KR20130032275A - 로터 블레이드의 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

로터 블레이드의 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법은 (a) 로터 블레이드 형성, (b) 로터 블레이드 회전 및 (c) 리프트 제어 단계를 포함한다. 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치는 각각의 로터 블레이드 상에 장착되는 플레이트를 포함하고, 이어서 탄성 리프트 제어 장치는 로터 블레이드에 대해 플레이트를 가압하는 탄성력을 제공하고, 수직축 풍차의 회전에 의해 생성되는 원심력은 탄성력을 억제하여, 자동으로 조정가능하고, 피동적으로 제어되며 내구성이 있는 풍차를 생성한다.

Description

로터 블레이드의 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING ROTATION SPEED OF A VERTICAL AXIS WINDMILL BY USING ROTATING CENTRIFUGAL FORCE OF ROTOR BLADES}
본 발명은 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 로터 블레이드의 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력은 현재 공통적이고 중요한 대체 에너지 중 하나이고, 많은 터빈 기술이 공개적으로 개시되어 왔다. 기존 풍력 발전기는 상당량의 에너지를 제공할 수 있지만, 회전축의 회전 속도가 너무 빠르다는 문제점을 안고 있고, 이는 윈드 터빈에 손상을 주기 쉬울 뿐만 아니라, (몇몇 경우에서는) 윈드 터빈의 붕괴를 야기할 수도 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 윈드 터빈 중 일부에는 제동 장치가 추가로 제공되어 왔다. 그러나, 제동 장치는 항상 기동 위치에서 유지되어야만 하여, 제동 장치에 과도한 마모를 야기하므로, 제동 장치를 빈번히 교체할 필요가 있는데, 그렇지 않으면, 너무 빠른 속도가 윈드 터빈에 손상을 야기할 것이다. 따라서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 수직축 윈드 터빈용 과속 스포일러가 개발되었고, 여기서 윈드 터빈은 복수의 로터 블레이드(10)를 포함하고, 각각의 로터 블레이드(10)는 둥근 선단 에지(101) 및 날카로운 후단 에지(102)를 포함하고, 선단 에지(101)로부터 후단 에지(102)로 연장되는 방향은 X로 정의된다. 과속 스포일러(11)는 후단 에지(102)에서 피봇(111) 상에 장착되고 소정 각도가 사이에 형성된 두 개의 플랫 플레이트형 부분(112, 113)으로 구성된다.
부분(113)에는 도 1A에 도시된 바와 같이 균형추(114)가 제공될 수 있고, 또는 부분(112)은 도 1B에 도시된 바와 같이 로터 블레이드(10)의 선단 에지(101)의 외곽에 부합하는 곡률을 가져서, 보통의 윈드 및 로터 속도에서, 과속 스포일러(11)는 로터 블레이드(10)의 표면에 인접하여 (또는 동일한 높이로) 위치결정되는 섹션을 갖고 도시된 바와 같은 위치에 유지된다. 부분(113)은 방향 X로 후방으로 연장된다. 로터가 과속인 경우, 포함된 원심 작용으로 인해, 과속 스포일러(11)는 피봇(111) 상에서 회전하여 부분(113)이 공기 유동(방향 X)에 대해 일반적으로 수직한 새로운 위치를 차지하고, 부분(112)은 로터 블레이드(10)의 표면으로부터 멀리 이동하여, 개방 스포일러(11)는 스포일러(11)가 폐쇄 위치로 복귀하도록 속도가 감속될 때까지 로터를 속도 감소시키는 매우 증가된 드래그를 야기한다.
그러나, 포함된 원심 작용으로 인해, 로터 블레이드(10)는 원심력의 방향을 변경하는 상태를 유지하고, 그 결과, 스포일러(11)는 개방과 폐쇄 위치 사이에서 회전하는 상태를 유지하는데, 즉 두 개의 부분(113, 112) 사이의 상대 위치는 항상 변화하고, 이는 스포일러(11)의 피로를 야기할 뿐만 아니라, 로터 속도를 감속시키는 효과도 제한된다. 또한, 스포일러(11)가 원심력을 억제하고 회전 속도를 감속시키는 경우, 재료 피로 문제점에 더하여, 스포일러(11)에 가해지는 최대 토크는 로터 블레이드(10)의 후단 에지(102)에 위치되는 피봇(111)에 위치되고, 두 개의 부분(112, 113)의 피봇 각도는 약 90도이다. 모든 이들 요소는 피봇(111) 상에 너무 많은 마찰을 생성하게 되어, 구조적 강도가 취약해진다.
본 발명은 상술된 단점들을 없애거나 그리고/또는 완화하려는 것이다.
본 발명의 목적은 자동으로 조정가능하고, 피동적으로 제어되고 내구성이 있는, 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른, 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법은,
(a) 플레이트의 피봇 단부가 각각의 로터 블레이드의 선단 에지에 피봇되고 수직축 풍차의 회전축에 평행하게 배열되고, 플레이트의 자유 단부가 각각의 로터 블레이드의 후단 에지를 향해 연장되며, 리프트 제어 장치가 각각의 로터 블레이드에 대해 플레이트를 가압하는 탄성력을 제공하는 방식으로, 각각의 로터 블레이드 상에 플레이트 및 리프트 제어 장치를 장착하는 단계와,
(b) 수직축 풍차의 회전축이 상기 플레이트에 원심력을 생성시켜 리프트 제어 장치에 대해 플레이트를 밀도록 로터 블레이드를 회전시키고, 탄성력이 원심력을 억제시키는 단계와,
(c) 플레이트의 자유 단부가 로터 블레이드로부터 멀리 피봇되어 로터 블레이드의 리프트를 변경시키고 로터 블레이드의 회전 관성을 파괴하도록, 원심력이 탄성력 보다 클 때까지 수직축 풍차의 회전축의 회전 속도를 증가시키고, 그 결과 상기 수직축 풍차의 회전축의 회전 속도를 감속시키는 단계를 포함한다.
로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치이며, 수직축 풍차는 회전축과, 회전축 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드를 포함하고, 각각의 로터 블레이드는 선단 에지에, 플레이트 및 리프트 제어 장치가 제공된다.
각각의 로터 블레이드는 선단 에지 및 후단 에지를 포함하고, 각각의 로터 블레이드의 선단 에지와 후단 에지 사이에는 회전축을 향해 위치되는 내부면과, 내부면에 대향하는 외부면이 있다.
플레이트는 각 로터 블레이드의 외부면 상에 장착되고 피봇 단부 및 자유 단부를 포함하고, 피봇 단부는 피봇을 거쳐 로터 블레이드의 선단 에지에 피봇되고, 자유 단부는 후단 에지를 향해 후방으로 연장된다.
리프트 제어 장치는 피봇의 두 개의 단부에 배치되는 두 개의 탄성 가압편을 포함하고, 각각의 탄성 가압편은 각각의 로터 블레이드의 선단 에지에 고정되는 고정부와, 후단 에지를 향해 후방으로 연장되는 가압부를 포함하고, 두 개의 탄성 가압편의 가압부는 플레이트의 자유 단부에 대해 가압하는 탄성력을 갖는다.
수직축 풍차는 플레이트에 원심력을 제공하도록 회전하고, 원심력이 탄성력 보다 큰 경우, 플레이트의 자유 단부는 피봇에 따라 로터 블레이드의 표면으로부터 멀리 피봇되어, 로터 블레이드의 리프트 및 회전 관성은 수직축 풍차의 회전축의 회전 속도를 감속시키도록 변경된다.
본 발명에 따르면, 자동으로 조정가능하고, 피동적으로 제어되고 내구성이 있는, 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1A는 수직축 풍차의 로터 블레이드의 후단부에 배치되는 종래의 리프트 제어 장치를 도시하는 단면도.
도 1B는 수직축 풍차의 로터 블레이드의 전단부에 배치되는 종래의 리프트 제어 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 리프트 제어 장치가 에그 비터식 풍차(egg beater type windmill) 상에 장착되는 것을 도시하는 본 발명의 사시도.
도 3은 도 2의 리프트 제어 장치의 확대도.
도 4는 도 3의 선4-4를 따라 취해진 단면도.
도 5는 도 3의 선5-5를 따라 취해진 단면도.
도 6은 본 발명의 리프트 제어 장치가 회전 원심력에 의해 로터 블레이드로부터 멀리 밀려지는 것을 도시하는 단면도.
도 7은 리프트 제어 장치가 H형 풍차 상에 장착되는 것을 도시하는 본 발명의 사시도.
도 8A는 본 발명의 리프트 장치의 플레이트가 로터 블레이드에 대해 가압되는 경우의 로터 블레이드의 에어로포일 단면의 설명도.
도 8B는 본 발명의 리프트 제어 장치의 플레이트가 로터 블레이드로부터 5도 피봇되어 있는 경우의 로터 블레이드의 에어로포일 단면의 설명도.
도 8C는 본 발명의 리프트 제어 장치의 플레이트가 로터 블레이드로부터 10도 피봇되어 있는 경우의 로터 블레이드의 에어로포일 단면의 설명도.
도 8D는 본 발명의 리프트 제어 장치의 플레이트가 로터 블레이드로부터 15도 피봇되어 있는 경우의 로터 블레이드의 에어로포일 단면의 설명도.
도 9A는 로터 블레이드의 충돌각(α)과 리프트 계수(C1)를 도시하는 데이터 도면.
도 9B는 로터 블레이드의 충돌각(α)과 드래그 계수(C1)를 도시하는 데이터 도면.
도 9C는 로터 블레이드의 충돌각과 토크를 도시하는 데이터 도면.
도 10은 본 발명의 리프트 제어 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 11은 도 10의 리프트 제어 장치의 단면도.
도 12는 본 발명의 리프트 제어 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 13은 도 12의 리프트 제어 장치의 측면도.
도 14는 도 12의 리프트 제어 장치의 단면도.
도 15는 본 발명의 리프트 제어 장치의 다른 실시예의 단면도.
도 16은 도 15의 리프트 제어 장치의 작동도.
본 발명은 본 발명에 따른 양호한 실시예를 단지 예시를 목적으로 도시하고 있는 첨부 도면과 함께 본 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치가 도시되어 있고, 여기서 수직축 풍차(20)는 회전축(21)과, 회전축(21) 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 각각의 로터 블레이드(22)는 선단 에지(221)에, 플레이트(30) 및 리프트 제어 장치(40)가 제공된다.
각각의 로터 블레이드(22)는, 두 개의 길이방향 측부에, 둔각의 에어로포일 단면을 갖는 선단 에지(221)와, 예각의 에어로포일을 갖는 후단 에지(222)가 각각 제공된다. 각각의 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)와 후단 에지(222) 사이에는 회전축(21)을 향해 위치되는 내부면(225)과, 내부면(225)에 대향하는 외부면(226)이 있다.
각각의 플레이트(30)는 각 로터 블레이드(22)의 외부면(226) 상에 장착되고 피봇 단부(31) 및 자유 단부(32)를 포함한다. 피봇 단부(31)는 피봇(33)을 거쳐 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 피봇되고, 자유 단부(32)는 후단 에지(222)를 향해 후방으로 연장된다. 본 실시예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에는 회전축(221)과 평행한 위치에 위치되는 수용 공동(223)이 제공되고, 피봇(33)은 수용 공동(223)에 삽입되고 회전축(21)과 평행하게 배열되고, 각각의 플레이트(30)의 피봇 단부(31)는 피봇(33) 상에 피봇식으로 슬리브 결합되는 중공 슬리브 구조의 형태를 취한다.
각각의 리프트 제어 장치(40)는 피봇(33)의 두 개의 단부에 배치되는 두 개의 탄성 가압편(41)을 포함하고, 각각의 탄성 가압편(41)은 스프링강으로 제조되고 각각의 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 고정되는 고정부(411)와, 각각의 로터 블레이드(22)의 후단 에지(222)를 향해 후방으로 연장되는 가압부(412)를 포함한다. 두 개의 탄성 가압편(41)의 가압부(412)는 대응 플레이트(30)의 자유 단부(32)에 대해 가압하는 탄성력(FP)을 갖는다.
본 실시예에서, 각각의 로터 블레이드(22)에는, 피봇(33)의 두 개의 단부에 위치되는 두 개의 로킹 구멍(224)이 제공되고, 이어서 두 개의 체결구(413)가 각각의 리프트 제어 장치(40)의 두 개의 탄성 가압편(41)의 고정부(411)를 통해 삽입되어 두 개의 로킹 구멍(224)으로 나사 결합된다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른, 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치가 도시되어 있고, 여기서 수직축 풍차(20)는 다리우스형 풍차이고, 로터 블레이드(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 호형(에그 비터식)이거나, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 직선 수직형(H형)일 수 있고, 각각의 플레이트(30)는 피봇(33)이 수직축 풍차(20)의 회전축(21)과 평행하게 배열되는 다리우스형 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221) 상에 장착된다.
상술한 내용은 본 발명의 장치의 주요 부품의 구조적 관계이고, 본 발명의 조작 및 기능에 대한 더 나은 이해를 위해서는, 이하의 설명을 참고하기로 한다.
본 발명은 또한 로터 블레이드의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법을 제공하는데, 여기서 수직축 풍차(20)는 회전축(21)과, 회전축(21) 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 각각의 로터 블레이드(22)는 선단 에지(221) 및 후단 에지(222)를 포함한다. 본 방법은 이하의 단계를 포함한다:
(a) 로터 블레이드 형성: 각각의 플레이트(30)의 피봇 단부(31)가 로터 블레이드(22) 중 대응하는 하나의 선단 에지(221)에 피봇되고 수직축 풍차(20)의 회전축(21)에 평행하게 배열되고, 각각의 플레이트(30)의 자유 단부(32)가 로터 블레이드(22) 중 대응하는 하나의 후단 에지(222)를 향해 연장되며, 리프트 제어 장치(40)가 로터 블레이드(22)에 대해 대응 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공하는 방식으로, 로터 블레이드(22) 상에 플레이트(30) 및 리프트 제어 장치(40)를 장착하는 단계.
(b) 로터 블레이드의 회전: 수직축 풍차(20)의 회전축(21)이 플레이트(30)에 원심력을 생성시켜 리프트 제어 장치(40)에 대해 플레이트(30)를 밀도록 로터 블레이드(22)를 회전시키고, 탄성력(FP)이 원심력(Fi)을 억제시키는 단계.
(c) 리프트 제어: 플레이트(30)의 자유 단부(32)가 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇되어 로터 블레이드(22)의 리프트를 변경시키고 로터 블레이드(22)의 회전 관성을 파괴하도록, 원심력(Fi)이 탄성력(FP) 보다 클 때까지 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 증가시키고, 그 결과 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시키는 단계.
도 5를 참조하면, 회전축(21)은 로터 블레이드(22)를 회전 구동시키고, 로터 블레이드(22)의 회전은 플레이트(30)에 원심력(Fi)을 생성시켜 플레이트(30)가 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇하게 만든다. 초기 단계에서 원심력(Fi)은 탄성력(FP) 보다 작다. 원심력(Fi)이 탄성력(FP) 보다 커지게 되는 경우, 회전축(21)의 회전 속도가 증가함에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트(30)의 자유 단부(32)는 피봇(33)에 따라 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇되어, 로터 블레이드(22)의 에어로포일 단면을 변경시키고, 그 결과 로터 블레이드(22)의 리프트 및 회전 관성은 변경되어 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시킬 것이다.
도 8A 내지 도 8D를 참조하면, 본 발명의 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법에 따르고, 리프트 원리에 기초하여, 각각의 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에는 대응 플레이트(30)와, 회전축(21)과 평행한 위치에 위치되는 리프트 제어 장치(40)가 제공되어, 보통 속도에서 수직축 풍차(20)는 도 8A에 도시된 바와 같은 에어로포일 단면을 갖는다(예로서 NACA0015를 취함). 수직축 풍차(20)의 회전 속도가 너무 빠른 경우에, 플레이트(30)에 가해지는 원심력(Fi)은 리프트 제어 장치(40)의 탄성력(FP) 보다 커져서, 플레이트(30)를 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 밀것이다. 로터 블레이드(22)로부터 멀리 피봇하여 로터 블레이드(22)에 대해 5, 10 또는 15도로 개방하는 경우에, 플레이트(30)는 도 8B, 도 8C 또는 도 8D에 도시된 바와 같은 대응 에어로포일 단면을 가질 것이다.
이때, 로터 블레이드(22)의 리프트 및 드래그는, 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이, 에어로포일 단면 변화에 따른 로터 블레이드의 충돌각(α) 사이의 관계는 에어로포일 단면 변화에 따라 변할 것이다(네거티브 리프트는 드래그 힘이 다소 감소하는 상태로 증가한다). 도 9C에 도시된 바와 같이, 회전 방향에 접하는 방향으로의 각각의 로터 블레이드(22)의 리프트 및 드래그의 합력은 네거티브 리프트를 생성시키고, 이는 초기 단계에서의 로터 블레이드(22)의 에어로포일 단면에 의해 생성되는 포지티브 리프트를 억제시켜, 제동 기능을 생성한다. 예를 들어, 도 8D에 도시된 바와 같이, 플레이트(30)와 로터 블레이드(22) 사이의 각도가 15도인 경우에, 합성된 네거티브 리프트 토크는 도 9C에서 가장 낮은 곡선으로 도시되고, 여기서 최대 네거티브 리프트 토크는 -350N.m이다. 네거티브 리프트 토크가 대략 200N.m 정도인 경우에, 플레이트(30)는 수직축 풍차(20)의 회전축(21)을 감속시키도록 개방되어, 네거티브 리프트 토크가 포지티브 리프트 토크를 억제시켜, 수직축 풍차(20)가 일정한 속도로 회전하게 만든다. 따라서, 풍차의 과속 문제점이 해결된다. 도 9B에 도시된 바와 같이, 플레이트(30)와 로터 블레이드(22) 사이의 각도의 값과 드래그 사이에 상관 관계가 없는 것처럼 보인다. 리프트 토크의 값을 변경함으로써, 수직축 풍차(20)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
본 발명의 리프트 제어 장치가 스프링 구조체일 수 있다는 사실에 주목하기로 한다. 리프트 제어 장치(50, 60)는 각각, 로터 블레이드(22)의 표면에 대해 대응 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공하도록, 일 단부가 로터 블레이드(22)에 고정되고 다른 단부가 플레이트(30)에 고정되는 스프링(52, 63)을 포함한다. 도 10 내지 도 14는 리프트 제어 장치(50, 60)의 다양한 실시예들을 도시한다.
도 11 및 도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 로터 블레이드(22)에는 로터 블레이드(22)의 내부 및 외부면(225, 226)을 관통하는 조립 구멍(227)이 형성된다. 각각의 플레이트(30)에는 천공 구멍(341)이 형성되는 조립부(340)와, 천공 구멍(341)을 가로지르는 결합 블럭(342)이 제공된다. 리프트 제어 장치(50, 60)는 각각 대응 로터 블레이드(22)의 조립 구멍(227)에 나사 결합되는 결합 부재(51, 61)를 포함하고, 결합 부재(51, 61)에는 내부 공간(511, 611)과, 내부 공간(511, 611)과 연통하는 삽입 구멍(513, 612)이 형성된다. 리프트 제어 장치(50, 60)는 각각 일 단부가 내부 공간(511, 611)에 고정되고 다른 단부가 삽입 구멍(513, 612)을 통해 삽입되어 대응 플레이트(30)의 조립부(34)에 고정되는 스프링(52, 63)을 더 포함한다. 스프링(52, 63)은 로터 블레이드(22)의 외부면(226)에 대해 대응 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공한다. 수직축 풍차(20)의 회전에 의해 발생되는 원심력(Fi)이 스프링(52, 63)에 의해 제공되는 탄성력(FP) 보다 커지게 되는 경우에, 플레이트(30)는 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇되어, 로터 블레이드(22)의 표면의 리프트를 변경시키고, 그 결과, 로터 블레이드(22)의 리프트 및 회전 관성은 변경되어 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시킬 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 리프트 제어 장치(50)의 결합 부재(51)의 내부 공간(511)에는 개구(512) 및 커버(514)가 제공되고, 개구(512)는 내부 공간(511)의 하부에 형성된다. 스프링(52)은 제1 단부(52a)와, 제1 단부(52a) 보다 직경이 큰 제2 단부(52b)를 갖는 원추 스프링이다. 시트(521)가 스프링(52)의 제2 단부(52b)에 위치되고 내부 공간(511)에 수용된다. 피동축(522)이 시트(521)의 중심으로부터 제1 단부(52a)를 향해 연장되어 스프링(52)에 삽입된다. 피동축(522)의 단부에 대응 플레이트(30)의 조립부(34)의 천공 구멍(341)을 통해 삽입되어 결합 블럭(342)에 후크 결합되는 후크부(523)가 형성된다. 또한, 각각의 로터 블레이드(22)의 외부면(226) 상에는 로터 블레이드(22)로 플레이트(30)를 흡인하도록 복수의 자성 부재(70)가 제공된다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 리프트 제어 장치(60)의 결합 부재(61)의 내부 공간(611)의 하부에, 위치결정축(62)의 삽입을 위한 관통 구멍(613)이 형성된다. 스프링(63)은 두 개의 후크형 단부(631)를 갖는 원추 스프링이고, 하나의 후크형 단부(631)는 위치결정축(62)의 일 단부에 형성되는 보유 구멍(621)에 후크 결합되고, 다른 후크형 단부(631)는 결합 부재(61)의 삽입 구멍(612)을 통해 플레이트(30)의 조립부(34)의 천공 구멍(341)으로 삽입되어 결합 블럭(342)에 후크 결합된다. 유선 윈드 실드(64)에는 결합 부재(61)의 관통 구멍(613)과 위치결정축(62)을 덮도록 내부 챔버(641)가 형성된다. 윈드 실드(64)는 로터 블레이드(22)에 고정되고 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 돌출되는 위치결정축(62)과 결합 부재(61)에 의해 야기된 드래그를 감소시키도록 유선형으로 된다.
도 15는 본 발명의 리프트 제어 장치(80)의 다른 실시예를 도시하고 있는데, 여기서 각각의 로터 블레이드(22)의 외부면(226)에는 대응 로터 블레이드(22) 내측에 형성되는 내부 공간(229)과 연통하는 삽입 구멍(228)이 형성된다. 내부 공간(229)은 로터 블레이드(22)의 선단 및 후단 에지(221, 222)가 연장되는 방향을 따라서 연장된다. 각각의 로터 블레이드(22)의 내부 공간(229)은, 후단 에지(222)에 인접하여 일 단부에, 위치결정 피봇부(81)가 제공된다. 관련 로터 블레이드(22)의 내부면(225)에 인접하여 위치결정 피봇부(81)의 측부에, 후단 에지(222)를 향해 연장되는 피봇 부재(82)가 배치된다. 링크 장치(83)는 피봇점(832)에서 서로 피봇되는 두 개의 로드(831)를 포함한다. 링크 장치(83)는 두 개의 로드(831) 중 하나의 일 단부에서 피봇되는 일 단부와, 플레이트(30)의 조립부(34)에 피봇되는 다른 단부를 갖는다. 스프링(84)은 두 개의 단부가 위치결정 피봇부(81) 및 피봇점(832)에 각각 피봇되는 원추 스프링이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 스프링(84)은 내부 공간(225)의 연장 방향을 따라 배열되어, 스프링(84)의 연장 거리는 증가되고, 플레이트(30)가 로터 블레이드(22)의 표면을 개방시키는 (표면으로부터 멀리 피봇되는) 경우에, 보다 많은 드래그를 생성시켜 수직축 풍차(20)의 회전 속도를 감속시킬 것이다.
본 발명에 따른 다양한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 범주 내에서 추가의 실시예들이 있을 수 있다는 것을 당업자라면 명확히 알 수 있을 것이다.
20 : 수직축 풍차
21 : 회전축
22 : 로터 블레이드
30 : 플레이트
31 : 피봇 단부
32 : 자유 단부
40 : 리프트 제어 장치
221 : 선단 에지
222 : 후단 에지

Claims (15)

  1. 로터 블레이드(22)의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차(20)의 회전 속도를 제어하는 방법이며,
    (a) 플레이트(30)의 피봇 단부(31)가 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 피봇되고 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)에 평행하게 배열되고, 플레이트(30)의 자유 단부(32)가 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 후단 에지(222)를 향해 연장되며, 리프트 제어 장치(40)가 각각의 상기 로터 블레이드(22)에 대해 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공하는 방식으로, 각각의 상기 로터 블레이드(22) 상에 플레이트(30) 및 리프트 제어 장치(40)를 장착하는 단계와,
    (b) 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)이 상기 플레이트(30)에 원심력(Fi)을 생성시켜 상기 리프트 제어 장치(40)에 대해 상기 플레이트(30)를 밀도록 상기 로터 블레이드(22)를 회전시키고, 상기 탄성력(FP)이 상기 원심력(Fi)을 억제시키는 단계와,
    (c) 상기 플레이트(30)의 자유 단부(32)가 상기 로터 블레이드(22)로부터 멀리 피봇되어 상기 로터 블레이드(22)의 리프트를 변경시키고 상기 로터 블레이드(22)의 회전 관성을 파괴하도록, 상기 원심력(Fi)이 상기 탄성력(FP) 보다 클 때까지 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 증가시키고, 그 결과 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시키는 단계를 포함하는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리프트 제어 장치(40)는 상기 리프트 제어 장치(40)에 대해 상기 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공하도록 각각의 상기 로터 블레이드(22) 상에 배치되는 두 개의 탄성 가압편(41)을 포함하는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리프트 제어 장치(40)는, 상기 로터 블레이드(22)에 대해 상기 플레이트(30)를 미는 탄성력(FP)을 제공하도록, 일 단부가 각각의 상기 로터 블레이드(22)에 고정되고 다른 단부가 상기 블레이드(22)에 고정되는 스프링을 포함하는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 방법.
  4. 로터 블레이드(22)의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차(20)의 회전 속도를 제어하는 장치이며, 상기 수직축 풍차(20)는 회전축(21)과, 상기 회전축(21) 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드(22)를 포함하고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)는 선단 에지(221)에, 플레이트(30) 및 리프트 제어 장치(40)가 제공되고,
    각각의 상기 로터 블레이드(22)는 상기 선단 에지(221) 및 후단 에지(222)를 포함하고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 상기 선단 에지(221)와 상기 후단 에지(222) 사이에는 상기 회전축(21)을 향해 위치되는 내부면(225)과, 상기 내부면(225)에 대향하는 외부면(226)이 있고,
    상기 플레이트(30)는 상기 각 로터 블레이드(22)의 외부면(226) 상에 장착되고 피봇 단부(31) 및 자유 단부(32)를 포함하고, 상기 피봇 단부(31)는 피봇(33)을 거쳐 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 피봇되고, 상기 자유 단부(32)는 상기 후단 에지(222)를 향해 후방으로 연장되고,
    상기 리프트 제어 장치(40)는 상기 피봇(33)의 두 개의 단부에 배치되는 두 개의 탄성 가압편(41)을 포함하고, 각각의 상기 탄성 가압편(41)은 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 고정되는 고정부(411)와, 상기 후단 에지(222)를 향해 후방으로 연장되는 가압부(412)를 포함하고, 상기 두 개의 탄성 가압편(41)의 가압부(412)는 상기 플레이트(30)의 자유 단부(32)에 대해 가압하는 탄성력(FP)을 갖고,
    상기 수직축 풍차(20)는 상기 플레이트(30)에 원심력(Fi)을 제공하도록 회전하고, 상기 원심력(Fi)이 상기 탄성력(FP) 보다 큰 경우, 상기 플레이트(30)의 자유 단부(32)는 상기 피봇(33)에 따라 상기 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇되어, 상기 로터 블레이드(22)의 리프트 및 회전 관성은 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시키도록 변경되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에는 상기 회전축(21)에 평행한 위치에 위치되는 수용 공동(223)이 제공되고, 상기 플레이트(30)의 피봇 단부(31)는 상기 피봇(33) 상에 피봇식으로 슬리브 결합되는 중공 슬리브 구조의 형태를 취하고,
    두 개의 체결구(413)가 각각의 상기 리프트 제어 장치(40)의 두 개의 탄성 가압편(41)의 고정부(411)를 통해 삽입되어 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 두 개의 로킹 구멍(224)으로 나사 결합되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 외부면(226) 상에는 상기 로터 블레이드(22)로 상기 플레이트(30)를 흡인하도록 복수의 자성 부재(70)가 제공되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 로터 블레이드(22)는 다리우스형 블레이드(Darrieus blades)인, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  8. 로터 블레이드(22)의 회전 원심력을 이용하여 수직축 풍차(20)의 회전 속도를 제어하는 장치이며, 상기 수직축 풍차(20)는 회전축(21)과, 상기 회전축(21) 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드(22)를 포함하고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)는 선단 에지(221)에, 플레이트(30) 및 리프트 제어 장치(50, 60)가 제공되고,
    각각의 상기 로터 블레이드(22)는 상기 선단 에지(221) 및 후단 에지(222)를 포함하고, 상기 선단 에지(221)와 상기 후단 에지(222) 사이에, 내부면(225) 및 외부면(226)이 있고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 외부면(226)에는 상기 로터 블레이드(22) 내측에 형성되는 내부 공간(511, 611)과 연통하는 삽입 구멍(513, 612)이 형성되고,
    상기 플레이트(30)는 피봇 단부(31) 및 자유 단부(32)를 포함하고, 상기 피봇 단부(31)는 피봇(33)을 거쳐 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221)에 피봇되고, 상기 자유 단부(32)는 상기 후단 에지(222)를 향해 후방으로 연장되고, 상기 플레이트(30)에는 조립부(34)가 제공되고,
    상기 리프트 제어 장치(50, 60)는, 상기 로터 블레이드(22)에 대해 상기 플레이트(30)를 가압하는 탄성력(FP)을 제공하도록, 일 단부가 상기 로터 블레이드(22)의 내부 공간(511, 611)에 고정되고 다른 단부가 상기 삽입 구멍(513, 612)을 거쳐 상기 플레이트(30)에 고정되는 스프링(52, 63)을 포함하고,
    상기 수직축 풍차(20)는 상기 플레이트(30)에 원심력(Fi)을 제공하도록 회전하고, 상기 원심력(Fi)이 상기 탄성력(FP) 보다 큰 경우, 상기 플레이트(30)의 자유 단부(32)는 상기 피봇(33)에 따라 상기 로터 블레이드(22)의 표면으로부터 멀리 피봇되고, 상기 로터 블레이드(22)의 리프트 및 회전 관성은 상기 수직축 풍차(20)의 회전축(21)의 회전 속도를 감속시키도록 변경되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 상기 로터 블레이드(22)에는 상기 로터 블레이드(22)의 내부면(225) 및 외부면(226)을 관통하는 조립 구멍(227)이 형성되고,
    상기 플레이트(30)의 조립부(34)에는 천공 구멍(341)과, 상기 천공 구멍(341)을 가로지르는 결합 블럭(342)이 형성되고,
    상기 리프트 제어 장치(50, 60)는 상기 로터 블레이드(22)의 조립 구멍(227)에 나사 결합되는 결합 부재(51, 61)를 포함하고, 상기 결합 부재(51, 61)에는 내부 공간(511, 611)과, 상기 내부 공간(511, 611)과 연통하는 삽입 구멍(513, 612)이 형성되고, 상기 스프링(52)은 제1 단부(52a)와, 상기 제1 단부(52a) 보다 직경이 큰 제2 단부(52b)를 갖는 원추 스프링이고, 시트(521)가 상기 스프링(52)의 제2 단부(52b)에 위치되고 상기 내부 공간(511)에 수용되고, 피동축(522)이 상기 시트(521)의 중심으로부터 상기 제1 단부(52a)를 향해 연장되고 상기 스프링(52)에 삽입되고, 상기 피동축(522)의 일 단부에 상기 플레이트(30)의 조립부(34)의 천공 구멍(341)을 통해 삽입되고 상기 결합 블럭(342)에 후크 결합되는 후크부(523)가 형성되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 각각의 상기 로터 블레이드(22)에는 상기 로터 블레이드(22)의 내부면(225) 및 외부면(226)을 관통하는 조립 구멍(227)이 형성되고,
    상기 플레이트(30)의 조립부(34)에는 천공 구멍(341)과, 상기 천공 구멍(341)을 가로지르는 결합 블럭(342)이 형성되고,
    상기 리프트 제어 장치(50, 60)는 상기 로터 블레이드(22)의 조립 구멍(227)에 나사 결합되는 결합 부재(51, 61)를 포함하고, 상기 결합 부재(51, 61)에는 내부 공간(511, 611)이 형성되고, 상기 결합 부재(61)의 내부 공간(611)의 하부에 위치결정축(62)의 삽입을 위한 관통 구멍(613)이 형성되고, 상기 스프링(63)은 두 개의 후크형 단부(631)를 갖는 원추 스프링이고, 상기 후크형 단부(631) 중 하나는 상기 위치결정축(62)의 일 단부에 형성되는 보유 구멍(621)에 후크 결합되고, 상기 후크형 단부(631) 중 다른 하나는 상기 결합 부재(61)의 삽입 구멍(612)을 통해 상기 플레이트(30)의 조립부(34)의 천공 구멍(341)으로 삽입되고 상기 결합 블럭(342)에 후크 결합되고, 유선 윈드 실드(64)에는 상기 결합 부재(61)의 관통 구멍(613)과 위치결정축(62)을 덮도록 내부 챔버(641)가 형성되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 로터 블레이드(22)의 내부 공간(229)은 상기 로터 블레이드(22)의 선단 에지(221) 및 후단 에지(222)가 연장되는 방향을 따라서 연장되고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 내부 공간(229)은 상기 후단 에지(222)에 인접하여 일 단부에 위치결정 피봇부(81)가 제공되고, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 내부면(225)에 인접하여 상기 위치결정 피봇부(81)의 측부에 상기 후단 에지(222)를 향해 연장되는 피봇 부재(82)가 배치되고, 링크 장치(83)가 피봇점(832)에서 서로 피봇되는 두 개의 로드(831)를 포함하고, 상기 링크 장치(83)는 두 개의 로드(831) 중 하나의 일 단부에 피봇되는 일 단부와, 상기 플레이트(30)의 조립부(34)에 피봇되는 다른 단부를 갖고, 스프링(84)은 두 개의 단부가 상기 위치결정 피봇부(81) 및 피봇점(832)에서 각각 피봇되는 원추 스프링인, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  12. 제8항에 있어서, 각각의 상기 로터 블레이드(22)의 외부면(226) 상에는 상기 로터 블레이드(22)로 상기 플레이트(30)를 흡인하도록 복수의 자성 부재(70)가 제공되는, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 로터 블레이드(22)는 다리우스형 블레이드인, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 로터 블레이드(22)는 직선 및 수직 다리우스형 블레이드인, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 로터 블레이드(22)는 호형 다리우스형 블레이드인, 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치.
KR1020120105228A 2011-09-22 2012-09-21 로터 블레이드의 원심력을 이용하여 수직축 풍차의 회전 속도를 제어하는 장치 및 방법 KR20130032275A (ko)

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