부에 기어박스의 형태로 노출되게 설치될 수도 있으나, 외부 노출시 기후영향에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 블레이드 내측에 보이지 않는 곳에 마련될 수도 있다.
제 2 기어(400)는 상기 제 1 기어(300)와 치합되는 것으로, 상기 블레이드(100)의 상기 제 1 기어(300)와 마주보는 위치에 설치된다.
상기 제 1 및 제 2 기어(300)(400)의 기어비에 대해서는 뒤에 보다 자세하게 설명한다.
무게추 유닛(500)은 상기 제 2 기어(400)를 상기 블레이드(100)의 회전속도 변화에 따른 원심력에 의해 회전시켜, 결과적으로 상기 플랩(200)과 블레이드(100)의 각도를 변경시킨다. 무게추 유닛(500)은 레버 로드(rod, 510) 및 무게추(520)를 포함한다.
레버 로드(510)는 일단은 상기 제 2 기어(400)와 연결되어, 상기 레버 로드(510)가 도 2의 화살표 B 방향으로 회전할 경우, 그 회전에 연동하여, 상기 제 2 기어(400)가 회전될 수 있도록 구성된다.
무게추(520)는 상기 레버 로드(510)의 상기 제 2 기어(400) 연결부의 타단부에 설치되어, 상기 블레이드(100)의 회전동작에 따른 원심력의 변화에 따라 상기 레버 로드(510)를 화살표 B 방향으로 피벗 회전시킨다. 상기 무게추(520)의 질량은, 블레이드(100)의 크기 및 회전 속도에 따라 적절한 값을 가지도록 가변될 수 있다.
무게추(520)의 질량은 다음과 같은 원심력 계산을 위한 [수학식 1]을 통해 계산할 수 있다.
Figure pat00001
각각의 변수들은 도 3에 도시된 바와 같이, 각속도가 일정할 때, m은 무게추(520)의 질량, r0는 레버 로드(510)의 길이, θ는 레버 로드(510)와 제 2 기어(400) 사이의 각도, R은 블레이드(100)의 회전 반경을 R이다.
또한, 기어비는 다음과 같은 [수학식 2]를 통해 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, nθ는, θ기어 잇수이고, nΦ는, Φ기어 잇수이다.
이와 같은 수학식에 따라, 필요 θ는 [수학식 3]과 같이 결정된다.
Figure pat00003
그리고, 토크비는 다음과 같은 수학식을 통해 얻을 수 있다.
Figure pat00004
이에 따라, 필요한 무게추의 질량 m은 다음의 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00005
여기서, ω는 설계 각속도, Φ는 설계 플랩 각도, θ는 무게추의 각도, m은 무게추의 질량, T는 토크, n은 기어비, 기어 잇수비 및 기어 반지름비 중 어느 하나이다.
탄성복원유닛(600)은, 상기 플랩(200)을 최초 위치 방향으로 탄력적으로 지지한다. 상기 탄성복원유닛(600)은, 유압방식으로 마련되는 것이 좋은데, 도 5 내지 도 8은 장치 구성에 따른 4가지 실시예를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 탄성복원유닛(600)을 도시한 도면이다.
탄성복원유닛(600)은, 유압 프레임(601), 유압제어 스토퍼(610) 및 피스톤 부재(620)를 포함하는 것이 바람직하다.
유압 프레임(601)은, 내부에 유압제어를 위한 작동유체(F)가 수용되며, "ㄴ"자 형상과 같이 90도 각도로 절곡 형성된다. 상기 유압 프레임(601)은, 상기 피스톤 부재(620)가 왕복하는 부분의 직경보다, 이에 수직인 부분의 직경이 더 작게 구성되는 것이 바람직하다.
상기 유압제어 스토퍼(610)는 오리피스와 같이, 상기 작동유체(F)가 한꺼번에 이동하는 것을 방지하는 것으로, 작동유체(F)가 좁은 이동경로를 통해 이동하도록 구성된다. 유압제어 스토퍼(610)의 동작은 뒤에 다시 설명한다.
피스톤 부재(620)는, 상기 유압 프레임(601)의 일측 단부에 왕복 이동 가능하게 설치되며, 일단이 상기 레버 로드(510)와 연결되어, 상기 레버 로드(510)의 피벗 회전운동에 연동하여, 상기 피스톤 부재(620)가 왕복 이동할 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 유압 프레임(601) 내부에 수용된 작동유체(F)는 상기 피스톤 부재(620)의 움직임에 따라 상기 유압 프레임(601) 내부를 움직이면서, 상기 피스톤 부재(620)의 움직임을 방해한다.
예컨대, 블레이드(100)의 회전에 따른 원심력으로 무게추(520)가 움직여, 레버 로드(510)가 최초 위치를 이탈하여 피벗 회전되면, 그 움직임에 따라 상기 피스톤 부재(620)는 도 5의 화살표 방향의 반대방향으로 움직일 수 있다. 그러면, 상기 작동유체(F)는 상기 유압제어 스토퍼(610)의 좁은 틈새를 통해 지나가면서, 1차 저항력을 형성하고, 대략 수직하게 굽혀진 유압 프레임(601) 부분에서는, 상기 피스톤 부재(620)가 움직인 만큼 작동유체(F)의 수위가 높아진다. 그러면 작동유체(F)의 높이가 상승된 만큼, 피스톤 부재(620)에 힘이 작용하는데, 이때 작용하는 힘은 작동유체(F)의 밀도×높이×중력가속도×단면적이 되면서, 플랩(200)의 최초위치 복원을 위한 위치에너지로 작용한다. 따라서, 무게추(520)에 작용하는 힘을 높이기 위해서는, 밀도가 높은 작동유체를 사용하거나, 유압 프레임(601)의 지름을 피스톤 부재(620)가 설치된 위치와 다르게 하여 "L"자 형상의 높이를 조절할 수 있다.
한편, 상기 유압제어 스토퍼(610)는, 상기 피스톤 부재의 최대 움직임 각도를 조절하는 스토퍼 역할을 수행한다. 즉, 상기 오리피스 형태의 구동의 지름은 작동유체(F)의 흐름을 느리게 하는 역할을 수행하기 때문에, 피스톤 부재(620)가 필요 이상으로 빠르게 움직이는 것을 방지한다. 따라서, 플랩(200)이 돌풍과 같은 자연풍에 급격한 속도로 각도변화 하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 자연풍의 풍속이 줄어들면서, 블레이드(100)의 원심력이 줄어들게 되어, 무게추(520)가 원래의 위치로 원복하게 되면, 상기 플랩(200)은 원위치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 사용되는 탄성복원유닛(600)을 도시한 도면이다.
기본적으로 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하며, 다른 점은 피스톤 부재(620)가 설치되지 않은 "ㄴ"자형 유압 프레임(601)의 수직한 부분에 추가 유량제어 스토퍼(611)가 마련된 점에서 차이가 있다. 추가 유량제어 스토퍼(611)는, 탄성복원유닛(600)이 블레이드(100)와 함께 회전하도록 구성될 경우, 작동유체(F)가 한쪽으로 치우치는 것을 방지하기 위하여, 설치된 것이다. 이에 따라, 피스톤 부재(620)의 움직임 때문이 아니라, 블레이드(100)의 회전에 의해 작동유체(F)가 움직이면서 플랩(200)이 움직이게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 사용되는 탄성복원유닛(600)을 도시한 도면이다. 상기한 제 1 실시예에 따른 탄성복원유닛(600)의 구성에, 탄성부재(630)가 추가된 구성으로, 만약 태풍과 같이 자연풍이 한계치 이상으로 부는 경우, 상기 블레이드(100)의 회전력은 더욱 증가하게 되므로, 피스톤은 상기 유량제어 스토퍼(610')까지 진행된다.
이 경우, 제 1 실시예에서는 유량제어 스토퍼(610)가 위치 고정되어 있기 때문에, 더 이상 플랩(200)이 움직일 수 없으나, 제 3 실시예와 같이 유량제어 스토퍼(610')를 이동 가능하게 구성하면, 피스톤 부재(620)가 더 이동하면서, 플랩(200)의 각도가 "0"에서 음(-)으로 변하면서, 양력이 급격히 떨어지고, 블레이드(100)는 일정 횟수 이상 회전하지 못하게 된다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드에 사용되는 탄성복원유닛(600)을 도시한 도면이다. 이는, 피스톤 부재(620)가 설치된 유압 프레임(601)과 수직인 상태인 작동유체 실린더를 함께 설치할 수 없는 경우, 위치에너지 형성을 위한 작동유체 실린더(640)는 다른 곳에 배치하고, 이들을 서로 얇은 관을 이용하여 연결한 것이다. 이와 같이 구성할 경우, 탄성복원유닛(600)을 설치하기 어려운 곳에도 용이하게 작동유체 실린더(640)를 구성하여 설치하는 것이 가능하다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기한 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 탄성복원유닛(600)은 필요에 따라 상호 결합된 형태로 사용하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 블레이드(100)에 항공기와 같이 플랩(200)을 이용하여, 상기 블레이드(100)의 회전속도를 조절하면, 종래와 같이 액츄에이터, 또는 서보모터와 같은 복잡한 기계장치를 구비할 필요가 없기 때문에, 풍력발전기의 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 간단한 동력전달요소들로 구성할 수 있기 때문에, 장치를 경량화 하는 것이 가능하므로, 장치 고장의 우려가 줄어들어 발전설비의 유지 보수비를 줄일 수 있다.
또한, 종래에는 플랩(200)을 복원하기 위해, 스프링과 같은 물리적인 탄성유닛을 사용하였으나, 일반적으로 스프링은 시간이 지남에 따라 피로에 의하여 탄성계수에 변화를 가져오게 되므로, 플랩(200)을 움직이는 RPM 변동에 따른 운전효율 저하와 같은 문제가 발생될 수 있으나, 본 발명에서는 스프링과 같은 기구를 삭제하고, 작동유체와 유량을 제어하기 위한 오리피스 및 중력을 이용하기 때문에, 유지보수 비용이 최소화됨은 물론, 장기간 사용시에도 제어점에 변화가 없어, 전반적인 풍력발전설비의 성능이 향상된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
100; 블레이드 200; 플랩
300; 제 1 기어 400; 제 2 기어
500; 무게추 유닛 510; 레버 로드
520; 무게추 600; 탄성복원유닛
610; 작동유체 스토퍼 620; 피스톤 부재
640; 작동유체 실린더

Claims (7)

  1. 바람에 의해 회전 가능하게 설치된 블레이드;
    상기 블레이드 선단에 각도 조절 가능하게 설치된 적어도 하나 이상의 플랩(flap);
    상기 플랩의 회전축 상에 설치되어, 상기 플랩을 회전시키는 제 1 기어;
    상기 블레이드에 설치되며, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어;
    상기 제 2 기어와 연결되어, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 위치가 변경되면서, 상기 제 2 기어를 회전시키는 무게추 유닛; 및
    상기 플랩을 최초 위치 방향으로 탄력지지하는 탄성복원유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 무게추 유닛은,
    상기 제 2 기어와 연결되어, 위치 변화에 따라 상기 제 2 기어를 회전시키는 레버 로드(rod); 및
    상기 레버 로드와 연결되며, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 레버 로드의 위치를 변화시키는 무게추;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성복원유닛은,
    작동유체가 수용된 유압 프레임;
    상기 유압 프레임 내부에 형성된 유량제어 스토퍼; 및
    상기 작동유체의 움직임에 연동하여 왕복 이동하여, 상기 레버 로드를 최초 위치로 원복시키는 피스톤 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유압 프레임은,
    "ㄴ"자 형상과 같이 90도 각도로 절곡 형성되며,
    상기 피스톤 부재가 왕복하는 부분의 직경보다, 이에 수직인 부분의 직경이 더 작게 구성된 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유압 프레임은,
    댐퍼 역할을 위한 추가 유량제어 스토퍼를 더 가지는 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량제어 스토퍼는 상기 피스톤 부재와의 간섭에 의해 이동가능하며,
    상기 유량제어 스토퍼는, 탄성부재에 의해 탄력적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 유압 프레임은,
    내부에 작동유체가 수용되며, 상기 유압 프레임과 90도 각도가 되도록 배치되는 작동유체 실린더;과 연결되며,
    상기 작동유체 실린더는, 상기 유압 프레임의 직경보다, 작게 구성된 것을 특징으로 하는 자동 피치 조절 가능한 수직축 방식 풍력발전기용 블레이드.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101390279B1 (ko) * 2012-05-24 2014-04-29 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기용 블레이드
KR101956576B1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-12 연세대학교 원주산학협력단 수직형 풍력터빈

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101927309B1 (ko) 2017-09-07 2018-12-11 연세대학교 원주산학협력단 수직형 풍력터빈
KR101975794B1 (ko) 2018-10-11 2019-05-08 최창훈 수직축 중형 풍력발전기
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100737407B1 (ko) * 2005-11-23 2007-07-12 (주) 썬에어로시스 풍력발전기용 블레이드 피치조절장치
JP3996945B1 (ja) * 2007-02-20 2007-10-24 常夫 野口 垂直軸型風車
JP4616918B2 (ja) 2009-05-11 2011-01-19 株式会社グローバルエナジー 縦軸風車の縦長翼
KR100984862B1 (ko) 2009-11-11 2010-10-01 서형우 풍력 발전용 수직 풍차

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101390279B1 (ko) * 2012-05-24 2014-04-29 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기용 블레이드
KR101956576B1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-12 연세대학교 원주산학협력단 수직형 풍력터빈

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