WO2011078451A1 - 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치 - Google Patents

풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wind power generator for generating a rotational force with the wind to convert into electrical energy, and a wind power generator having the same.
  • the wind power generator is a device for generating electricity by generating a rotational force by the lift and drag generated by the wind hit the blades, and driving the generator to generate electricity using this rotational force.
  • Wind turbines are divided into horizontal shaft wind turbines and vertical shaft wind turbines according to the position of the largely driven shaft.
  • Horizontal axis wind power generator is a device in which a rotor with three blades rotates about a horizontal axis to drive a generator.It is required to use a relatively strong wind to rotate the rotor. It is suitable for large-scale power generation because it is manufactured in large size to generate electricity with little wind.
  • the vertical axis wind turbine can rotate the rotor with less wind than the horizontal axis wind generator, so it can be installed in various places regardless of the relatively small place, and since the device can be miniaturized in recent years, A lot of research and development is being done to increase power generation efficiency.
  • Conventional vertical wind turbines have a rotor coupled to a plurality of blades installed vertically and a generator connected to the rotor.
  • the blades of the conventional vertically installed rotor are fixedly installed so as not to adjust the angle of the blades, and thus the power generation efficiency is not high because the optimized rotational force cannot be generated according to the wind.
  • the present invention is to solve the problems as described above, the problem to be solved by the present invention can lower the initial maneuvering wind speed, increase the drag and lift of the rotor to improve the power generation efficiency, easy to angle the blade It is to provide an adjustable wind turbine and a wind power generator having the same.
  • Wind turbine according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a vertical or horizontal rotation axis, a plurality of main blades spaced at equal intervals on the concentric circle of the rotation axis, and each of the main blade A secondary blade coupled to the wind bends.
  • the auxiliary blade may be coupled to the end of the main blade in the form of extending the main blade.
  • a coupling groove is formed at an end of the main blade, and a coupling protrusion is formed at the end of the auxiliary blade so that the coupling protrusion is coupled to the coupling groove to couple the main blade and the auxiliary blade.
  • the auxiliary blade may be coupled to the outer surface of the main blade and formed longer than the end of the blade.
  • the auxiliary blade may be coupled to the inner side of the main blade and formed longer than the end of the blade.
  • the auxiliary blade may be provided on the inner side and the outer side of the main blade to face each other, so that the ends of the auxiliary blade abut each other according to the wind to form a airfoil.
  • the pair of auxiliary blades may be formed in different lengths.
  • a plurality of auxiliary blades may be coupled in the longitudinal direction of the main blade.
  • a plurality of auxiliary blades may be installed in a form inclined toward the end of the main blade.
  • the inclined angle of the auxiliary blade may be inclined at an angle ranging from 5 ° to 60 ° from the outer surface of the main blade.
  • the auxiliary blade may be rotatably coupled to the main blade by a hinge.
  • the auxiliary blade may be formed to become thinner toward the end.
  • the auxiliary blade may be coated with a soft material to reduce noise when the wind friction.
  • Rotor for wind power generation includes a plurality of main blades spaced at equal intervals on the axis of rotation, vertically or horizontally located on the concentric circle of the rotary shaft, the outer surface of the main blade of the main blade A plurality of protruding pieces inclined in the direction where the end is positioned is formed.
  • the protrusion may be inclined at an angle in the range of 5 ° to 60 ° from the outer surface of the main blade.
  • the protruding piece may be formed in a protrusion shape.
  • the main blade and the protruding piece may be formed in a plate shape.
  • the outer ends of the protruding pieces When the outer ends of the protruding pieces are connected to each other, they may be formed in a streamlined shape.
  • Wind turbine generator includes the rotor, the generator driven by the rotational force of the rotor, the rotor is coupled to the rotating shaft and the main blade by a hinge so that the main blade is rotatable.
  • the support may be further provided, and a goniometer indicating the rotation angle of the main blade may be installed at a portion where the support and the main blade are coupled to each other.
  • the main blade further comprises a bracket coupled to the main blade by the support and the hinge, the goniometer is a scale formed on any one of the bracket or the support, and the other to indicate the scale It may be provided with an indicator member.
  • the auxiliary blade having flexibility to bend in accordance with the wind, not only can the initial starting wind speed is significantly lowered, but can also generate the optimized drag and lift according to the wind can increase the power generation efficiency .
  • the wind is accommodated between the blade and the protruding piece to increase drag and lift.
  • FIG. 1 is a plan view showing a wind power rotor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view illustrating an enlarged main blade of a wind power rotor according to an embodiment.
  • FIG. 3 is an operating state diagram of the wind turbine for power generator according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a first modification of the auxiliary blade constituting the rotor for wind power generation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing that the auxiliary blade of the first modification is applied to various wind power rotors.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating a second modified example of the auxiliary blade configuring the rotor for wind power generation according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view illustrating a third modified example of the auxiliary blades configuring the wind power rotor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is an enlarged view showing a fourth modified example of the auxiliary blade constituting the wind power rotor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an operational state diagram of a wind power rotor to which an auxiliary blade according to a fourth modified example of FIG. 8 is applied.
  • FIG. 10 is an enlarged view illustrating a fifth modified example of the auxiliary blades configuring the wind power rotor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an operating state of a wind power rotor to which an auxiliary blade according to a fifth modified example of FIG. 10 is applied.
  • FIG. 12 is an enlarged view illustrating an enlarged main blade of a wind power rotor according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is an enlarged view showing a modification of the main blade constituting the rotor for wind power generation according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is an enlarged view illustrating an enlarged portion of the goniometer of the wind power generator according to the embodiment of the present invention.
  • fastening member 200 wind power generator
  • the present invention is described as an example applied to a gyro mill (H-rotor, Gyromill) type wind turbine that rotates about a vertical axis, for example, helical H-rotor type, Darius type, crossflue type, Savonius It can be applied to various types of wind power generators.
  • the surface located in the radially outer side of the rotation shaft 110 among the surfaces of the main blade 120 is referred to as the outer surface, and the surface located in the direction facing the rotation shaft 110 is called the inner surface.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a wind power rotor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view of an enlarged main blade of the wind power rotor according to an embodiment
  • Figure 3 is limited to FIG. Operational state diagram of a rotor for wind power generation according to an embodiment.
  • the wind turbine 100 for power generation may include a rotating shaft (120).
  • the rotary shaft 120 may rotate to drive the generator 210 to be described below.
  • the rotation shaft 120 may be directly coupled to the drive shaft of the generator 210 or, for example, a gear, a sprocket, a pulley, or the like may be coupled to the rotation shaft 120 to transmit a rotational force.
  • the rotating shaft 110 may be installed in a state perpendicular to the ground.
  • the rotor 100 for wind power generation may include a main blade 120.
  • the main blades 120 may generate lift and drag due to wind collision, and the plurality of main blades 120 may be positioned to be spaced apart at regular intervals on the concentric circles of the rotation shaft 110.
  • the main blade 120 is installed perpendicular to the ground, and the three inner blades of the main blade 120 at 120 ° intervals about the rotation shaft 110 to face the rotation shaft 110. Installed.
  • the main blade 120 may be formed in a plate shape, the cross-sectional shape may be formed in a streamlined shape.
  • the inner surface and the outer surface may be formed to have the same curved surface around the center line of the main blade 120, and any one of the inner surface and the outer surface may be formed. It may be formed to be bent inward toward the center of the main blade 120.
  • the main blade 120 in one embodiment is formed so that the inner surface is bent into the inner side of the main blade.
  • the inner or outer surface of the main blade 120 it is possible to increase the drag and lift by increasing the contact area of the wind.
  • the main blade 120 may be manufactured by extrusion, and may be formed of a hard metal, a synthetic resin, a hard rubber, a fiber composite, or a mixture thereof.
  • the wind turbine 100 may include an auxiliary blade 130.
  • the auxiliary blade 130 is formed to have flexibility can be flexibly bent in accordance with the wind. Since the auxiliary blade 130 has flexibility, the initial maneuvering wind speed can be lowered. That is, the rotor 100 can be easily rotated even with a small wind.
  • the auxiliary blade 130 may be formed in a plate shape, it may be coupled to the end of the main blade 120.
  • the length of the auxiliary blade 130 in the vertical direction may be formed to be the same as the length of the main blade 120 and the vertical direction, when the auxiliary blade 130 is viewed in a plane, the outer side of the auxiliary blade 130 Towards the end may be formed to be the same or gradually smaller thickness to be flexible to the wind.
  • a protrusion insertion groove 121 is formed at an end of the main blade 120, and an insertion protrusion 131 is formed in the auxiliary blade 130 so that the insertion protrusion 131 is inserted into the protrusion insertion groove 121.
  • the auxiliary blade 130 may be coupled to the main blade 120 in the form.
  • the auxiliary blade 130 may be made of a spring plate, a synthetic resin, a fiber composite, a synthetic rubber, a natural rubber, or a composite thereof, and may have flexibility, and the auxiliary blade 130 may have an auxiliary blade 130. ) May be coated with soft materials such as synthetic resins, synthetic rubbers, natural rubbers, urethanes, silicones or combinations thereof to reduce the noise generated when the wind is bent by wind.
  • the wind turbine 100 may include a support 140.
  • the support 140 may connect the rotation shaft 110 and the main blade 120.
  • the support 140 has a shape in which a plurality of main blades 120 are connected to the rotation shaft 110 on one support 140, for example, a plurality of main blades 120 are coupled to a support 140 formed in a disc shape. It may be configured in a form, a plurality of supports 140 may also be configured in the form of connecting each of the main blades 120 to the rotating shaft (110).
  • the support 140 has a cross-sectional shape is formed in a streamlined shape can minimize the resistance of the wind during the rotation of the wind turbine 100.
  • Figure 3 is an operating state diagram of the wind turbine for power generator according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows the wind turbine is rotated at intervals of 30 degrees from 0 ° to 120 °.
  • the auxiliary blade 130 flexes flexibly according to the wind to lower the initial wind tunnel and at the same time, the optimum drag and It can generate lift.
  • the auxiliary blade 130 at 0 ° with respect to the auxiliary blade 130 located at 0 ° to 3 o'clock is positioned in line with the main blade 120 so as not to be resistant to wind.
  • the auxiliary blade 130 when rotated ° can be bent in the direction of the wind to increase the lift and drag, while minimizing the resistance in the direction of rotation.
  • auxiliary blade 130 at the end of the main blade 120, by increasing the contact area with the wind to increase the lift and drag and at the same time the auxiliary blade 130 is bent in accordance with the wind to rotate the main blade 120 Minimizing the wind resistance in the direction of the can improve the power generation efficiency.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a first modified example of the auxiliary blade constituting the wind power rotor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 shows that the auxiliary blade of the first modification is applied to a variety of wind power rotors Perspective view.
  • the auxiliary blade 135 has the same configuration as the auxiliary blade 130 in one embodiment, but a plurality of auxiliary blades 135 are installed in the vertical direction of the main blade 120.
  • Figure 4 (a) is a perspective view of three auxiliary blades installed
  • Figure 4 (b) is a perspective view of a plurality of auxiliary blades installed.
  • the length of the main blade 120 is formed long length, for example, if the wind strength is different depending on the height or turbulence of Each auxiliary blade 130 is configured to bend flexibly in different winds according to the height even in the wind to minimize the resistance in the direction of rotation of the wind turbine 100, while increasing the lift and drag power generation efficiency Can improve.
  • the auxiliary blade 135 of the first modification can be applied to various wind power rotors such as, for example, a helical H-rotor type, a Darius type, a crossflue type, and a savonius type. Drawing.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating a second modified example of the auxiliary blade configuring the rotor for wind power generation according to the embodiment of the present invention.
  • the auxiliary blade 230 according to the second modification has the same configuration as the auxiliary blade 130 in one embodiment, but may be coupled to an inner surface of the main blade 120.
  • the auxiliary blade 230 of the second modified example when viewed from the top, may be formed of a length that extends more than the end of the main blade 120.
  • the secondary blade 230 When the secondary blade 230 is configured such that the main blade 120 is positioned to face the wind, the secondary blade 230 is in close contact with the inner circumferential surface of the main blade 120 to reduce the resistance of the wind, and the main blade 120 is When the wind is back, the auxiliary blade 230 is opened in the main blade 120 to receive the wind therebetween, thereby increasing drag and lift, thereby improving power generation efficiency.
  • FIG. 7 is an enlarged view illustrating a third modified example of the auxiliary blades configuring the wind power rotor according to the embodiment of the present invention.
  • the auxiliary blade 330 according to the third modification has the same configuration as the auxiliary blade 130 in one embodiment, but may be coupled to an outer surface of the main blade 120.
  • the auxiliary blade 330 of the third modification may be formed to have a length that extends more than the end of the main blade 120 when viewed from the top.
  • the main blade 120 may be formed in a shape that is cut back to the secondary blade 330 is coupled to the main blade 120. That is, the rear portion of the main blade 120 to which the auxiliary blade 330 is coupled may be removed, and only the front portion of the main blade 120 may be formed.
  • the main blade 120 is formed in a partially cut state, which not only can greatly reduce the weight of the wind power rotor 100, but also the auxiliary blade 330 is flexible according to the wind.
  • the auxiliary blade 330 is flexible according to the wind.
  • side to increase the lift and drag by the auxiliary blade can improve the power generation efficiency.
  • FIG. 8 is an enlarged view illustrating a fourth modified example of the auxiliary blade constituting the wind turbine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a wind power generation using the auxiliary blade according to the fourth modified example of FIG. 8.
  • This is a state diagram of the rotor for the wind turbine, and the wind turbine is rotated at 30 degrees intervals from 0 ° to 120 °.
  • the auxiliary blade 430 according to the fourth modification has the same configuration as the auxiliary blade 130 of the embodiment, but a pair may be coupled to both sides of the main blade 120.
  • the auxiliary blade 430 of the fourth modification may be coupled so that the pair of auxiliary blades 430 are spaced apart from each other on the inner side and the outer side of the main blade 120.
  • the main blade 120 is formed after the auxiliary blade 430 is coupled, that is, the shape in which the portion is covered by the main blade 120 is cut by the auxiliary blade 430 of the wind power generator 100
  • the weight can be greatly reduced.
  • any one of the auxiliary blade 430 of the pair of auxiliary blades 430 is formed to be relatively short in length so that the long auxiliary blade 430 is configured to be bent more than the short length of the auxiliary blade 430 Can be.
  • the auxiliary blade 430 in the fourth modification has a shorter length of the auxiliary blade 430 located on the inner side of the main blade 120.
  • the auxiliary blade 430 according to the fourth modification configured as described above is assumed to blow wind in a predetermined direction, and the auxiliary blade 430 flexes flexibly according to the wind to lower the initial wind tunnel. Depending on the wind, it can generate optimum drag and lift.
  • the auxiliary blade 430 at 0 ° with respect to the auxiliary blade 430 located at 0 ° at 3 o'clock is positioned in line with the main blade 120 so as not to be wind-resistant.
  • the secondary blade 430 is rotated when the auxiliary blade 430 located on the outer side of the main blade 120 is bent more than the auxiliary blade 430 located on the inner side so that the ends are in contact with each other That is, by being formed in the shape of a wing, it is possible to reduce the resistance in the direction of rotation and increase the lift and drag.
  • FIG. 10 is an enlarged view illustrating a fifth modified example of the auxiliary blade configuring the rotor for wind power generation according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a wind power generation using the auxiliary blade according to the fifth modified example of FIG. 10.
  • This is a state diagram of the rotor for the wind turbine, and the wind turbine is rotated at 30 degrees intervals from 0 ° to 120 °.
  • the auxiliary blade 530 according to the fifth modification has the same configuration as the auxiliary blade 130 of one embodiment, but a plurality of auxiliary blades 530 are disposed on the outer surface of the main blade 120. Can be combined.
  • the auxiliary blade 530 of the fifth modification may be elongated in the vertical direction of the main blade 120, spaced apart from the outer surface of the main blade 120 by a predetermined interval so as to be inclined toward the end of the main blade 120. Plural can be combined.
  • the auxiliary blade 530 coupled to the inner side and the outer side of the main blade 120 may be tilted to face the same end of the main blade 120 to be combined to form a fish-like shape.
  • the inclination angle of the auxiliary blade 530 is preferably formed to be inclined in the range of 5 ° ⁇ 60 ° toward the end from the outer surface of the main blade 120.
  • the auxiliary blade 530 is connected to the main blade 120 by the wind that strikes the auxiliary blade 530 when the wind turbine 100 rotates.
  • the auxiliary blade 530 can not be easily adhered to, and when the inclination angle d exceeds 60 °, the auxiliary blade 530 is rotated when the wind turbine 100 rotates. Higher resistance reduces power generation efficiency.
  • the plurality of auxiliary blades 530 may be rotatably coupled to the main blade 120 by the hinge 531.
  • a hinge 531 is integrally formed at the end of each auxiliary blade 530, and a hinge insertion groove 123 into which the hinge 531 is inserted is formed in the main blade 120, and the hinge insertion groove 123 is formed.
  • the auxiliary blade 530 may be rotatably coupled to the main blade 120 in a form in which the hinge 531 formed in the auxiliary blade 530 is inserted into the main blade 120.
  • the auxiliary blade 530 when the auxiliary blade 530 according to the fifth modified example is configured to assume that the wind blows in a predetermined direction, the main blade 120 is positioned to carry the wind on the back (60 in FIG. (See the main blade at 9 o'clock when rotated), the auxiliary blade 530 is unfolded from the main blade 120 to increase the drag force, thereby improving the rotational force of the wind turbine 100, the main blade 120 is When positioned to face the wind (see the main blade at 3 o'clock when rotated 0 ° or 120 ° in FIG. 10), the auxiliary blade 530 is in close contact with the outer surface of the main blade 120 to provide the wind power generator 100. It can reduce the resistance during rotation.
  • FIG. 12 is an enlarged view illustrating an enlarged main blade of a wind power rotor according to another embodiment of the present invention.
  • the rotor 100 for a wind power generation has the same configuration as the embodiment and the same reference numerals, and the same configuration has the same effect, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • Wind turbine 100 has the same configuration as the embodiment, but the main blade 120 may be further formed with a protruding piece (128).
  • the protruding piece 128 may protrude from the outer surface of the main blade 120 in the shape of a protrusion having a sharp tip.
  • a plurality of protruding pieces 128 may be formed along the outer surface of the main blade 120 in the vertical direction and may be inclined toward the end of the main blade 120.
  • the wind remains between the outer surface of the main blade 120 and the protruding piece 128 can increase the lift and drag.
  • the protrusion piece 128 is preferably formed to be inclined in the range of 5 ° ⁇ 60 ° toward the end of the main blade 120 from the outer surface of the main blade 120.
  • the inclination angle (e) of the protrusion piece 128 is less than 5 °, the amount of wind remaining between the protrusion piece 128 and the outer surface of the main blade 120 during the rotation of the wind turbine 100 is At least, the effect of forming the protruding piece 128 cannot be exerted.
  • the inclination angle e of the protruding piece 128 exceeds 60 °, the protruding piece 128 is rotated when the wind turbine 100 rotates. This increases resistance and lowers power generation efficiency.
  • the main blade 120 increases the area of contact with the wind to increase the lift and drag, and at the same time the wind is left between the main blade 120 and the protruding piece 128 to lift And drag can be further increased.
  • Figure 13 is an enlarged view showing a modification of the main blade constituting the rotor for wind power generation according to another embodiment of the present invention.
  • the rotor for a wind power generation according to a modification of another embodiment has the same configuration as the main blade 120 of the other embodiment, but is featured in the main blade 120 and the protrusion 129.
  • Protruding piece 129 and the main blade 120 may be formed in a plate shape, the protruding piece 129 formed of a plate is the end of the main blade 120 in the main blade 120 Plural can be formed in the form inclined toward.
  • the protruding piece 129 is preferably formed to be inclined in the range of 5 ° ⁇ 60 ° toward the end of the main blade 120 from the outer surface of the main blade 120.
  • the inclination angle e of the protruding piece 129 is less than 5 °, the amount of wind received between the protruding piece 129 and the main blade 120 is small when the wind power rotor 100 rotates.
  • the effect of forming the protruding piece 129 cannot be exerted, and when the inclination angle e of the protruding piece 129 exceeds 60 °, the protruding piece 129 is rotated when the wind power rotor 100 rotates. As a result, the resistance is increased and the power generation efficiency is lowered.
  • the protrusion pieces 129 when the protrusion pieces 129 are connected to the ends of the adjacent protrusion pieces 129 and each other, the overall shape may be formed in a streamlined shape, the protrusion pieces 129 is located at the end of the opposite direction inclined 129 may be formed in an arc shape so as to minimize the resistance of the wind during the rotation of the wind turbine 100.
  • the protruding piece 129 may be integrally formed with the main blade 120.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is an enlarged view illustrating an enlarged portion of the goniometer of the wind power generator according to the embodiment of the present invention.
  • the wind power generator 200 includes a generator 210.
  • the generator 210 converts rotational force into electrical energy, and rotates a coil wound around a drive shaft between magnets or rotates a magnet attached to the drive shaft between coils to generate electricity by induced electromotive force. Since the generator 210 may be a known generator, a detailed description thereof will be omitted.
  • the wind turbine 200 may include a wind turbine 100.
  • the wind power generator 100 may rotate the generator 210 by the lift and drag generated by the wind hit.
  • the wind turbine 100 and the generator 210 may be connected to a power transmission member, for example, a belt or a chain to drive the generator 210, the rotor 100 is directly coupled to the generator 210 generator It may be configured to rotate (210).
  • wind power generator 100 may be applied to the wind power generator 100 of the above-described embodiment and other embodiments and various modifications, detailed description thereof will be omitted. However, in the present invention, it is described that the wind turbine 100 for power generation according to an embodiment is applied, and only the configuration that changes in detail will be described.
  • the wind turbine 100 may be coupled to the support 140 and the main blade 120 to be rotatable by the hinge H.
  • the bracket (125) is coupled to the main blade (120) so that the bracket (125) and the support (140) are coupled by the hinge (H) so that the main blade (120) is coupled to the support (140) to be rotatable.
  • the wind turbine 200 may include a goniometer 150.
  • the goniometer 150 may display an angle of rotation of the main blade 120.
  • the goniometer 150 may include a scale 151 displaying a predetermined angle and an indicator member 153 indicating the scale 151.
  • the scale 151 may be formed on any one of the support 140 and the main blade 120, the other one may be configured in a form in which the indicator member 153 is coupled.
  • the scale 151 is formed on the bracket 125 so as to be positioned on the hinge H and the concentric circle, and the indicating member 153 supports the scale 151 formed of the bracket 125. Bound to.
  • the indicating member 153 is located on the upper surface of the bracket 125, the fastening member 155 in the form of passing through the indicating member 153, the bracket 125, and the support 140 in order to the indicator member ( 153 and the bracket 125 may be fastened.
  • the bracket 125 is formed with a circular guide hole 126 through which the fastening member 155 penetrates, and the guide ball 126 may be formed in a concentric shape of the hinge.
  • the main member (1) is pressed by the bracket 125 positioned between the directing member 153 and the supporter 140 by the fastening force of the fastening member 155 fastened to the supporter 140.
  • the rotation of 120 can be fixed.
  • the wind turbine generator 100 configured as described above releases only the release force of the fastening member 155 to press the bracket 125 while the fastening member 155 is not completely removed when the angle of the main blade 120 is adjusted.
  • the fastening member 155 is tightened to press the bracket 135 by the fastening force between the indicator member 153 and the supporter 140 to maintain the main blade 120. ).
  • the angle of rotation of the main blade 120 can be adjusted using the goniometer 150, so that the fine angle of the main blade 120 can be adjusted, and the main blade is fastened by the fastening force of the indicator member 153 and the support 140. Fixing and releasing the fixing 120 makes it easy to adjust the angle of the main blade 120.

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Abstract

본 발명은 바람으로 회전력을 발생시켜 전기에너지로 변환하는 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터는 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축, 상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드, 그리고 각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함한다. 따라서, 초기 기동풍속을 낮출 수 있으며, 항력과 양력이 증대되어 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치
본 발명은 바람으로 회전력을 발생시켜 전기에너지로 변환하는 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전장치는 바람이 블레이드에 부딪혀 발생하는 양력 및 항력으로 회전력을 발생시키고, 이 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기를 구동함으로써 전기를 생산하는 장치이다.
풍력 발전장치는 크게 구동되는 축의 위치에 따라 수평축 풍력 발전장치와 수직축 풍력 발전장치로 구분된다.
수평축 풍력 발전장치는 통상적으로 3개의 날개를 가지는 로터가 수평축을 중심으로 회전하여 발전기를 구동시키는 장치로서, 로터를 회전시키기 위해서는 비교적 센 바람이 필요하기 때문에 바람이 많이 부는 해안가나 해발이 높은 곳에 설치되며, 적은 바람으로도 발전을 하도록 대형으로 제작되기 때문에 대형 발전에 적합하다.
반면, 수직축 풍력 발전장치는 수평축 풍력 발전기에 비해 적은 바람으로도 로터를 회전시킬 수 있어 비교적 장소에 구애받지 않고 다양한 장소에 설치될 수 있으며, 장치를 소형화할 수 있기 때문에 최근에는 수직축 풍력 발전장치의 발전 효율을 높이는 데 많은 연구개발이 이루어지고 있다.
종래의 수직축 풍력 발전장치는 수직으로 설치되는 복수의 블레이드가 결합된 로터와 이 로터에 발전기를 연결하였다. 하지만, 종래의 수직으로 설치되는 로터의 블레이드는 블레이드의 각도를 조절할 수 없도록 고정 설치되어 바람에 따라 최적화된 회전력을 발생하지 못하기 때문에 발전 효율이 높지 않았다.
그리고, 블레이드의 각도를 조절한다 하더라도 풍차를 분해하여 하나하나의 블레이드마다 각도를 설정하여 재 설치해야 하기 때문에 많은 시간이 소요되며 하나하나의 블레이드마다 각도를 측정해야 하기 때문에 번거로운 문제점이 있었다.
또한, 블레이드가 일정 형상으로 형성되어 다양한 바람의 변화에 대응하지 못하기 때문에 로터를 회전시키는 초기 기동풍속이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초기 기동풍속을 낮출 수 있으며, 로터의 항력 및 양력을 증대시켜 발전효율을 향상시키고, 블레이드의 각도를 용이하게 조절할 수 있는 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터는 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축, 상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드, 그리고 각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함한다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드를 연장하는 형태로 상기 메인 블레이드의 끝단에 결합될 수 있다.
상기 메인 블레이드의 끝단에는 결합 홈이 형성되고, 상기 보조 블레이드의 끝단에는 결합 돌기가 형성되어 상기 결합 돌기가 상기 결합 홈에 결합되어 상기 메인 블레이드와 상기 보조 블레이드를 결합할 수 있다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 외측 면에 결합되고 상기 블레이드의 끝단보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 내측 면에 결합되고 상기 블레이드의 끝단보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 메인 블레이드의 내측 면과 외측 면에 서로 마주보도록 한 쌍이 설치되어 바람에 따라 상기 보조 블레이드의 끝단이 서로 맞닿아 익형을 형성할 수 있다.
한 쌍의 상기 보조 블레이드는 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 길이방향으로 복수 개가 결합될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 끝단을 향해 기울어지는 형태로 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 보조 블레이드의 기울어진 각도는 메인 블레이드의 외면에서 5°~60°범위의 각도로 기울어질 수 있다.
상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드에 힌지에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성될 수 있다.
상기 보조 블레이드는 바람의 마찰 시 소음이 감소되도록 연질재료로 코팅될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터는 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축, 상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드를 포함하며, 상기 메인 블레이드의 외면에는 상기 메인 블레이드의 끝단이 위치된 방향으로 기울어진 돌출편이 복수 개가 형성된다.
상기 돌기는 상기 메인 블레이드의 외면에서 5°~60°범위의 각도로 기울어질 수 있다.
상기 돌출편은 돌기 형상으로 형성될 수 있다.
상기 메인 블레이드 및 상기 돌출편은 판 형상으로 형성될 수 있다.
상기 돌출편의 외측 단을 서로 연결하였을 경우 유선형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치는 상기한 로터, 상기 로터의 회전력으로 구동되는 발전기를 포함하고, 상기 로터는 상기 회전축과 상기 메인 블레이드를 연결하며 상기 메인 블레이드가 회동 가능하도록 힌지에 의해 결합되는 지지대가 더 구비되고, 상기 지지대와 상기 메인 블레이드가 결합되는 부분에 상기 메인 블레이드의 회동 각도를 표시하는 각도계가 설치될 수 있다.
상기 메인 블레이드는 상기 메인 블레이드에 결합되어 상기 지지대와 상기 힌지에 의해 결합되는 브래킷을 더 포함하고, 상기 각도계는 상기 브래킷 또는 상기 지지대 중 어느 하나에는 눈금이 형성되며, 다른 하나에는 상기 눈금을 지시하는 지시부재를 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 바람에 따라 휘어지도록 가요성을 가지는 보조 블레이드를 구비함으로써, 초기 기동풍속을 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라 바람에 따라 최적화된 항력 및 양력을 발생시킬 수 있어 발전효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 메인 블레이드에 돌출편을 형성하여 블레이드와 돌출편 사이에 바람이 수용되어 항력 및 양력을 증대시킬 수 있다.
또한, 각도계가 메인 블레이드의 각도 조절이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 도시한 평면도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 3은 도 2에 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제1 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5는 제1 변형예의 보조 블레이드가 다양한 풍력 발전용 로터에 적용된 것을 나타내는 사시도이다.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제2 변형예를 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제3 변형예를 도시한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제4 변형예를 도시한 확대도이다.
도 9는 도 8의 제4 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제5 변형예를 도시한 확대도이다.
도 11는 도 10의 제5 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 메인 블레이드의 변형예를 도시한 확대도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치를 도시한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치의 각도계가 설치되는 부분을 확대한 확대도이다.
<부호의 설명>
100: 풍력 발전용 로터 110: 회전축
120: 메인 블레이드 121: 돌기 삽입홈
123: 힌지 삽입홈 125: 브래킷
126: 가이드 공 128,129: 돌출편
130,135,230,330,430,530: 보조 블레이드 131: 삽입 돌기
140: 지지대 150: 각도계
151: 눈금 153: 지시부재
155: 체결부재 200: 풍력 발전장치
210: 발전기 531: 힌지
d: 보조 블레이드의 기울어진 각도 e: 돌출편의 기울어진 각도
H: 힌지
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명은 예시적으로 수직축을 중심으로 회전하는 자이로밀(H-rotor, Gyromill)형 풍력 발전장치에 적용한 것으로 설명하지만 예컨대, 헬리컬 H-로터형, 다리우스형, 크로스플루형, 사보니우스형 등 다양한 형태의 풍력 발전장치에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 메인 블레이드(120)의 면 중에서 회전축(110)의 반경방향 외측에 위치된 면을 외측 면, 회전축(110)과 마주보는 방향에 위치된 면을 내측 면이라고 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 도시한 사시도이고, 도 2는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이며, 도 3은 도 2에 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 회전축(120)을 포함할 수 있다. 이 회전축(120)은 회전하여 하기에 설명될 발전기(210)를 구동시킬 수 있다. 그리고 회전축(120)은 발전기(210)의 구동축에 직접결합되거나 예컨대, 기어, 스프로킷, 풀리 등이 회전축(120)에 결합 되어 회전력을 전달하도록 연결될 수 있다.
한편, 회전축(110)은 지면에 대해 수직인 상태로 설치될 수 있다.
풍력 발전용 로터(rotor, 100)는 메인 블레이드(main blade, 120)를 포함할 수 있다. 이 메인 블레이드(120)는 바람이 부딪혀 양력 및 항력을 발생시키며, 회전축(110)의 동심원 상에 복수 개가 일정 간격 이격 되도록 위치될 수 있다. 한 실시예에서는 메인 블레이드(120)가 지면에 대해 수직인 상태로 설치되고, 메인 블레이드(120)의 내측 면이 회전축(110)을 바라보도록 회전축(110)을 중심으로 120° 간격으로 3개를 설치하였다.
메인 블레이드(120)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 단면의 형상이 유선형으로도 형성될 수 있다. 여기서, 메인 블레이드(120)의 단면이 유선형으로 형성될 때에는 메인 블레이드(120)의 중심선을 중심으로 내측 면과 외측 면이 동일한 곡면을 가지도록 형성될 수 있으며, 내측 면과 외측 면 중 어느 한 측면이 메인 블레이드(120)의 중앙을 향해 내측으로 굴곡지도록 형성될 수 있다.
한편, 한 실시예에서의 메인 블레이드(120)는 내측 면이 메인 블레이드의 내측으로 굴곡지도록 형성하였다. 메인 블레이드(120)의 내측 면 또는 외측 면이 굴곡지도록 형성함으로써, 바람의 접촉면적을 넓혀 항력 및 양력을 증대시킬 수 있다.
그리고 메인 블레이드(120)는 압출로 제작될 수 있으며, 경금속, 합성수지, 경질고무, 화이버(fiber) 복합재 또는 이들의 혼합재로 형성될 수 있다.
풍력 발전용 로터(100)는 보조 블레이드(130)를 포함할 수 있다. 이 보조 블레이드(130)는 가요성을 가지도록 형성되어 바람에 따라 유연하게 휘어질 수 있다. 보조 블레이드(130)가 가요성을 가짐으로써, 초기 기동풍속을 낮출 수 있다. 즉, 작은 바람으로도 쉽게 로터(100)를 회전시킬 수 있다.
한편, 보조 블레이드(130)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단에 결합될 수 있다. 이때, 보조 블레이드(130)의 상하 방향의 길이는 메인 블레이드(120)와 상하 방향의 길이와 동일하게 형성될 수 있으며, 보조 블레이드(130)를 평면에서 바라봤을 때, 보조 블레이드(130)의 외측 끝단으로 갈수록 그 두께가 동일하거나 점점 작아지도록 형성하여 바람에 따라 유연하게 휘도록 구성될 수 있다.
아울러, 메인 블레이드(120)의 끝단에 돌기 삽입홈(121)을 형성하고, 보조 블레이드(130)에는 삽입 돌기(131)를 형성하여 상기 돌기 삽입홈(121)에 삽입 돌기(131)가 삽입되는 형태로 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(130)가 결합될 수 있다.
그리고, 보조 블레이드(130)는 스프링 판재, 합성수지, 화이버(fiber) 복합재, 합성고무, 천연고무, 또는 이들의 복합재 등으로 제작되어 가요성을 가질 수 있으며, 보조 블레이드(130)에는 보조 블레이드(130)가 바람에 부딪혀 휘어질 때 발생되는 소음이 감소되도록 연질의 재료 예컨대, 합성수지, 합성고무, 천연고무, 우레탄, 실리콘 또는 이들의 복합물로 코팅될 수 있다.
풍력 발전용 로터(100)는 지지대(140)를 포함할 수 있다. 이 지지대(140)는 회전축(110)과 메인 블레이드(120)를 연결할 수 있다. 한편, 지지대(140)는 하나의 지지대(140)에 복수의 메인 블레이드(120)가 회전축(110)에 연결되는 형태 예컨대, 원판형상으로 형성된 지지대(140)에 복수 개의 메인 블레이드(120)가 결합되는 형태로 구성될 수 있으며, 복수 개의 지지대(140)가 각각의 메인 블레이드(120)를 회전축(110)에 연결하는 형태로도 구성될 수 있다.
그리고 지지대(140)는 단면 형상이 유선형으로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 바람의 저항을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 도 3은 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이 풍력 발전용 로터(100)에 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 보조 블레이드(130)는 바람에 따라 유연하게 휘어 초기 풍동을 낮추는 동시에 바람에 따라 최적의 항력과 양력을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 0°에서 3시 방향에 위치된 보조 블레이드(130)를 중심으로 0°일 때의 보조 블레이드(130)는 바람에 대해 저항을 받지 않도록 메인 블레이드(120)와 일직선상에 위치되고, 120°회전되었을 때의 보조 블레이드(130)는 바람이 부는 방향으로 휘어져 양력 및 항력을 증가시키는 동시에 회전하는 방향의 저항력을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 메인 블레이드(120)의 끝단에 보조 블레이드(130)를 설치함으로써, 바람과의 접촉면적을 넓혀 양력과 항력이 증대됨과 동시에 바람에 따라 보조 블레이드(130)가 휘어져 메인 블레이드(120)가 회전하는 방향의 바람의 저항력을 최소화시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제1 변형예를 도시한 사시도이고, 도 5는 제1 변형예의 보조 블레이드가 다양한 풍력 발전용 로터에 적용된 것을 나타내는 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 변형예에 따른 보조 블레이드(135)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 상하의 길이 방향으로 복수 개가 설치될 수 있다. 도 4의 (a)는 3개의 보조 블레이드를 설치한 사시도이고, 도 4의 (b)는 복수 개의 보조 블레이드를 설치한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(135)를 복수 개 설치함으로써, 길이가 길게 형성되는 메인 블레이드(120)에 예컨대, 높이에 따라 바람의 세기가 다를 경우나 난류의 바람에서도 각각의 보조 블레이드(130)가 높이에 따라 서로 다른 바람에 유연하게 휘어질 수 있도록 구성되어 풍력 발전용 로터(100)가 회전하는 방향의 저항을 최소화시키는 동시에 양력 및 항력을 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 변형예의 보조 블레이드(135)는 예컨대, 헬리컬 H-로터형, 다리우스형, 크로스플루형, 사보니우스형 등의 다양한 풍력 발전용 로터에 적용될 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제2 변형예를 도시한 확대도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 제2 변형예에 따른 보조 블레이드(230)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 내측 면에 결합될 수 있다. 한편, 제2 변형예의 보조 블레이드(230)는 상부에서 봤을 때, 메인 블레이드(120)의 끝단보다 더 연장되는 길이로 형성될 수 있다.
이렇게 구성된 보조 블레이드(230)는 메인 블레이드(120)가 바람과 마주보도록 위치되면 메인 블레이드(120)의 내주 면에 보조 블레이드(230)가 밀착되어 바람의 저항을 감소시키고, 메인 블레이드(120)가 바람을 등지는 경우에는 메인 블레이드(120)에서 보조 블레이드(230)가 벌어져 그 사이로 바람이 수용되어 항력과 양력을 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제3 변형예를 도시한 확대도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 제3 변형예에 따른 보조 블레이드(330)는 한 실시예에서의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 외측면에 결합될 수 있다.
한편, 제3 변형예의 보조 블레이드(330)는 상부에서 봤을 때, 메인 블레이드(120)의 끝단보다 더 연장되는 길이로 형성될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)는 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(330)가 결합되는 후방으로 절단된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 보조 블레이드(330)가 결합되는 메인 블레이드(120)의 후방 부분은 제거되고, 메인 블레이드(120)의 전방 부분만 형성되는 형태로 구성될 수 있다.
이렇게 구성된 보조 블레이드(330)를 구성하면 메인 블레이드(120)가 일부 절단된 상태로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 무게를 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 보조 블레이드(330)가 바람에 따라 유연하게 휘어 풍력 발전용 로터(100)가 회전하는 방향으로는 바람의 저항을 감소시키고, 측면으로는 보조 블레이드에 의해 양력과 항력을 증가시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제4 변형예를 도시한 확대도이고, 도 9는 도 8의 제4 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이 제4 변형예에 따른 보조 블레이드(430)는 한 실시예의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 양측 면에 한 쌍이 결합될 수 있다.
즉, 제4 변형예의 보조 블레이드(430)는 상부에서 바라봤을 때, 한 쌍의 보조 블레이드(430)가 메인 블레이드(120)의 내측 면과 외측 면에 서로 이격되도록 결합될 수 있다.
이때, 메인 블레이드(120)는 보조 블레이드(430)가 결합된 이후 즉, 보조 블레이드(430)에 의해 메인 블레이드(120)가 가려지는 부분이 절단되는 형태로 형성되어 풍력 발전용 로터(100)의 무게를 대폭 감소시킬 수 있다.
한편, 한 쌍의 보조 블레이드(430) 중 어느 하나의 보조 블레이드(430)는 그 길이가 상대적으로 짧게 형성되어 길이가 긴 보조 블레이드(430)가 짧은 길이의 보조 블레이드(430)보다 더 휘어지도록 구성될 수 있다.
제4 변형예에서의 보조 블레이드(430)는 메인 블레이드(120)의 내측 면에 위치된 보조 블레이드(430)의 길이를 더 짧게 형성하였다.
이렇게 구성된 제4 변형예에 따른 보조 블레이드(430)는 도 9에 도시된 바와 같이, 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 보조 블레이드(430)는 바람에 따라 유연하게 휘어 초기 풍동을 낮추는 동시에 바람에 따라 최적의 항력과 양력을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 0°에서 3시 방향에 위치된 보조 블레이드(430)를 중심으로 0°일 때의 보조 블레이드(430)는 바람에 대해 저항을 받지 않도록 메인 블레이드(120)와 일직선상에 위치되고, 120°회전되었을 때의 보조 블레이드(430)는 메인 블레이드(120)의 외측 면에 위치된 보조 블레이드(430)가 내측 면에 위치되는 보조 블레이드(430)보다 더 휘어지게 되어 끝단이 서로 맞닿는 형태로 익형 즉, 날개형상으로 형성됨으로써, 회전하는 방향의 저항력을 감소시키는 동시에 양력 및 항력을 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 보조 블레이드의 제5 변형예를 도시한 확대도이고, 도 11는 도 10의 제5 변형예에 따른 보조 블레이드가 적용된 풍력 발전용 로터의 작동 상태도로서, 풍력 발전용 로터가 0°부터 120°까지 30°도 간격으로 회전하는 모습을 나타낸다.
도 10에 도시된 바와 같이 제5 변형예에 따른 보조 블레이드(530)는 한 실시예의 보조 블레이드(130)와 동일한 구성을 가지나 다만, 메인 블레이드(120)의 외면에 복수 개의 보조 블레이드(530)가 결합될 수 있다.
제5 변형예의 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)의 상하 방향으로 길게 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어지도록 메인 블레이드(120)의 외면에 일정 간격 이격된 상태로 복수 개가 결합될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)의 내측 면 및 외측 면에 결합되는 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)의 동일한 끝단을 바라보도록 기울여져 결합되어 마치 물고기의 지느러미와 같은 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 보조 블레이드(530)의 기울어지는 각도는 메인 블레이드(120)의 외면에서 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 보조 블레이드(530)의 기울어진 각도(d)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 보조 블레이드(530)에 부딪치는 바람에 의해 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)에 쉽게 밀착되어 보조 블레이드(530)를 설치한 효과를 발휘할 수 없으며, 기울어진 각도(d)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 보조 블레이드(530)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
한편, 복수 개의 보조 블레이드(530)는 메인 블레이드(120)에 힌지(531)에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 이때, 각각의 보조 블레이드(530)의 끝단에는 힌지(531)가 일체로 형성되고, 메인 블레이드(120)에는 힌지(531)가 삽입되는 힌지 삽입홈(123)이 형성되며, 힌지 삽입홈(123)에 보조 블레이드(530)에 형성된 힌지(531)가 삽입되는 형태로 메인 블레이드(120)에 보조 블레이드(530)가 회동 가능하도록 결합될 수 있다.
이렇게 구성된 제5 변형예에 따른 보조 블레이드(530)는 도 11에 도시된 바와 같이, 일정한 방향에서 바람이 분다고 가정할 때, 메인 블레이드(120)가 바람을 등에 지도록 위치하면(도 10의 60°회전되었을 때의 9시 방향의 메인 블레이드 참조), 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)에서 펼쳐져 항력이 높아지므로 풍력 발전용 로터(100)의 회전력을 향상시키고, 메인 블레이드(120)가 바람과 마주보도록 위치되면(도 10의 0°또는 120°회전되었을 때의 3시 방향의 메인 블레이드 참조) 보조 블레이드(530)가 메인 블레이드(120)의 외면에 밀착되어 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 저항력을 감소시킬 수 있다.
*따라서, 메인 블레이드(120)와 등에 지는 바람인 경우, 바람의 접촉면적을 넓혀 양력과 항력이 증대되고, 메인 블레이드(120)와 마주보는 바람인 경우, 바람의 저항을 감소시켜 발전 효율을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터의 메인 블레이드를 확대한 확대도이다.
도 12에 도시된 바와 같이 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 한 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고 동일한 구성은 동일한 효과를 가지므로 그 상세한 설명을 생략한다.
다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)는 한 실시예와 동일한 구성을 가지고 다만, 메인 블레이드(120)에는 돌출편(128)이 더 형성될 수 있다.
이 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 끝단이 뾰족한 돌기 형상으로 돌출 형성될 수 있다. 한편 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면을 따라 상하 방향으로 길게 복수 개가 형성될 수 있으며, 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어지도록 형성될 수 있다.
한편, 메인 블레이드(120)에 돌출편(128)을 형성함으로써, 메인 블레이드(120)의 외면과 돌출편(128) 사이에 바람이 잔류되어 양력 및 항력을 증대시킬 수 있다.
이때, 돌출편(128)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 돌출편(128)의 기울어진 각도(e)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 돌출편(128)과 메인 블레이드(120)의 외면 사이에 잔류되는 바람의 양이 적어 돌출편(128)을 형성한 효과를 발휘할 수 없으며, 돌출편(128)의 기울어진 각도(e)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 돌출편(128)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
따라서, 돌출편(128)을 형성함으로써, 메인 블레이드(120)가 바람과 접촉되는 면적을 넓혀 양력과 항력을 증대시키는 동시에 메인 블레이드(120)와 돌출편(128)의 사이에 바람이 잔류되어 양력 및 항력을 더 증대시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전용 로터를 구성하는 메인 블레이드의 변형예를 도시한 확대도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 다른 실시예의 변형예에 따른 풍력 발전용 로터는 다른 실시예의 메인 블레이드(120)와 동일한 구성을 가지나 다만 메인 블레이드(120)와 돌출편(129)에 특징이 있다.
다른 실시예의 변형예에 따른 돌출편(129)과 메인 블레이드(120)는 판 형상으로 형성될 수 있으며, 판으로 형성된 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 기울어진 형태로 복수 개가 형성될 수 있다.
이때, 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)의 외면에서 메인 블레이드(120)의 끝단을 향해 5°~60°범위로 기울어져 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 돌출편(129)의 기울어진 각도(e)가 5°미만이면 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 돌출편(129)과 메인 블레이드(120)의 사이에 수용되는 바람이 양이 적어 돌출편(129)을 형성한 효과를 발휘할 수 없으며, 돌출편(129)의 기울어진 각도(e)가 60°를 초과하면, 풍력 발전용 로터(100)가 회전할 때 돌출편(129)에 의해 저항력이 높아져 발전 효율이 떨어진다.
한편, 돌출편(129)은 인접한 돌출편(129)과 서로 끝단을 서로 연결하였을 때, 전체적인 형상이 유선형으로 형성될 수 있으며, 돌출편(129)이 기울어진 반대방향의 끝단에 위치되는 돌출편(129)은 풍력 발전용 로터(100)의 회전 시 바람의 저항을 최소화하도록 원호형상으로 형성될 수 있다. 그리고 돌출편(129)은 메인 블레이드(120)와 일체로 형성될 수 있다.
따라서, 메인 블레이드(120)의 바람이 접촉되는 면적을 넓힐 뿐만 아니라 메인 블레이드(120)와 벌어진 돌출판(129)의 사이에 바람이 수용되어 양력 및 항력을 증대시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치를 도시한 사시도이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치의 각도계가 설치되는 부분을 확대한 확대도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전장치(200)는 발전기(210)를 포함한다. 이 발전기(210)는 회전력을 전기에너지로 변환하는 것으로서, 자석의 사이에서 구동축에 감긴 코일을 회전시키거나 코일 사이에서 구동축에 부착된 자석을 회전시켜 유도기전력에 의해 전기를 발생시킨다. 발전기(210)는 공지의 발전기가 사용될 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
한편, 풍력 발전장치(200)는 풍력 발전용 로터(100)를 포함할 수 있다. 이 풍력 발전용 로터(100)는 바람이 부딪혀 발생되는 양력 및 항력으로 발전기(210)를 회전시킬 수 있다. 한편, 풍력 발전용 로터(100)와 발전기(210)는 동력 전달부재 예컨대, 벨트나 체인으로 연결되어 발전기(210)를 구동시킬 수 있으며, 로터(100)가 발전기(210)에 직접결합되어 발전기(210)를 회전시키는 형태로 구성될 수 있다.
아울러, 풍력 발전용 로터(100)는 상기한 한 실시예와 다른 실시예 및 다양한 변형예의 풍력 발전용 로터(100)가 적용될 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다. 다만 본 발명에서는 한 실시예에 따른 풍력 발전용 로터(100)가 적용된 것으로 설명하고, 그 세부적으로 달라지는 구성만 설명한다.
풍력 발전장치(200)에서 풍력 발전용 로터(100)는 지지대(140)와 메인 블레이드(120)가 힌지(H)에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 이때, 메인 블레이드(120)에는 브래킷(125)이 결합되어 브래킷(125)과 지지대(140)가 힌지(H)에 의해 결합되는 형태로 메인 블레이드(120)가 지지대(140)에 회동가능하도록 결합될 수 있다..
풍력 발전장치(200)는 각도계(150)를 포함할 수 있다. 이 각도계(150)는 메인 블레이드(120)의 회동되는 각도를 표시할 수 있다. 한편, 각도계(150)는 일정 각도를 표시하는 눈금(151)과 눈금(151)을 가리키는 지시부재(153)를 포함할 수 있다. 이때, 눈금(151)은 지지대(140)와 메인 블레이드(120) 중 어느 하나에 형성되고, 다른 하나에는 지시부재(153)가 결합되는 형태로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 눈금(151)을 힌지(H)와 동심원 상에 위치되도록 브래킷(125)에 형성하고, 지시부재(153)는 브래킷(125)의 형성된 눈금(151)을 지시하도록 지지대(140)에 결합하였다.
한편, 지시부재(153)는 브래킷(125)의 상면에 위치된 상태로 체결부재(155)가 지시부재(153) 및 브래킷(125) 그리고, 지지대(140)을 차례로 관통하는 형태로 지시부재(153)와 브래킷(125)을 체결할 수 있다. 이때, 브래킷(125)에는 체결부재(155)가 관통되는 원호형상의 가이드 공(126)이 형성되며, 이 가이드 공(126)은 힌지의 동심원 상으로 형성될 수 있다.
따라서, 지시부재(153)가 지지대(140)와 체결되는 체결부재(155)의 체결력에 의해 지시부재(153)와 지지대(140)의 사이에 위치되는 브래킷(125)을 가압함으로써, 메인 블레이드(120)의 회동을 고정시킬 수 있다.
이렇게 구성된 풍력 발전장치(100)는 메인 블레이드(120)의 각도를 조절할 때에는 체결부재(155)를 완전히 제거하지 않은 상태에서 체결부재(155)가 브래킷(125)을 가압하는 가압력이 해제될 정도만 풀어 메인 블레이드(120)를 회동시키고, 반대로 메인 블레이드(120)를 고정시킬 때에는 체결부재(155)를 조여 지시부재(153)와 지지대(140)의 체결력으로 브래킷(135)을 가압하여 메인 블레이드(120)를 고정시킨다.
따라서, 각도계(150)를 이용하여 메인 블레이드(120)의 회동각도를 조절할 수 있어 메인 블레이드(120)의 미세한 각도 조절을 할 수 있으며, 지시부재(153)와 지지대(140)의 체결력으로 메인 블레이드(120)를 고정 및 고정을 해제하여 메인 블레이드(120)의 각도 조절이 용이하다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (20)

  1. 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축,
    상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드, 그리고
    각각의 상기 메인 블레이드에 결합되어 바람에 따라 휘어지는 보조 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드를 연장하는 형태로 상기 메인 블레이드의 끝단에 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 블레이드의 끝단에는 결합 홈이 형성되고, 상기 보조 블레이드의 끝단에는 결합 돌기가 형성되어 상기 결합 돌기가 상기 결합 홈에 결합되어 상기 메인 블레이드와 상기 보조 블레이드를 결합하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 외측 면에 결합되고 상기 블레이드의 끝단보다 더 길게 형성되는 풍력 발전용 로터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 내측 면에 결합되고 상기 블레이드의 끝단보다 더 길게 형성되는 풍력 발전용 로터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 메인 블레이드의 내측 면과 외측 면에 서로 마주보도록 한 쌍이 설치되어 바람에 따라 상기 보조 블레이드의 끝단이 서로 맞닿아 익형을 형성하는 풍력 발전용 로터.
  7. 제6항에 있어서,
    한 쌍의 상기 보조 블레이드는 서로 다른 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 길이방향으로 복수 개가 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드의 끝단을 향해 기울어지는 형태로 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보조 블레이드의 기울어진 각도는 메인 블레이드의 외면에서 5°~60°범위의 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 상기 메인 블레이드에 힌지에 의해 회동 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 끝단으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 보조 블레이드는 바람의 마찰 시 소음이 감소되도록 연질재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  14. 수직 또는 수평으로 위치되는 회전축, 그리고
    상기 회전축의 동심원 상에 등간격으로 이격되는 복수 개의 메인 블레이드를 포함하며,
    상기 메인 블레이드의 외면에는 상기 메인 블레이드의 끝단이 위치된 방향으로 기울어진 돌출편이 복수 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 메인 블레이드의 외면에서 5°~60°범위의 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 돌출편은 돌기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 메인 블레이드 및 상기 돌출편은 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 돌출편의 외측 단을 서로 연결하였을 경우 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 로터.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 로터,
    상기 로터의 회전력으로 구동되는 발전기를 포함하고,
    상기 로터는 상기 회전축과 상기 메인 블레이드를 연결하며 상기 메인 블레이드가 회동 가능하도록 힌지에 의해 결합되는 지지대가 더 구비되고,
    상기 지지대와 상기 메인 블레이드가 결합되는 부분에 상기 메인 블레이드의 회동 각도를 표시하는 각도계가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 메인 블레이드는 상기 메인 블레이드에 결합되어 상기 지지대와 상기 힌지에 의해 결합되는 브래킷을 더 포함하고,
    상기 각도계는 상기 브래킷 또는 상기 지지대 중 어느 하나에는 눈금이 형성되며, 다른 하나에는 상기 눈금을 지시하는 지시부재를 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
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