KR101483461B1

KR101483461B1 - 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기

Info

Publication number: KR101483461B1
Application number: KR20130159493A
Authority: KR
Inventors: 민영희
Original assignee: 민영희
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-01-21
Also published as: US20150078897A1; CN104271945A; KR20140083883A; CN104271945B; US9605655B2

Abstract

본 발명, 상,하부지지암에 대한 회전블레이드의 각도조절을 통해 발전효율이 극대화될 수 있도록 한 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기는, 회전블레이드에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용되도록 회전블레이드의 각도가 조절됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 정회전이 발생되도록 회전블레이드의 각도가 조절되어 정회전 풍력이 작용하는 회전각도범위가 최대화되고 회전블레이드에 역회전 풍력이 가해지는 회전각도범위가 최소화되도록 구성된다.

Description

회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기{VERTICAL-AXIS TYPE WIND POWER GENERATOR ADJUSTED BLADE ANGLE}

본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 회전블레이드에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 정회전이 발생될 수 있도록 상,하부지지암에 대한 회전블레이드의 각도가 조절됨에 따라 발전효율이 극대화될 수 있도록 한 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 주축의 설치 방법에 따라 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기로 크게 구분된다.

수평축 풍력발전기는 수평축에 회전블레이드가 설치되는 프로펠러 형상의 풍력발전기로, 정격출력을 위한 풍속이 6 내지 15 m/s가 되어야 하지만, 우리나라에서는 대부분 풍속이 낮아 제주도나 대관령 등과 같이 풍속이 높은 특정 지역을 제외하고는 발전효율이 떨어져 설치가 불가능하다.

우리나라의 내륙 및 해안의 대부분 지역은 풍속이 2 내지 5 m/s 정도로 낮은 저풍속 지역에 속하는데, 이러한 저풍속 지역에서는 풍향에 관계없이 일정하게 풍력발전이 이루어질 수 있도록 수직축에 회전블레이드가 설치된 수직축 발전기가 사용하고 있다.

그러나, 수직축 풍력발전기에 사용되는 회전블레이드는 주축을 중심으로 회전가능하게 설치된 회전체의 지지암 상에 고정되어 있기 때문에, 회전블레이드가 회전체의 회전에 따라 주축을 중심으로 한 공전운동은 가능하지만 회전체의 지지암 상에서 자전운동은 하지 못함에 따라, 회전블레이드는 주축을 중심으로 한 공전운동에 따라 정회전 풍속을 받을 때도 있지만 풍력을 전혀 받지 못하여 주축에 회전력을 전달하지 못할 수도 있고 역회전 풍력을 받기도 하여 오히려 풍력발전효율을 저해하기도 하는 문제점이 있다.

또한, 유선형 날개 형상의 회전블레이드가 사용되는 경우에는 풍향에 대항하는 유선형 날개의 오목부만 풍력을 받을 수 있어 풍력의 절반만 이용할 뿐이며, 풍향에 대항하는 유선형 날개의 볼록부에 바람의 저항이 많이 발생되는 문제점이 있고, 풍문형 블레이드가 사용되는 경우에는 역회전 쪽의 풍문이 열려 바람의 저항을 줄일 수 있으나 회전에 필요한 풍력은 개방된 풍문을 제외한 부분만 작용하므로 풍력발전효율이 떨어지는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 수직축 풍력발전기의 일 예로, 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0015237호(2011.02.15 공개)에는 풍향계의 회전력을 이용하여 회전 블레이드의 방향을 조절하기 위한 수직축 풍력발전기에 있어서, 풍향계와, 상기 풍향계의 풍향에 의한 회전각도를 감지하기 위한 센서와, 상기 센서의 감지신호에 따라 회전력을 전달하기 위한 동력발생수단과, 상기 센서의 회전각도 감지신호를 수신하여 상기 동력발생수단의 구동을 제어하기 위한 제어부와, 상기 동력발생수단의 발생 동력에 따른 회전을 하는 제 1 베벨기어와, 상기 제 1 베벨기어에 치합되는 소정 비율의 제 1 유성기어와, 상기 제 1 유성기어와 소정길이의 축으로 연결되는 제 2 유성기어와, 상기 제 2 유성기어에 치합되는 소정 비율의 제 2 베벨기어와, 상기 제 2 베벨기어의 축에 고정되는 소정길이의 회전 블레이드를 포함하고, 상기 풍향계의 풍향의 변화에 따른 회전력을 상기 회전 블레이드에 전달하여 풍향의 변화에 따른 상기 회전블레이드의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기의 회전블레이드 방향조절장치가 개시되어 있다.

그러나 전술한 바와 같은 종래의 수직축 풍력발전기의 경우에는 주축을 중심으로 한 공전운동시에 회전블레이드를 일정한 속도로만 회전(자전)시킴에 따라 회전블레이드에 정회전 풍력이 최대로 작용됨과 동시에 역회전 풍력이 최소로 작용되도록 하는데 한계가 있었다.

또한 전술한 바와 같은 종래의 수직축 풍력발전기의 경우에는 풍속이 낮을 경우에 발전이 제대로 이루어질 수 없을 뿐만 아니라 풍속이 너무 강할 때에는 과도한 회전으로 인해 파손이나 고장의 우려가 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 과제는, 상,하부지지암에 대한 회전블레이드의 각도조절을 통해 발전효율이 극대화될 수 있도록 한 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는, 강풍에 의한 파손이나 고장이 방지될 수 있도록 한 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 과제는, 회전블레이드에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용되도록 회전블레이드의 각도가 조절됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 정회전이 발생되도록 회전블레이드의 각도가 조절되어 정회전 풍력이 작용하는 회전각도범위가 최대화되고 회전블레이드에 역회전 풍력이 가해지는 회전각도범위가 최소화되도록 구성된 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기를 제공함에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 의하면, 반시계방향으로 225도에서 315도 각도범위에서는 회전블레이드에 정회전 풍력이 최대로 작용되도록 회전블레이드가 풍향에 대해 수직으로 조절됨과 동시에 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위에서는 역회전 풍력이 최소로 작용되도록 회전블레이드가 풍향과 일치되게 조절되어 발전효율이 극대화될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 의하면, 반시계방향으로 135도에서 225도 각도범위에서는 135도에서의 회전블레이드의 각도 상태가 그대로 유지됨에 따라, 통상적으로 회전블레이드에 역회전 풍력이 가해지는 135도에서 180도 각도범위에서도 회전블레이드가 정회전 풍력을 받게 되고, 반시계방향으로 315도에서 45도 각도범위에서는 315도에서의 회전블레이드의 각도 상태가 그대로 유지됨에 따라, 통상적으로 회전블레이드에 역회전 풍력이 가해지는 0도에서 45도 각도범위에서도 회전블레이드가 정회전으로 회전하도록 풍력을 받게 됨에 따라, 실제 회전블레이드에 정회전 풍력이 가해지는 각도범위가 최대화됨과 동시에 회전블레이드에 역회전 풍력이 가해지는 각도범위가 최소화됨으로써 발전효율이 극대화될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 의하면, 회전블레이드 상에 풍문이 개폐가능하게 설치됨에 따라, 풍속이 너무 강할 경우에는 풍문이 개방되어 적정 회전속도로 조절될 수 있어, 강풍에 의한 파손이나 고장이 방지될 수 있으며, 풍속이 약할 경우에는 풍문이 폐쇄되어 적정 회전속도로 조절될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 제 1 , 제 2 및 제 3 각도조절수단의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 제 1 , 제 2 및 제 3 각도조절수단의 개략작동구성도.
도 5는 다른 실시예의 제 1 각도조절수단을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기의 단면도.
도 6은 다른 실시예의 제 1 각도조절수단을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 제 1, 제 2 및 제 3 각도조절수단의 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 회전블레이드의 풍문의 작동구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 제 1, 제 2 및 제 3 각도조절수단에 의한 회전블레이드의 각도조절작동을 설명하는 평면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기의 사시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기의 측면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 풍향키용 지지암박스의 하부지지구조도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 회전블레이드의 구조도
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 단일각도조절수단의 사시도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 회전블레이드의 풍문의 작동구성도.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기에 있어서, 단일각도조절수단에 의한 회전블레이드의 각도조절작동을 설명하는 평면도.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)는, 회전블레이드(30)에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 회전블레이드(30)의 정회전이 발생될 수 있도록 상,하부지지암(21, 23)에 대한 회전블레이드(30)의 각도가 조절됨에 따라 발전효율이 극대화될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 1 내지 도 8에 도시되는 바와 같이, 수직으로 연장되는 주축(10)과, 주축(10)에 서로 이격되어 결합되는 상,하부지지암(21, 23)을 구비하는 지지암박스(20)와, 지지암박스(20)의 상,하부지지암(21, 23)에 중심축(31)이 회전가능하게 결합되는 회전블레이드(30)와, 주축(10) 중 지지암박스(20)의 상하위치에 각각 결합되는 풍향키용 상,하부지지암(40a, 40b)과, 풍향키용 상,하부지지암(40a, 40b)에 걸쳐 결합되는 풍향키(50)와, 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에 설치되고 지지암박스(20)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(30)를 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 풍향에 일치되도록 하고 지지암박스(20)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(30)를 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 풍향에 수직이 되도록 하는 제 1 각도조절수단(60, 60')과, 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에 설치되고 지지암박스(20)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(21, 23)에 대한 회전블레이드(30)의 각도를 135도에서의 각도 상태로 유지시키는 제 2 각도조절수단(70)과, 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에 설치되고 지지암박스(20)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(21, 23)에 대한 회전블레이드(30)의 각도를 315도에서의 각도 상태로 유지시키는 제 3 각도조절수단(80)을 포함한다.

여기서, 0도는 풍향키(50)가 향하는 방향을 기준으로 함을 밝혀둔다.

주축(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)의 주 회전축을 형성하는 것으로, 수직방향으로 회전가능하게 설치된다. 이러한 주축의 구성은 종래의 수직축 풍력발전기와 동일하므로 여기서는 명세서의 간략화를 위해 상세설명은 생략하기로 한다.

전술한 주축(10)에는 지지암박스(20)가 결합되는데, 이 지지암박스(20)는 차후에 설명될 회전블레이드(30)를 회전가능하게 지지하는 것으로, 주축(10)에 결합되는 중심허브의 상단에는 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 상단이 회전가능하게 결합되는 상부지지암(21)이 일정각도간격으로 방사상으로 연장되고, 하단에는 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 하측이 회전가능하게 관통결합되는 다수의 하부지지암(23)이 상부지지암(21)에 각각 대응되게 일정각도간격으로 방사상으로 연장된다. 상,하부지지암은(21, 23)는 실시예에 따라 각각 1개의 판형으로도 형성될 수 있다.

전술한 지지암박스(20)의 상,하부지지암(21, 23)에는 회전블레이드(30)가 결합되는데, 이 회전블레이드(30)는 실제 지지암박스(20)가 주축(10)을 중심으로 회전하도록 바람의 힘을 회전력으로 변경하는 역할을 하는 것으로, 수직으로 연장되는 중심축(31)의 상단은 상부지지암(21)에 회전가능하게 결합되고, 중심축의 하측은 하부지지암(23)을 관통하여 회전가능하게 결합된다.

또한 도 1에 도시되는 바와 같이 회전블레이드(30)의 양면의 형상은 경량화와 함께 바람의 영향이 최대로 작용될 수 있도록 오목한 홈부로 형성되고 회전블레이드(30)의 내외측 가장자리의 형상은 바람의 영향이 최소화될 수 있도록 삼각경사면으로 형성되는 것이 바람직하며 실시예에 따라 원통형으로도 형성될 수 있다.

또한 회전블레이드(30)에는 풍속이 너무 강할 경우라 하더라도 바람을 작용하는 면적을 조절하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)가 적정 회전속도로 회전되도록 개폐가능한 풍문(37)이 구비되는 것이 바람직한데, 이를 위해 회전블레이드(30)는 도 9에 도시되는 바와 같이 블레이드프레임(33)과, 블레이드프레임(33)에 이격되어 설치되는 수평회전축(35)과, 수평회전축(35)에 일체로 설치되어 수평회전축(35)의 회전에 따라 개폐되는 풍문(37)과, 블레이드프레임(33)에 설치되고 수평회전축(35)을 회전시켜 풍문(37)을 개폐시키는 풍문개폐수단(39)을 포함한다.

또한 풍문(37)은 도 7 및 도 7의 확대도에 도시되는 바와 같이 중앙을 기준으로 상하부에 각각 2개가 서로 연접되게 배열되고 서로 연접되는 상하단 가장자리에 서로 평면을 유지하면서도 기밀적으로 맞물려지도록 서로 대응되는 연접결합부를 가지는 것이 바람직하다.

또한 풍문개폐수단(39)은 도 7의 확대도에 도시되는 바와 같이 블레이드프레임에 설치되는 구동모터(39a)와, 구동모터(39a)에 연동회전되는 구동기어(39b)와, 구동기어(39b)가 일체로 설치되고 블레이드프레임(33)에 회전가능하게 설치되며 제 1 전동기어(39d)가 일체로 설치되는 구동기어축(39c)과, 수평회전축(35)의 단부에 일체로 설치되는 제 2 전동기어(39e)와, 제 1 및 제 2 전동기어(39d)를 구동연결하는 전동체인(39f)을 포함한다. 구동모터(39)의 축의 상부를 향해 연장되고 구동모터(39)의 축에는 웜기어가 구비되며 이 때 구동기어(39b)는 웜기어에 맞물려지는 헬리컬기어로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 풍문개폐수단(39)은 도 7에 도시된 구성 이외에 각각의 풍문(37)을 개별적인 구동모터로 개폐구동시킬 수 있으며, 그 외 다양한 회전구동유닛에 의해 개폐구동될 수 있다.

전술한 주축(10) 중 지지암박스(20)의 상하위치에는 풍향키용 상,하부지지암(40a, 40b)이 결합되는데, 이 풍향키용 상,하부지지암(40a, 40b)은 한편으로는 주축(10)을 회전가능하게 지지하고 다른 한편으로는 차후에 설명될 풍향키(50)의 고정프레임을 형성하는 것으로, 이 풍향키용 상,하부지지암(40a, 40b)에 걸쳐 풍향키(50)가 결합된다.

풍향키용 하부지지암(40b)의 하부면 또는 풍향키용 상부지지암(40a)의 상부면에는 주축(10)과의 사이에 지지암박스(20)가 일정한 방향, 즉 반시계방향으로만 회전될 수 있도록 하는 일방향회전제한수단(25)이 구비되는 것이 바람직하며, 이러한 일방향회전제한수단(25)은 공지의 래칫기어와 래칫돌기의 조합 등으로 형성될 수 있다.

풍향키(50)는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)가 항상 바람의 방향을 향하도록 하는 역할을 하는 것으로, 이러한 풍향키(50)의 구성은 종래의 수직축 풍력발전기와 동일하게 다양한 형태로 형성될 수 있으므로, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 상세설명은 생략하기로 한다.

전술한 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에는 제 1 각도조절수단(60, 60')이 설치되는데, 이 제 1 각도조절수단(60, 60')은 지지암박스(20)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(30)를 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 항상 풍향에 일치되도록 하여 역회전 풍력이 최소로 작용될 수 있도록 하고 지지암박스(20)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(30)를 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 항상 풍향에 수직이 되도록 하여 정회전 풍력을 최대로 받도록 하는 역할을 한다.

제 1 각도조절수단(60)는 도 2 내지 도 4에 도시되는 바와 같이 풍향키용 하부지지암(40b) 상에서 주축(10) 둘레에 설치되고 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위 및 225도에서 315도의 각도범위까지 내측기어치(61a)가 형성되는 링기어(61)와, 지지암박스(20)의 하부지지암(23)에 회전가능하게 설치되는 기어축(62)과, 기어축(62)에 일체로 고정되고 링기어(61)의 내측에 위치되어 내측기어치(61a)와 선택적으로 맞물리는 평기어(63)와, 기어축(62)에 일체로 고정되는 제 1 전동기어(64)와, 회전블레이드(30)의 중심축(31)에 설치되는 제 2 전동기어(65)와, 제 1 및 제 2 전동기어(64, 65)를 전동연결하여 기어축(62)의 회전을 회전블레이드(30)의 중심축(31)으로 전달하는 전동체인(66)을 포함한다.

따라서 회전블레이드(30)에 풍력이 작용하여 지지암박스(20)가 회전될 때 지지암박스(20)의 하부지지암(23)에 회전가능하게 설치되는 기어축(62)도 함께 주축(10)을 중심으로 공전하게 되고 기어축(62)에 일체로 고정된 평기어(63)가 링기어(61)의 내측기어치(61a)와 선택적으로 맞물림에 따라 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위와 225도에서 315도의 각도범위에서만 기어축(62)이 자전하게 된다. 이 때 기어축(62)에 일체로 고정되는 제 1 전동기어(64)가 회전하게 되고 전동체인(66)에 의해 회전력이 전달되어 제 2 전동기어(65)가 회전블레이드(30)의 중심축(31)과 함께 회전되면서 회전블레이드(30)가 시계방향으로 지지암박스(20)의 회전각도와 동일하게 회전되면서 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위에서는 풍향과 항상 동일한 방향을 유지함에 따라 회전블레이드(30)에 역회전 풍력이 최소로 작용되고, 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위에서는 풍향에 대해 항상 수직방향을 유지함에 따라 회전블레이드(30)에 정회전 풍력이 최대로 받게 된다.

또한 링기어(61)의 내측기어치(61a)와 평기어(63)가 45도 및 225도 각도위치에서 각각 정확하게 맞물려질 수 있도록, 제 1 각도조절수단(60)은, 기어축(62) 상에서 평기어(63)의 상부에 고정설치되는 럭비공형 캠(67)과, 링기어(61)의 내측 중 내측기어치(61a)의 직전위치에 설치되고 럭비공형 캠(67)이 맞물려지는 원호형 캠가이드(68)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 평기어(63)는 럭비공형 캠(67)이 맞물려지는 원호형 캠가이드(68)에 의해 45도 각도위치 이전 및 225도 각도위치 이전부터 링기어(61)의 내측기어치(61a)와 맞물려질 수 있는 상태로 유지된다.

또한 다른 실시예로 제 1 각도조절수단(60')은, 도 5 및 도 6에 도시되는 바와 같이 풍향키용 하부지지암(40b) 상에서 주축(10) 둘레에 설치되고 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지와 225도에서 315도의 각도범위까지 상부면에 베벨기어치(61a')가 형성되는 중앙베벨기어(61')와, 회전블레이드(30)의 중심축(31)에 설치되는 블레이드축베벨기어(62')와, 하부지지암(23)의 하부면에 수평으로 회전가능하게 설치되고 양단에는 중앙베벨기어(61')와 블레이드축 베벨기어(62')와 각각 맞물리는 제 1 및 제 2 전동베벨기어(64')가 각각 설치되는 전동베벨기어축(63')을 포함한다.

따라서 회전블레이드(30)에 풍력이 작용하여 지지암박스(20)가 회전될 때 지지암박스(20)의 하부지지암(23)에 설치되는 전동베벨기어축(63')도 함께 주축(10)을 중심으로 공전하게 되고 전동베벨기어축(63')에 일체로 고정된 제 1 전동베벨기어(64')가 중앙베벨기어(61')의 베벨기어치(61a')와 선택적으로 맞물림에 따라 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위와 225도에서 315도 각도범위에서만 전동베벨기어축(63')이 회전하게 된다. 이 때 전동베벨기어축(63')에 일체로 고정되는 제 2 전동베벨기어(64')가 블레이드축베벨기어(62')와 맞물려져 회전하게 되고 이 때 블레이드축베벨기어(62')가 일체로 설치된 회전블레이드(30)의 중심축(31)이 함께 회전되면서 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위에서는 풍향과 항상 동일한 방향을 유지함에 따라 회전블레이드(30)에 역회전 풍력이 최소로 작용되고, 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위에서는 풍향에 대해 항상 수직방향을 유지함에 따라 회전블레이드(30)에 정회전 풍력이 최대로 받게 된다.

또한 제 1 전동베벨기어(64')와 중앙베벨기어(61')의 베벨기어치(61a')가 45도 각도위치와 225도 각도위치에서 정확하게 맞물려질 수 있도록, 제 1 각도조절수단(60')은, 중앙베벨기어(61')의 베벨기어치(61a')와 전동베벨기어축(63')의 제 1 전동베벨기어(64')가 정확하게 맞물려질 수 있도록, 풍향키용 하부지지암(40b) 상에서 중앙베벨기어(61')의 반경방향 외측에 설치되고 45도 각도위치의 직전과 225도 각도위치의 직전에 일정각도범위로 형성되는 원호형 캠가이드(65')와, 전동베벨기어축(63') 상에 설치되고 원호형 캠가이드(65')에 맞물리는 사각라운딩 캠(66')을 더 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 전동베벨기어(64')는 사각라운딩 캠(66')이 맞물려지는 원호형 캠가이드(65')에 의해 45도 및 225도 각도위치 이전부터 중앙베벨기어(61')의 베벨기어치(61a')와 맞물려질 수 있는 상태로 유지된다.

전술한 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에는 제 2 각도조절수단(70)이 또한 설치되는데, 이 제 2 각도조절수단(70)은 지지암박스(20)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(21, 23)에 대한 회전블레이드(30)의 각도를 135도의 각도상태로 유지시키는 역할을 하는 것으로, 풍향키용 하부지지암(40b) 상에 고정되어 주축(10) 둘레에 설치되고 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 형성되는 원호형 캠조종기(71)와, 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 하측에 고정설치되고 원호형 캠조종기(71)의 내측면에 맞물려지는 럭비공형 캠(73)을 포함한다.

또한 제 2 각도조절수단(70)의 럭비공형 캠(73)의 중앙 및 양단에는 원호형 캠조종기(71)에 대한 마찰감소를 위해 구름휠(73a)이 각각 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하고, 상기 구름휠(73a)의 표면은 소음감소를 위해 고무 또는 우레탄 재질로 코팅처리되거나 둘러싸여지는 것이 바람직하다.

따라서 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 하측에 고정설치되는 럭비공형 캠(73)이 원호형 캠조종기(71)의 내측에 맞물려지는 경우에는 럭비공형 캠(73)이 원호형 캠조종기(71)에 의해 회전이 제한됨에 따라 지지암박스(20)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(30)는 상,하부지지암(21, 23)에 대해 회전될 수 없게 된다. 이로 인해 회전블레이드(30)가 정회전 풍력을 받기 시작하는 지점(135도)에서 서서히 풍향에 대해 경사지는 각도를 이루게 되면서 최대의 풍력을 받게 된다.

전술한 지지암박스(20)의 하부지지암(23)과 풍향키용 하부지지암(40b) 사이에는 제 3 각도조절수단(80)이 설치되는데, 이 제 3 각도조절수단(80)는 지지암박스(20)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(21, 23)에 대한 회전블레이드(30)의 각도를 315도의 각도상태로 유지시키는 역할을 하는 것으로, 풍향키용 하부지지암(40b) 상에 고정되어 주축(10) 둘레에 설치되고 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 형성되는 원호형 캠조종기(81)와, 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 하측에 고정설치되고 원호형 캠조종기(81)의 내측면에 맞물려지는 럭비공형 캠(83)을 포함한다.

또한 제 3 각도조절수단(80)의 럭비공형 캠(83)의 중앙 및 양단에는 원호형 캠조종기(81)에 대한 마찰감소를 위한 구름휠(83a)이 각각 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하고, 구름휠(83a)의 표면은 소음감소를 위해 고무 또는 우레탄 재질로 코팅처리되거나 둘러싸여지는 것이 바람직하다.

전술한 제 2 각도조절수단(70)의 럭비공형 캠(73)과 제 3 각도조절수단(80)의 럭비공형 캠(83)의 설치를 위해 회전블레이드(30)의 중심축(31)의 하단은 하부지지암(23)을 관통하여 하부로 연장된다.

또한 각도범위에 따라 제 2 각도조절수단(70)과 제 3 각도조절수단(80)이 분리작동될 수 있도록, 도 2 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 제 2 각도조절수단(70)의 럭비공형 캠(73)은 회전블레이드(30)의 중심축(31) 상에서 제 3 각도조절수단(80)의 럭비공형 캠(83)의 하측에 위치됨과 동시에 제 2 각도조절수단(70)의 원호형 캠조종기(71)는 제 3 각도조절수단(80)의 원호형 캠조종기(81) 보다 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직하며, 실시예에 따라서는 그 반대로도 형성될 수 있다.

또한 주축(10)과 회전블레이드(30)의 중심축(31) 상에는 전원공급수단(90)이 구비되는 것이 바람직한데, 이 전원공급수단(90)은 풍문개폐수단(39) 등의 작동을 위한 전원을 제공하는 역할을 하는 것으로, 전기키판, 경첩판, 집전기 및 전기전달기 등의 공지의 전원공급부품의 조합으로 형성될 수 있다.

이하 전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)의 전체작동을 설명하면 다음과 같다:

우선, 지지암박스(20)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때에는 제 1 각도조절수단(60, 60')에 의해 회전블레이드(30)가 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전되어 풍향에 일치하는 방향으로 유지됨에 따라 역회전 풍력의 영향이 최소로 받게 된다.

또한 지지암박스(20)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때, 즉 역회전 풍력에서 정회전 풍력으로 전환되는 부분에는 회전블레이드(30)가 제 2 각도조절수단(70)에 의해 135도에서의 각도상태를 그대로 유지함에 따라, 회전블레이드(30)가 통상적으로 역회전 풍력을 받게 되는 135도에서 180도의 각도범위에서도 회전블레이드(30)가 역회전 풍력을 받는 것이 아니라 오히려 정회전 풍력을 받게 된다.

또한 지지암박스(20)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때에는 제 1 각도조절수단(60, 60')에 의해 회전블레이드(30)가 상,하부지지암(21, 23)에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전되어 항상 풍향에 대해 수직방향으로 유지됨으로써 정회전 풍력을 최대로 받게 된다.

또한 지지암박스(20)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때, 즉 정회전 풍력에서 역회전 풍력으로 전환되는 부분에는 회전블레이드(30)가 제 3 각도조절수단(80)에 의해 315도에서의 각도상태를 그대로 유지함에 따라, 회전블레이드(30)가 통상적으로 역회전 풍력을 받게 되는 0도에서 45도의 각도범위에서도 회전블레이드(30)가 역회전 풍력을 받는 것이 아니라 오히려 정회전 풍력을 받게 된다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1)의 경우에는 회전블레이드(30)에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용되도록 회전블레이드(30)의 각도가 조절됨과 동시에 회전블레이드(30)가 정회전 풍력을 받게 되는 각도범위가 최대화되고 역회전 풍력을 받게 되는 각도범위가 최소화됨에 따라 발전효율이 극대화된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')는, 회전블레이드(130)에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 회전블레이드(130)의 정회전이 발생될 수 있도록 상,하부지지암(121, 123)에 대한 회전블레이드(130)의 각도가 조절됨에 따라 발전효율이 극대화될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 9 내지 도 15에 도시되는 바와 같이, 수직으로 연장되는 주축(110)과, 주축(110)에 결합되는 상,하부지지암(121, 123)을 구비하는 지지암박스(120)와, 지지암박스(120)의 상,하부지지암(121, 123)에 중심축(131)이 회전가능하게 결합되는 회전블레이드(130)와, 주축(110) 중 지지암박스(120)의 상하위치에 각각 결합되는 풍향키용 상,하부지지암(140a, 140b)과, 풍향키용 상,하부지지암(140a, 140b)에 걸쳐 결합되는 풍향키(150)와, 지지암박스(120)의 하부지지암(123)과 풍향키용 하부지지암(140b) 사이 또는 지지암박스(120)의 상부지지암(121)과 풍향키용 상부지지암(140a) 사이에 설치되고 지지암박스(120)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(130)를 풍향에 일치되도록 하고 지지암박스(120)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(121, 123)에 대한 회전블레이드(130)의 각도를 135도의 각도 상태로 유지시키며 지지암박스(120)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(130)를 풍향에 수직이 되도록 하고 지지암박스(120)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(121, 123)에 대한 회전블레이드(130)의 각도를 315도의 각도 상태로 유지시키는 단일각도조절수단(160)을 포함한다.

여기서, 0도는 풍향키1(50)가 향하는 방향을 기준으로 함을 밝혀둔다.

주축(110)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')의 주 회전축을 형성하는 것으로, 수직방향으로 회전가능하게 설치된다. 이러한 주축의 구성은 종래의 수직축 풍력발전기와 동일하므로 여기서는 명세서의 간략화를 위해 상세설명은 생략하기로 한다.

전술한 주축(110)에는 지지암박스(120)가 결합되는데, 이 지지암박스(120)는 차후에 설명될 회전블레이드(130)를 회전가능하게 지지하는 것으로, 상단에는 주축(110)에 결합되고 회전블레이드(130)의 중심축(131)의 상단이 회전가능하게 결합되는 원판 형상의 상부지지암(121)과, 하단에는 주축(110)에 결합되고 회전블레이드(130)의 중심축(131)의 하측이 회전가능하게 관통결합되는 원판 형상의 하부지지암(123)을 포함하며, 상부지지암(121)과 하부지지암(123)은 연결봉(도시되지 않음)에 의해 일체로 연결된다.

전술한 지지암박스(120)의 상,하부지지암(121, 123)에는 회전블레이드(30)가 결합되는데, 이 회전블레이드(130)는 실제 지지암박스(120)가 주축(110)을 중심으로 회전하도록 바람의 힘을 회전력으로 변경하는 역할을 하는 것으로, 수직으로 연장되는 중심축(131)의 상단은 상부지지암(121)에 회전가능하게 결합되고, 중심축의 하측은 하부지지암(123)을 관통하여 회전가능하게 결합된다.

또한 도 9에 도시되는 바와 같이 회전블레이드(130)의 양면의 형상은 경량화와 함께 바람의 영향이 최대로 작용될 수 있도록 오목한 홈부로 형성되고 회전블레이드(130)의 내외측 가장자리의 형상은 바람의 영향이 최소화될 수 있도록 삼각경사면으로 형성되는 것이 바람직하나 원통형으로도 형성될 수 있다.

또한 회전블레이드(130)에는 풍속이 너무 강할 경우라 하더라도 바람을 작용하는 면적을 조절하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')가 적정 회전속도로 회전되도록 개폐가능한 풍문(137)이 구비되는 것이 바람직한데, 이를 위해 회전블레이드(130)는 도 12에 도시되는 바와 같이 블레이드프레임(133)과, 블레이드프레임(133)에 이격되어 설치되는 수평회전축(135)과, 수평회전축(135)에 일체로 설치되어 수평회전축(135)의 회전에 따라 개폐되는 풍문(137)과, 블레이드프레임(133)에 설치되고 수평회전축(135)을 회전시켜 풍문(137)을 개폐시키는 풍문개폐수단(139)을 포함한다.

또한 풍문(137)은 도 14 및 도 14의 확대도에 도시되는 바와 같이 중앙을 기준으로 상하부에 각각 2개가 서로 연접되게 배열되고 서로 연접되는 상하단 가장자리에 서로 평면을 유지하면서도 기밀적으로 맞물려지도록 서로 대응되는 연접결합부를 가지는 것이 바람직하다.

또한 풍문개폐수단(139)은 도 14의 확대도에 도시되는 바와 같이 블레이드프레임에 설치되는 구동모터(139a)와, 구동모터(139a)에 연동회전되는 구동기어(139b)와, 구동기어(139b)가 일체로 설치되고 블레이드프레임(133)에 회전가능하게 설치되며 제 1 전동기어(139d)가 일체로 설치되는 구동기어축(139c)과, 수평회전축(35)의 단부에 일체로 설치되는 제 2 전동기어(139e)와, 제 1 및 제 2 전동기어(39d)를 구동연결하는 전동체인(139f)을 포함한다. 구동모터(139)의 축의 상부를 향해 연장되고 구동모터(139)의 축에는 웜기어가 구비되며 이 때 구동기어(139b)는 웜기어에 맞물려지는 헬리컬기어로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 풍문개폐수단(139)은 도 14에 도시된 구성 이외에 각각의 풍문(137)을 개별적인 구동모터로 개폐구동시킬 수 있으며, 그 외 다양한 회전구동유닛에 의해 개폐구동될 수 있다.

전술한 주축(110) 중 지지암박스(120)의 상하위치에는 풍향키용 상,하부지지암(140a, 140b)이 결합되는데, 이 풍향키용 상,하부지지암(140a, 140b)은 한편으로는 주축(110)을 회전가능하게 지지하고 다른 한편으로는 차후에 설명될 풍향키(150)의 고정프레임을 형성하는 것으로, 이 풍향키용 상,하부지지암(140a, 140b)에 걸쳐 풍향키(150)가 결합된다.

풍향키(150)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')가 항상 바람의 방향을 향하도록 하는 역할을 하는 것으로, 이러한 풍향키(150)의 구성은 종래의 수직축 풍력발전기와 동일하게 다양한 형태로 형성될 수 있으므로, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 상세설명은 생략하기로 한다.

전술한 지지암박스(120)의 하부지지암(123)과 풍향키용 하부지지암(140b) 사이 또는 지지암박스(120)의 상부지지암(121)과 풍향키용 상부지지암(140a) 사이에 에는 단일각도조절수단(160)이 설치되는데, 이 단일각도조절수단(160)은 회전블레이드(130)에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용됨과 동시에 일부 각도범위에서는 역회전 풍력에 의해서도 회전블레이드(130)의 정회전이 발생될 수 있도록, 지지암박스(120)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(130)를 풍향에 일치되도록 하고 지지암박스(120)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(121, 123)에 대한 회전블레이드(130)의 각도를 135도의 각도 상태로 유지시키며 지지암박스(120)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 회전블레이드(130)를 풍향에 수직이 되도록 하고 지지암박스(120)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상,하부지지암(121, 123)에 대한 회전블레이드(130)의 각도를 315도의 각도 상태로 유지시키는 역할을 한다.

단일각도조절수단(160)은 지지암박스(120)의 하부지지암(123)과 풍향키용 하부지지암(140b) 사이에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 지지암박스(120)의 상부지지암(121)과 풍향키용 상부지지암(140a) 사이에 설치될 수 있음은 자명하다.

단일각도조절수단(160)은, 도 12 및 도 13에 도시되는 바와 같이 지지암박스(120)의 하부지지암(123)의 하부 또는 지지암박스(120)의 상부지지암(121)의 상부로 돌출되는 회전블레이드(130)의 중심축(131) 상에 설치되는 메인컨트롤바아(161)와, 메이컨트롤바아(161)의 양단부에 각각 결합되는 수평베어링(162)과, 풍향키용 하부지지암(140b)에 고정되고, 외주면에 의해 수평베어링(162)의 주행경로를 형성함과 동시에 반시계방향으로 90도 각도위치에서 외주면과 연통되는 내부 폐곡선로(163a)를 통해 수평베어링(162)의 주행경로를 형성하여, 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 외측에 위치되는 수평베어링(162)은 주축(110)을 중심으로 반시계방향으로 외주면을 따라 주행하다가 내부 폐곡선로(163a)로 진입하여 주행하며 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 내측에 위치되는 수평베어링(162)은 주축(110)을 중심으로 반시계방향으로 내부 폐곡선로(163a)를 따라 주행하다가 내부 폐곡선(163a)를 이탈하여 외주면을 따라 주행하도록 강제하는 메인 베어링주행가이드판(163)을 포함한다.

메인컨트롤바아(161)는 메인 베어링주행가이드판(163)에 의해 주행안내되는 2개의 수평베어링(162)이 이격 설치되는 부분으로 지지암박스(120)의 하부지지암(123)의 하부 또는 지지암박스(120)의 상부지지암(121)의 상부로 돌출되는 회전블레이드(130)의 중심축(131) 상에 일체로 고정된다. 메인컨트롤바아(161)는 회전블레이드(130)와 동일한 방향으로 연장되는 것으로 도시되어 있으나, 회전블레이드(130)에 대해 경사진 방향 또는 수직방향으로도 연장될 수도 있다.

수평베어링(162)은 메인 베어링주행가이드판(163)의 외주면 또는 내부 폐곡선로(163a)를 주행하면서 지지암박스(120)의 회전 각도범위에 따라 회전블레이드(130)의 각도가 조절될 수 있도록 하는 것으로, 메인컨트롤바아(161)에 대해 수직하는 축에 의해 메인컨트롤바아(161)의 양측 하부에 평행하게 배열된다. 수평베어링(162)은 마찰저항이 최소화되도록 주행휠 형상을 가지는 것이 바람직하고, 수평베어링(162)의 표면은 주행소음이 최소화되도록 고무 또는 우레탄 재질로 코팅처리되거나 둘러싸여지는 것이 바람직하다.

메인 베어링주행가이드판(163)의 형상은 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위에서는 회전블레이드(130)가 풍향에 일치되는 방향으로 유지되고 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위에서는 135도에서의 회전블레이드(130)의 각도 상태가 그대로 유지되며 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위에서는 회전블레이드(130)가 풍향에 대해 수직방향으로 유지되고 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위에서는 315도에서의 회전블레이드(130)의 각도 상태가 그대로 유지되도록 하여 메인컨트롤바아(161)의 양측의 수평베어링(162)의 주행경로를 추적하여 그 주행경로에 대응되게 외주면과 내부 폐곡선(163a)을 설계함으로써 결정된다.

전술한 단일각도조절수단(160)은, 메인컨트롤바(161)에 수직으로 연장되는 보조컨트롤바아(164)와, 보조컨트롤바아(164)의 양측 각각 결합되는 보조수평베어링(165)과, 베어링주행가이드판(163) 상에 반경방향으로 270도 각도위치에서부터 설치되어 회전블레이드(130)가 270도 각도위치에서 반시계방향으로 회전될 수 없도록 보조수평베어링(165)을 안내하는 내측 보조 베어링주행가이드판(166)을 더 포함한다.

보조컨트롤바아(164)는 메인컨트롤바(161)에 수직으로 교차되게 결합될 수도 있고, 메인컨트롤바(161)와 동일평면 상에 연장형성될 수도 있다.

보조수평베어링(165)은 270도 각도위치에서 내측 보조 베어링주행가이드판(166)을 따라 주행함에 따라 회전블레이드(130)가 270도 각도위치에서 반시계방향으로는 회전될 수 없고 오직 시계방향으로만 회전되도록 강제하는 것으로, 보조컨트롤바아(164)에 대해 수직하는 축에 의해 보조컨트롤바아(164)의 양측 하부에 평행하게 배열된다. 보조수평베어링(165)은 마찰저항이 최소화되도록 주행휠 형상을 가지는 것이 바람직하고, 수평베어링(165)의 표면은 주행소음이 최소화되도록 고무 또는 우레탄 재질로 코팅처리되거나 둘러싸여지는 것이 바람직하다.

또한 단일각도조절수단(160)은, 풍향키용 하부지지암(140b) 또는 풍향키용 상부지지암(140a) 상에서 메인 베어링주행가이판(163)의 일측에 고정되고 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 내측에 위치되는 수평베어링(162)이 메인 베어링주행가이판(163)의 내부 폐곡선로(163a)를 이탈하여 외주면을 따라 주행할 수 있도록 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 외측에 위치되는 수평베어링(162)의 주행을 강제하는 외측 보조 베어링주행가이드판(167)을 더 포함한다.

또한 주축(110)과 회전블레이드(130)의 중심축(131) 상에는 전원공급수단(190)이 구비되는 것이 바람직한데, 이 전원공급수단(190)은 풍문개폐수단(139) 등의 작동을 위한 전원을 제공하는 역할을 하는 것으로, 전기키판, 경첩판, 집전기 및 전기전달기 등의 공지의 전원공급부품의 조합으로 형성될 수 있다.

또한 도 10 내지 도 11에 도시되는 바와 같이 풍향키용 하부지지암(140b)의 하부에는 주축(110)에 일체로 결합되는 베이스플레이트(200)가 설치되고, 이 베이스플레이트(200)의 가장자리에는 풍향에 따라 풍향키용 하부지지암(140b)을 포함한 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')의 회전을 지지하는 다수의 지지베어링(201)이 설치되는 것이 바람직하다.

또한 베이스플레이트(200)에는 지지암박스(120)가 일정한 방향, 즉 반시계방향으로만 회전될 수 있도록 하는 일방향회전제한수단(203)이 공지의 래칫기어와 래칫돌기의 조합 등으로 형성될 수 있다.

이하 전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')의 전체작동을 설명하면 다음과 같다:

우선, 지지암박스(120)가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때에는 단일각도조절수단(160)에 의해 회전블레이드(130)가 풍향에 일치하는 방향으로 유지됨에 따라 역회전 풍력의 영향이 최소로 받게 된다.

또한 지지암박스(120)가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때, 즉 역회전 풍력에서 정회전 풍력으로 전환되는 부분에는 회전블레이드(130)가 단일각도조절수단(160)에 의해 135도에서의 각도상태를 그대로 유지함에 따라, 회전블레이드(130)가 통상적으로 역회전 풍력을 받게 되는 135도에서 180도의 각도범위에서도 회전블레이드(130)가 역회전 풍력을 받는 것이 아니라 오히려 정회전 풍력을 받게 된다.

또한 지지암박스(120)가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때에는 단일각도조절수단(160)에 의해 회전블레이드(130)가 항상 풍향에 대해 수직방향으로 유지됨으로써 정회전 풍력을 최대로 받게 된다.

또한 지지암박스(120)가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때, 즉 정회전 풍력에서 역회전 풍력으로 전환되는 부분에는 회전블레이드(130)가 단일각도조절수단(160)에 의해 315도에서의 각도상태를 그대로 유지함에 따라, 회전블레이드(130)가 통상적으로 역회전 풍력을 받게 되는 0도에서 45도의 각도범위에서도 회전블레이드(130)가 역회전 풍력을 받는 것이 아니라 오히려 정회전 풍력을 받게 된다.

따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기(1')의 경우에는 회전블레이드(130)에 정회전 풍력이 최대로 작용되고 역회전 풍력은 최소로 작용되도록 회전블레이드(130)의 각도가 조절됨과 동시에 회전블레이드(130)가 정회전 풍력을 받게 되는 각도범위가 최대화되고 역회전 풍력을 받게 되는 각도범위가 최소화됨에 따라 발전효율이 극대화된다.

1, 1' : 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기
10, 110 : 주축 20, 120 : 지지암박스
21, 121 : 상부지지암 23, 123 : 하부지지암
30, 130 : 회전블레이드 31, 131 : 중심축
37, 137 : 풍문 40a, 140a : 풍향키용 상부지지암
40b, 140b : 풍향키용 하부지지암 50, 150 : 풍향키
60, 60' : 제 1 각도조절수단 70 : 제 2 각도조절수단
80 : 제 3 각도조절수단 160 : 각도조절수단
90, 190 : 전원공급수단 161 : 메인컨트롤바
162 : 수평베어링 163 : 메인 베어링주행가이드판
164 : 보조컨트롤바 165 : 보조수평베어링
166 : 내측 보조 베어링주행가이드판 167 : 외측 보조 베어링주행가이드판

Claims

수직으로 연장되는 주축;
상기 주축에 서로 이격되어 결합되는 상,하부지지암을 구비하는 지지암박스;
상기 지지암박스의 상,하부지지암에 중심축이 회전가능하게 결합되는 회전블레이드;
상기 주축 중 상기 지지암박스의 상하위치에 각각 결합되는 풍향키용 상,하부지지암;
상기 풍향키용 상,하부지지암에 걸쳐 결합되는 풍향키;
상기 지지암박스의 하부지지암과 상기 풍향키용 하부지지암 사이에 설치되고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 상기 회전블레이드를 상기 상,하부지지암에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 풍향에 일치되도록 하고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 상기 회전블레이드를 상기 상,하부지지암에 대해 시계방향으로 동일각도만큼 회전시켜 풍향에 수직이 되도록 하는 제 1 각도조절수단;
상기 지지암박스의 하부지지암과 상기 풍향키용 하부지지암 사이에 설치되고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상기 상,하부지지암에 대한 상기 회전블레이드의 각도를 135도에서의 각도 상태로 유지시키는 제 2 각도조절수단; 및
상기 지지암박스의 하부지지암과 상기 풍향키용 하부지지암 사이에 설치되고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상기 상,하부지지암에 대한 상기 회전블레이드의 각도를 315도에서의 각도 상태로 유지시키는 제 3 각도조절수단을 포함하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 각도조절수단은, 상기 풍향키용 하부지지암 상에서 상기 주축 둘레에 설치되고 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위 및 225도에서 315도의 각도범위까지 내측기어치가 형성되는 링기어와, 상기 지지암박스의 하부지지암에 회전가능하게 설치되는 기어축과, 상기 기어축에 일체로 고정되고 상기 링기어의 내측에 위치되어 상기 내측기어치와 선택적으로 맞물리는 평기어와, 상기 기어축에 일체로 고정되는 제 1 전동기어와, 상기 회전블레이드의 중심축에 설치되는 제 2 전동기어와, 상기 제 1 및 제 2 전동기어를 전동연결하여 상기 기어축의 회전을 상기 회전블레이드의 중심축으로 전달하는 전동체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 2에 있어서,
상기 제 1 각도조절수단은, 상기 링기어의 내측기어치와 상기 평기어가 정확하게 맞물려질 수 있도록, 상기 기어축 상에서 상기 평기어의 상부에 고정설치되는 럭비공형 캠과, 상기 링기어의 내측 중 내측기어치의 직전위치에 설치되고 상기 럭비공형 캠이 맞물려지는 원호형 캠가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 각도조절수단은, 상기 풍향키용 하부지지암 상에서 상기 주축 둘레에 설치되고 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위 및 225도에서 315도의 각도범위까지 상부면에 베벨기어치가 형성되는 중앙베벨기어와, 상기 회전블레이드의 중심축에 설치되는 블레이드축베벨기어와, 상기 하부지지암의 하부면에 수평으로 회전가능하게 설치되고 양단에는 상기 중앙베벨기어와 상기 블레이드축 베벨기어와 각각 맞물리는 제 1 및 제 2 전동베벨기어가 각각 설치되는 전동베벨기어축을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 각도조절수단은, 상기 중앙베벨기어의 베벨기어치와 상기 전동베벨기어축의 제 1 전동베벨기어가 정확하게 맞물려질 수 있도록, 상기 풍향키용 하부지지암 상에서 상기 중앙베벨기어의 반경방향 외측에 설치되고 45도 각도위치의 직전 및 225도 각도위치의 직전에 일정각도범위로 형성되는 원호형 캠가이드와, 상기 전동베벨기어축 상에 설치되고 상기 원호형 캠가이드에 맞물리는 사각라운딩 캠을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1에 있어서,
상기 회전블레이드의 중심축의 하단은 상기 하부지지암을 관통하여 하부로 연장되는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제 2 각도조절수단은, 상기 풍향키용 하부지지암 상에 고정되어 상기 주축 둘레에 설치되고 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 형성되는 원호형 캠조종기와, 상기 회전블레이드의 중심축의 하측에 고정설치되고 상기 원호형 캠조종기의 내측면에 맞물려지는 럭비공형 캠을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 7에 있어서,
상기 제 3 각도조절수단은, 상기 풍향키용 하부지지암 상에 고정되어 상기 주축 둘레에 설치되고 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 형성되는 원호형 캠조종기와, 상기 회전블레이드의 중심축의 하측에 고정설치되고 상기 원호형 캠조종기의 내측면에 맞물려지는 럭비공형 캠을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 8에 있어서,
상기 제 2 각도조절수단의 럭비공형 캠과 제 3 각도조절수단의 럭비공형 캠의 중앙 및 양단에는 마찰감소를 위한 구름휠이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
수직으로 연장되는 주축;
상기 주축에 서로 이격되어 결합되는 상,하부지지암을 구비하는 지지암박스;
상기 지지암박스의 상,하부지지암에 중심축이 회전가능하게 결합되는 회전블레이드;
상기 주축 중 상기 지지암박스의 상하위치에 각각 결합되는 풍향키용 상,하부지지암;
상기 풍향키용 상,하부지지암에 걸쳐 결합되는 풍향키; 및
상기 지지암박스의 하부지지암과 상기 풍향키용 하부지지암 사이 또는 상기 지지암박스의 상부지지암과 상기 풍향키용 상부지지암 사이에 설치되고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 45도에서 135도의 각도범위까지 회전될 때 상기 회전블레이드를 풍향에 일치되도록 하고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 135도에서 225도의 각도범위까지 회전될 때 상기 상,하부지지암에 대한 상기 회전블레이드의 각도를 135도의 각도 상태로 유지시키며 상기 지지암박스가 반시계방향으로 225도에서 315도의 각도범위까지 회전될 때 상기 회전블레이드를 풍향에 수직이 되도록 하고 상기 지지암박스가 반시계방향으로 315도에서 45도의 각도범위까지 회전될 때 상기 상,하부지지암에 대한 상기 회전블레이드의 각도를 315도의 각도 상태로 유지시키는 단일각도조절수단;을 포함하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 10에 있어서,
상기 단일각도조절수단은, 상기 지지암박스의 하부지지암의 하부 또는 상기 지지암박스의 상부지지암의 상부로 돌출되는 상기 회전블레이드의 중심축 상에 설치되는 메인컨트롤바아와, 상기 메인컨트롤바아의 양단부에 각각 결합되는 수평베어링과, 상기 풍향키용 하부지지암 또는 상기 풍향키용 상부지지암에 고정되고, 외주면에 의해 상기 수평베어링의 주행경로를 형성함과 동시에 반시계방향으로 90도 각도위치에서 외주면과 연통되는 내부 폐곡선로를 통해 상기 수평베어링의 주행경로를 형성하며, 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 외측에 위치되는 상기 수평베어링은 상기 주축을 중심으로 반시계방향으로 외주면을 따라 주행하다가 상기 내부 폐곡선로로 진입하여 주행하며 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 내측에 위치되는 상기 수평베어링은 상기 주축을 중심으로 반시계방향으로 상기 내부 폐곡선로를 따라 주행하다가 상기 내부 폐곡선로를 이탈하여 외주면을 따라 주행하도록 강제하는 메인 베어링주행가이드판을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 11에 있어서,
상기 단일각도조절수단은, 상기 메인컨트롤바에 수직으로 연장되는 보조컨트롤바아와, 상기 보조컨트롤바아의 양측 각각 결합되는 보조수평베어링과, 상기 베어링주행가이드판 상에 반경방향으로 270도 각도위치에서부터 설치되어 상기 회전블레이드가 반시계방향으로 회전될 수 없도록 상기 보조수평베어링을 안내하는 내측 보조 베어링주행가이드판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 11에 있어서,
상기 단일각도조절수단은, 상기 풍향키용 하부지지암 또는 상기 풍향키용 상부지지암 상에서 상기 메인 베어링주행가이판의 일측에 고정되고 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 내측에 위치되는 상기 수평베어링이 상기 내부 폐곡선로를 이탈하여 외주면을 따라 주행할 수 있도록 반시계방향으로 270도 각도위치를 기준으로 외측에 위치되는 상기 수평베어링의 주행을 강제하는 외측 보조 베어링주행가이드판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1 또는 청구항 10에 있어서,
상기 회전블레이드는 블레이드프레임과, 상기 블레이드프레임에 이격되어 설치되는 수평회전축과, 상기 수평회전축에 일체로 설치되는 풍문과, 상기 블레이드프레임에 설치되고 상기 수평회전축을 회전시켜 상기 풍문을 개폐시키는 풍문개폐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 14에 있어서,
상기 풍문개폐수단은 상기 블레이드프레임에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터에 연동회전되는 구동기어와, 상기 구동기어가 일체로 설치되고 상기 블레이드프레임에 회전가능하게 설치되며, 제 1 전동기어가 일체로 설치되는 구동기어축과, 상기 수평회전축의 단부에 일체로 설치되는 제 2 전동기어와, 상기 제 1 및 제 2 전동기어를 구동연결하는 전동체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.
청구항 1 또는 청구항 10에 있어서,
상기 주축과 상기 회전블레이드의 중심축 상에는 전원공급수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 회전블레이드 각도조절식 수직축 풍력발전기.