[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20230038558A - 유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용 - Google Patents

유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용 Download PDF

Info

Publication number
KR20230038558A
KR20230038558A KR1020237005267A KR20237005267A KR20230038558A KR 20230038558 A KR20230038558 A KR 20230038558A KR 1020237005267 A KR1020237005267 A KR 1020237005267A KR 20237005267 A KR20237005267 A KR 20237005267A KR 20230038558 A KR20230038558 A KR 20230038558A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor blade
hub
gear
propeller
gearwheel
Prior art date
Application number
KR1020237005267A
Other languages
English (en)
Inventor
시바 라구람 프라사드 첸누파티
Original Assignee
시바 라구람 프라사드 첸누파티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 시바 라구람 프라사드 첸누파티 filed Critical 시바 라구람 프라사드 첸누파티
Publication of KR20230038558A publication Critical patent/KR20230038558A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
    • B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/006—Paddle wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30—Blade pitch-changing mechanisms
    • B64C11/32—Blade pitch-changing mechanisms mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/065—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation
    • F03B17/067—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation the cyclic relative movement being positively coupled to the movement of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/213—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Savonius type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/23—Geometry three-dimensional prismatic
    • F05B2250/232—Geometry three-dimensional prismatic conical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/70—Shape
    • F05B2250/72—Shape symmetric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/503—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/503—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears
    • F05B2260/5032—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears of the bevel or angled type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/75—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism not using auxiliary power sources, e.g. servos
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

본 발명은, 타이밍 기어(50)의 기준 기어휘일(51)에 작동 가능하게 직접 연결된 기어휘일(52)이 각각의 회전자 블레이드(30) 상에 배열되어 있고, 타이밍 기어(50)가 허브 기어(12)에 작동 가능하게 연결되어 있다는 사실에 의해, 일반적인 프로펠러와는 구별되며, 여기서 허브 기어(12)는 허브(10)의 회전운동의 각속도(ωn)를 감지하여 프로세싱하도록 구성되고, 기준 기어휘일(51) 및 타이밍 기어(50)의 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)은, 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 설계되는 신규한 유니버셜 프로펠러(1)에 관한 것이다. ωr / ωn =　1　±　(1/2)*(Srot / Sr), 여기서, Srot = 회전자 블레이드의 기어휘일의 크기, Sr = 기준 기어휘일의 크기. 본 발명은 특히 풍력 발전 설비, 수력 발전 설비, 또는 선박이나 항공기의 엔진에 사용하기에 적합하다.

Description

유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용
본 발명은 샤프트 상에 회전 가능하게 장착된 허브(hub)를 포함하는 신규한 유니버셜 프로펠러(universal propeller)에 관한 것으로서, 상기 허브 상에는 서로 대향하여 배열되는 2개의 회전자 블레이드, 또는 서로에 대해 별 모양(star configuration)으로 배열되는 적어도 3개의 회전자 블레이드가 제공되며, 상기 허브 상에서 각각의 회전자 블레이드는, 360°회전할 때 각각의 회전자 블레이드의 길이방향 축선이 직원뿔(right circular cone)의 외주면을 나타내는 방식으로, 그 길이방향 축선(longitudinal axis)의 단부에서 샤프트의 중심 축선에 대해 각도(α)로 배열되며, 상기 허브는 회전자 블레이드가 그 길이방향 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하는 타이밍 기어(timing gear)를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 유니버셜 프로펠러를 작동하기 위한 방법, 및 선호하는 사용에 관한 것이다.
프로펠러(라틴어 propellere 로부터 '추진하는'으로 유래됨)는, 일반적으로 샤프트 둘레에 방사방향으로(별의 형태로) 배열된 블레이드(이하에 회전자 블레이드로서 지칭됨)를 갖는 엔진의 기계요소이다.
유체역학 또는 공기역학에서, 프로펠러는 유체에 운동을 발생시키는 데 사용되며; 또는 이동하는 유체는 프로펠러를 구동시키는 데 사용된다. 유체의 운동에 대한 전형적인 응용분야는, 선박용 스크류-프로펠러로서 사용되는 프로펠러이다. 항공기의 경우, 프로펠러는 때때로 공기 스크류-프로펠러로서 지칭되며; 헬리콥터의 경우, 추진력은 리프팅 동작에 의해 지배되며, 이 경우에는 회전자(rotor)라는 용어가 사용된다. 이동하는 유체에 의해 구동되는 프로펠러의 전형적인 응용분야는, 추진 또는 양력(A)을 위해 전력을 발생시키는 대신에, 반대로 공기 흐름 또는 물 흐름으로부터 전력을 추출한다는 점을 제외하면, 동일한 원리에 따라 작동하는 풍력 발전 설비 또는 수력 발전 설비이다. 이러한 방식으로 사용되는 프로펠러는 리펠러(repeller)라고도 지칭된다.
풍력 발전 설비를 위한 최초의 프로펠러는 11세기로 거슬러 올라가며, 거의 1000년이 되었다. 심지어 현존의 수평 축선을 구비한 풍력 발전 설비(wind power installations with a horizontal axis)(HAWT)에서도, 풍력 에너지의 항력 성분(drag component)(W)이 손실되고, 공기 흐름으로부터 에너지를 발생시키는 데는 오직 양력 성분(A)만 사용된다. 특히, 전력을 증가시키기 위해, 회전자 직경이 점진적으로 커지는데, 그 이유는 원의 공식(circular formula)에 따라 회전자 블레이드 길이가 2배가 되면, 회전자 면적이 4배로 되기 때문이다. 1990년대 말까지 새롭게 세워진 설비의 직경은 일반적으로 50 미터 미만이었으며; 약 2003년 이후로, 직경은 일반적으로 60~90 미터였다. 2018년까지, 평균 회전자 직경은 118 m로, 그리고 평균 허브 높이는 132 m로 증가했다. 이런 발전의 단점으로는, 돌풍 또는 폭풍에 의해 유발되는 풍력 발전 설비의 손상 사고가 증가한다는 점이다.
이른바 사보니우스 회전자(Savonius rotor) 또는 수직 축선 풍력 발전 설비(vertical-axis wind power installations)(VAWT)는, HAWT 풍력 발전 설비에 비해 돌출 설계가 훨씬 적지만, 그러나 항력 성분(W)만 사용하고 있으며, 따라서 모든 양력 성분(A)이 낭비되고 있다.
작동 시, 많은 VAWT 설비는 특정 풍속, 이른바 시동 속도 또는 컷인(cut-in speed) 속도 이상에서만 비용-효율적으로 실행할 수 있다는 문제에 직면한다. 시동 속도 아래의 풍속에서, VAWT 설비는 예를 들어 회전자 블레이드의 피칭(pitching)을 위해 제어 전자장치 및 액추에이터와 함께 아이들 상태로 들어가서, 여전히 전력이 공급되어야만 하므로, 설비는 전력을 소비하는 것(power consumer)으로 된다. 이런 문제점을 해결하기 위해, EP 1 626 176 A2호에는, 그 수직으로 배열된 회전자 블레이드 상에, 태양 에너지를 상기 태양 에너지와는 상이한 형태의 에너지로, 바람직하게는 전기 에너지로 변환하기 위한 태양광 컨버터(solar converter)를 제공하는, 사보니우스 회전자와 유사한, 풍력 발전 설비가 알려져 있다. 태양광 컨버터에 의해 발생된 에너지는 낮은 풍속에서 설비를 유리하게 공급할 수 있으며, 이에 의해 시동 속도 아래에서도, 그 기재되어 있는 설비가 전력 그리드와는 독립적으로 작동될 수 있게 한다.
VAWT 설비의 경우 시동 속도 문제에 대한 가능한 대안적인 솔루션으로는, 바람 또는 유체의 흐름에 대해 회전자 블레이드의 최상의 가능한 정렬을 보장하는 것이다. 이를 위해 WO 2017/187 229 A1호에는 다중의 회전자 블레이드를 포함하는 VAWT 설비가 개시되어 있으며, 상기 회전자 블레이드는 한편으로는 주 수직 회전축선에 대해 30°- 60°각도를 이루고, 다른 한편으로는 개시된 설비의 공기역학적 효율을 유리하게 증가시키는 이른바 "2차 유도 흐름"을 발생시키도록 의도된 특수한 공기역학적 프로필을 갖는다. 이 경우 회전자 블레이드 자체는, 여기에 개시된 VAWT 설비의 허브에 견고하게 연결된다. 이와는 달리, US 4 355 956 A호에는, 마찬가지로 수직으로부터 각도를 이루지만 그러나 특별한 프로필이 아니라 그 재료 조성물을 특징으로 하는 회전자 블레이드를 갖는 VAWT 설비가 알려져 있다. 개시된 회전자 블레이드들은 유연한 재료로 생산되며, 따라서 어느 정도는 자체-트리밍되며, 즉 이들은 풍압 및 그 자체 복원력에 따라 어느 정도는 방향을 독립적으로 변경할 수 있다. 여기서도, 회전자 블레이드는 개시된 VAWT 설비의 허브에 견고하게 연결된다.
또한, US 2011/0 076 144 A1호 및 WO 2014/188 289 A1호에는, 터빈, 또는 프로펠러, 각각 바람 또는 유체의 흐름에 대해 그 회전자 블레이드의 기계적 정렬을 제공하는 장치가 알려져 있다. 마지막으로, CN 105 863 957 A호 및 GB 2 495 745 A호는 수직 회전축선에 대해 각도를 이루는 회전자 블레이드를 갖는 VAWT 설비를 개시하고 있으며, 여기서 회전자 블레이드의 영각(angle of attack)은 바람의 흐름과 어느 정도 기계적으로 정렬될 수도 있다. CN 105 863 957 A호는 회전자 블레이드의 영각을 변경하기 위해, 특히 전기 모터 또는 공압 구동부와 같은, 독립적인 구동부를 제공한다. 마지막으로, GB 2 495 745 A호는 이러한 목적을 위해 허브 상에 배열된 회전자 블레이드와 함께, 허브의 360°회전 중, 회전자 블레이드 자체를 허브에 대해 그 길이방향 축선을 중심으로 180°회전하도록 구성된 유성 기어(planetary gear)를 제공한다. 그러나 제공된 기어 구성은 중심의 고정형 기어휘일인 태양 기어에 대한 상기 회전자 블레이드에 연결된 기어휘일의 크기 비율을 2:1로 제한하며, 이는 매우 큰 기어 확장으로 신속히 이어지고, 따라서 불리하게도 회전자 블레이드의 개수가 증가되었을 때 치명적인 허브 크기로 이어진다. 어떤 경우에는, 허브 상에 단지 3개의 회전자 블레이드를 배열하는 것조차 종래 기술의 기어 설계에서 문제가 될 수 있는 소지가 있다.
이에 착안하여, 본 발명은 종래 기술을 개선한, 특히 통상적인 프로펠러 보다 더 콤팩트하고, 이와 동시에 가능한 한 많은 회전자 블레이드를 배열하는 것을 허용하고, 바람직하게는 양력(lift)(A) 및 항력(drag)(W) 성분 모두를 사용하고, 특히 바람직하게는 풍력 또는 수력에 의한 에너지 발생과 선박용이나 항공기용 구동부로서의 범용적인 사용에 모두 적합한 프로펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 유니버셜 프로펠러에 의해 달성된다. 개별적으로 또는 서로 조합하여 적용될 수 있는 추가적인 유리한 개선 및 발전이 종속항에 의해 제공된다.
본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러는, 타이밍 기어의 기준 기어휘일에 작동 가능하게 직접 연결된 기어휘일이 각각의 회전자 블레이드 상에 배열되어 있고, 상기 타이밍 기어가 허브 기어에 작동 가능하게 연결되어 있다는 사실에 의해, 일반적인 프로펠러와는 구별되며, 여기서 상기 허브 기어는 허브의 회전운동의 각속도(ωn)를 감지하여 프로세싱하도록 구성되고, 상기 기준 기어휘일 및 상기 타이밍 기어의 회전자 블레이드의 기어휘일은, 허브의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 상기 기준 기어휘일의 각속도(ωr)의 비율이 아래와 같은 방식으로 설계된다. ωr / ωn =　1　±　(1/2)*(Srot / Sr), 여기서, Srot = 회전자 블레이드의 기어휘일의 크기, Sr = 기준 기어휘일의 크기.
특히 이 경우에, 기어휘일의 반경, 직경 및/또는 톱니수는, 각각의 기어휘일의 크기를 결정하기 위한 파라미터로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 문맥에서, "기어휘일"이라는 용어는 매우 다양한 형상 및 재료의 가시적으로 구현된 톱니를 구비한 통상적인 기어휘일뿐만 아니라 이른바 "마찰 기어", 즉 서로 접촉하는 미끄러지지 않는(non-sliding) 기어휘일을 포함하는 것으로 인식되어야 하며, 이는 예를 들어 고무로 제조될 수 있으며 그리고 마찰 맞물림에 의해 서로 구동할 수 있다.
기준 기어휘일 및 위에 주어진 공식에 따라 설계된 타이밍 기어의 회전자 블레이드의 기어휘일의 결과로서, 종래 기술과는 달리, 기준 휘일과 타이밍 기어의 회전자 블레이드의 기어휘일 사이에 방향성 휘일을 제공하지 않고, 따라서 기준 기어휘일과 회전자 블레이드의 기어휘일 사이의 직접적인 작동 연결을 실현하는 것이 유리하게 가능하며, 이는 허브의 보다 콤팩트한 설계를 제공한다. 둘째로, 종래 기술과는 달리, 위에 주어진 공식에 따른 타이밍 기어와 허브 기어의 상호 작용은 타이밍 기어에 사용된 기어휘일, 즉 기준 기어휘일 및 상기 회전자 블레이드의 기어휘일에 관한 크기 사양의 생략을 유리하게 가능하게 하며, 이는 허브 상에 4개 이상의 회전자 블레이드의 배열을 허용할 뿐만 아니라 허브 설계를 콤팩트하고 견고하게 그리고 유연하게 한다. 따라서 본 발명에 따라 구성된 유니버셜 프로펠러의 허브 상에 실제로 배열되는 회전자 블레이드의 개수는, 각각의 적용, 특히 풍력 발전 설비, 수력 발전 설비 또는 선박용이나 항공기용 엔진에 유리하게 적용될 수 있다.
더욱이, 360°회전할 때 각각의 회전자 블레이드의 길이방향 축선이 직원뿔(right circular cone)의 외주면(peripheral surface)을 나타내기 때문에, 콤팩트하게 설계된 프로펠러가 제공되며, 각각의 회전자 블레이드는 직원뿔의 외주면을 따라 회전할 때 양력 성분(A)과 항력 성분(W) 모두를 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 제1 개선에 있어서, 기준 기어휘일은 타이밍 기어의 중심에 배열되어, 회전자 블레이드의 기어휘일에 의해 둘러싸일 수 있다. 이런 "내부 구성(inner configuration)"의 경우에, 기준 기어휘일 및 상기 회전자 블레이드의 기어휘일은, 허브의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 바람직하게 설계될 수 있다. ωr / ωn = 1 + (1/2)*(Srot / Sr), 여기서 Srot = 회전자 블레이드의 기어휘일의 크기, Sr = 기준 기어휘일의 크기. 상기 "내부 구성"은 기준 기어휘일 및 상기 회전자 블레이드의 기어휘일의 상이한 크기를 갖는 다양한 기어휘일 조합의 선택을 유리하게 제공하고, 그리고 다중의 회전자 블레이드가 허브 상에 배열되는 것을 허용하며, 또한 선택될 회전자 블레이드의 기어휘일에 대한 기준 기어휘일의 특정 크기 비율은, 본 발명에 따른 공식의 전술의 변형예에 따라 그리고 회전자 블레이드의 선택된 개수에 따라 결정될 수 있다. 이런 "내부 구성"에서는, 기준 기어휘일이 허브보다 더 빠르게 회전한다.
대안적으로, 본 발명의 개선에 있어서, 유성 휘일(planetary wheel), 링 기어(ring gear), 또는 크라운 휘일(crown wheel)로서 바람직하게 실현된 기준 기어휘일은 타이밍 기어의 중심 외측에 배열될 수 있으며, 그리고 회전자 블레이드의 기어휘일을 둘러쌀 수 있다. 이런 "외부 구성(outer configuration)"의 경우, 기준 기어휘일 및 상기 회전자 블레이드의 기어휘일은, 허브의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일의 각속도(ωr)의 비율이 아래와 같은 방식으로 바람직하게 설계될 수 있다. ωr / ωn = 1 - (1/2)*(Srot / Sr), 여기서 Srot = 회전자 블레이드의 기어휘일의 크기, Sr = 기준 기어휘일의 크기. 이런 "외부 구성"은 회전자 블레이드의 개수 및 가능한 기어휘일 조합과 관련하여 "내부 구성"만큼 유연하지만, 그러나 기어휘일의 더 적은 마모 또는 더 적은 소모로도 나타난다. 본 발명에 따른 공식의 전술한 변형예에 따라, 상기 "외부 구성"의 기준 기어휘일은 허브보다 더 느리게 회전한다.
본 발명의 추가의 개선에 있어서, 각각의 회전자 블레이드의 길이방향 축선은 샤프트의 축선에 대해 30°내지 60°, 또는 35°내지 55°, 또는 40°내지 50°의 각도(α)로 배열될 수 있다. 본 발명에 따라, 양력 성분(A)과 항력 성분(W) 모두를 유리하게 최대로 사용하게 하는 45°에서의 배열이 바람직한 것으로 밝혀졌다.
이와 관련하여, 허브가 샤프트를 중심으로 회전할 때, 제1 전이점(transit point)(T1)에서 각각의 회전자 블레이드는 유니버셜 프로펠러에 관한 3차원 좌표계(x, y, z)의 직교 평면(x, z)과 정렬하는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 공기 흐름 또는 물 흐름과 바람직하게 직교하는 직교 평면과 회전자 블레이드의 정렬은, 항력 성분(W)을 그 (이론적인) 최대값으로 유리하게 사용한다.
이 경우, 제1 전이점(T1)에서, 각각의 회전자 블레이드의 길이방향 축선은 직교 평면(x, z) 내에서 최대 +/- 15°의 수직 편차를 가질 수 있다.
또한, 허브가 샤프트를 중심으로 회전할 때, 제3 전이점(T3)에서 각각의 회전자 블레이드가 유니버셜 프로펠러와 관련된 3차원 좌표계(x, y, z)의 수평 평면(x, y)과 정렬하는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는 공기 흐름 또는 물 흐름과 평행한 수평 평면과 회전자 블레이드의 정렬은, 그 (이론적인) 최대값에서 양력 성분(A)을 유리하게 사용한다.
이 경우, 제3 전이점(T3)에서, 각각의 회전자 블레이드의 길이방향 축선은 수평 평면(x, y)의 외측에서 최대 +/- 15°의 수평 편차를 가질 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 개선에서는, 각각의 회전자 블레이드가 적어도 부분적으로 2개의 실질적으로 평탄한 상부측을 갖는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다.
실질적으로 평탄한 상부측은, 태양 에너지로부터 추가적인 전력의 발생을 위해 태양 전지가 그 위에 배열되는 것을 유리하게 허용한다.
본 발명의 추가의 바람직한 개선에서는, 각각의 회전자 블레이드의 횡방향 엣지가 둥글거나 또는 원추형인 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 둥글거나 또는 원추형인 횡방향 엣지는, 항력 계수를 감소시키거나 최소화한다는 이점을 갖는다.
회전자 블레이드의 진동으로 인한 성능 저하를 방지하기 위해, 서로 인접하는 및/또는 서로 대향하는 회전자 블레이드가 케이블에 의해 서로 연결되는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 이 경우 케이블은 중심과 단부 사이에서, 바람직하게는 회전자 블레이드 팁(rotor blade tips)의 영역에서 또는 이에 인접하여 회전자 블레이드에 부착될 수 있다. 이러한 케이블은 회전자 블레이드에 추가적인 안정성, 지지, 및 강도를 유리하게 부여한다.
본 발명은 특히 샤프트의 중심 축선이 유니버셜 프로펠러와 관련된 장착 좌표계(X, Y, Z)의 수평(X)에 대해, 0°내지 360°, 바람직하게는 45°의 각도(ß)로 배열되는 장착 배열부에 적합하다. 각도(ß) = 45°에서의 배열은, 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러가 힐탑(hilltop) 상에, 경사진 또는 평탄한 루프(roof) 상에, 또는 심지어 빌딩 벽이나 이와 유사한 수직 평면 상에, 유리하게 장착될 수 있게 한다. 그러나 통상적인 마스트(mast) 장착 배열부의 경우에도, 샤프트의 중심 축선을 각도 β = 45°로 배열하면, 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러를 마스트로부터 멀리 장착할 수 있게 하며, 이에 의해 특히 알려진 HAWT 설비의 경우 강한 돌풍 또는 폭풍 중에 주기적으로 발생하는 바와 같은, 마스트의 회전자 블레이드의 손상 또는 파손을 유리하게 방지한다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 유니버셜 프로펠러의 작동 방법에 관한 것으로서, 여기서는 기어 메커니즘에 의해, 회전자 블레이드의 그 길이방향 축선 주위로의 회전이 원뿔의 외주면을 따라 상기 회전자 블레이드의 360°회전과 동기화되어 실시된다.
방법의 개선에 있어서, 그 길이방향 축선을 중심으로 회전자 블레이드의 회전 속도가 원뿔의 외주면을 따라 회전자 블레이드의 360°회전 속도의 절반인 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 따라서 회전자 블레이드의 원뿔의 외주면을 따른 회전 속도는, 허브 또는 유니버셜 프로펠러의 회전 속도와 전체적으로 동기화된다. 이와는 달리, 회전자 블레이드는 바람직하게는 원뿔의 외주면을 따라 회전자 블레이드의 360°회전 방향과는 반대로, 그 길이방향 축선을 중심으로 회전한다. 이는 원뿔의 외주면을 따라 360°회전할 때, 회전자 블레이드가 지속적으로 정렬되어, 최대 양력 성분(A) 또는 항력 성분(W)을 사용한다는 이점을 갖는다.
본 발명은, 특히 풍력 발전 설비, 수력 발전 설비, 또는 선박이나 항공기의 엔진에서의 사용과 같은 바람직한 용도에 적합하다.
본 발명의 추가의 세부사항 및 다른 이점은 바람직한 예시적인 실시예에 기초하여 이하에 기재되지만, 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 첨부된 도면과 함께 기재된다.
도 1은 유니버셜 프로펠러를 사시도로 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 유니버셜 프로펠러를 측면도로 도시하고 있다.
도 3은 예로서 선택된, 4개의 전이점(T1, T2, T3, T4)을 갖는 각각의 회전자 블레이드의 회전으로 인한 원뿔을 도시하고 있다.
도 4는 둥근 회전자 블레이드 팁을 구비한, 유니버셜 프로펠러를 측면도로 도시하고 있다.
도 5는 가능한 회전자 블레이드 프로필의 개요를 도시하고 있다.
도 6 내지 18은 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러의 다양한 장착 상황 및 특정 적용을 도시하고 있다.
도 19는 종래 기술의 타이밍 기어의 예를 도시하고 있다.
도 20은 "내부 구성"에 타이밍 기어를 구비한 본 발명에 따른 프로펠러의 개선의 단면도를 도시하고 있다.
도 21은 "외부 구성"에 타이밍 기어를 구비한 본 발명에 따른 프로펠러의 개선의 단면도를 도시하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 기재에 있어서, 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1은 유니버셜 프로펠러(1)의 사시도를 도시하고 있다. 도시된 유니버셜 프로펠러(1)는 샤프트(20) 상에 회전 가능하게 장착되는 허브(10)를 포함한다. 허브(10) 상에는, 서로 대향으로 배열된 2개의 회전자 블레이드(30) 또는 서로에 대해 별 모양으로 배열되는 적어도 3개의 회전자 블레이드(30)가 제공된다. 별 모양으로 배열되는 4개의 회전자 블레이드(30)를 갖는 특히 바람직한 예시적인 실시예가 도시되어 있으며, 여기서는 본 발명에 따라, 각각의 회전자 블레이드(30)는 360°회전할 때 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)이 직원뿔(70)의 외주면(71)을 나타내는 방식으로, 그 길이방향 축선(31)의 단부에서, 샤프트(20)의 중심 축선(21)에 대해 각도(α)로 허브(10) 상에 배열된다.
도 2는 도 1의 유니버셜 프로펠러(1)를 측면도로 도시하고 있다. 360°회전할 때 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)이 직원뿔(70)의 외주면(71)을 나타낸다는 사실로 인해, 콤팩트하게 설계된 프로펠러(1)가 어떻게 제공되는지를 알 수 있으며, 각각의 회전자 블레이드(30)는 직원뿔의 외주면을 따라 회전할 때 양력 성분(A)과 항력 성분(W)(굵게 화살표로 표시됨) 모두를 번갈아 사용할 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)은 샤프트(20)의 중심 축선(21)에 대해 30°내지 60°, 또는 35°내지 55°, 또는 40°내지 50°의 각도(α)로 배열될 수 있다. 본 발명에 따라, 도시된 바와 같이, 양력 성분(A)과 항력 성분(W) 모두를 유리하게 최대로 사용하는 45°배열이 바람직한 것으로 밝혀졌다.
이와 관련하여, 허브(10)가 샤프트(20)를 중심으로 회전할 때, 제1 전이점(T1)에서 각각의 회전자 블레이드(30)는 유니버셜 프로펠러(1)와 관련된 3차원 좌표계(x, y, z)의 직교 평면(x, z)과 정렬되는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 공기 흐름 또는 물 흐름과 바람직하게 직교하는 직교 평면과 회전자 블레이드(30)의 정렬은, 항력 성분(W)을 그 (이론적인) 최대값으로 유리하게 사용한다.
이 경우, 제1 전이점(T1)에서, 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)은 직교 평면(x, z) 내에서 최대 +/- 15°의 수직 편차를 가질 수 있다(도시되지 않음).
또한, 허브(10)가 샤프트(20)를 중심으로 회전할 때, 제3 전이점(T3)에서, 각각의 회전자 블레이드(30)는 유니버셜 프로펠러(1)와 관련된 3차원 좌표계(x, y, z)의 수평 평면(x, y)과 정렬되는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 공기 흐름 또는 물 흐름과 바람직하게 평행한 수평 평면과 회전자 블레이드(30)의 정렬은, 양력 성분(A)을 그 (이론적인) 최대값으로 유리하게 사용한다.
이 경우, 제3 전이점(T3)에서 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)은 수평 평면(x, y)의 외측에서 최대 +/- 15°의 수평 편차를 가질 수 있다(도시되지 않음).
회전자 블레이드(30)의 진동으로 인한 성능 저하를 방지하기 위해, 서로 인접하는 및/또는 서로 대향하는 회전자 블레이드(30)가 케이블(40)에 의해 서로 연결되는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 이 경우 케이블(40)은 중심과 단부 위치 사이에서, 바람직하게는 그 회전자 블레이드 팁(34)의 영역이나 이에 인접하여, 회전자 블레이드(30)에 부착될 수 있다. 이러한 케이블(40)은 회전자 블레이드(30)에 추가적인 안정성, 지지, 및 강도를 바람직하게 부여한다.
도 3은 예로서 선택된 4개의 전이점(T1, T2, T3, 및 T4)을 구비한, 각각의 회전자 블레이드(30)의 회전으로 인한 원뿔(70)을 도시하고 있다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 원뿔은 평면에 놓여 있는 제한적인 그리고 연속적인 표면 조각의 모든 점이 평면 외측의 꼭지점(72)에 직선으로 연결될 때 형성되는 기하학적 본체이다. 상기 표면 조각이 원형 디스크(73)인 경우라면, 여기서의 경우처럼, 상기 본체는 원뿔(70)로 지칭된다. 꼭지점(72)이 원형 디스크(73)와 직교하는 경우라면, 여기서의 경우처럼, 본체는 직원뿔(70)로 지칭된다. 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)의 경우, 꼭지점(72)은 허브(10)에 의해 형성된다.
유니버셜 프로펠러(1)의 이런 개선은, 회전자 블레이드(30)가 선택된 전이점(T1 내지 T4)을 통과할 때, 이들은 (적어도 이론적으로도) 아래의 항력(W) 및 양력(A) 값을 갖는다는 이점을 갖는다.
Figure pct00001
도 4는 둥근 회전자 블레이드 팁(34)을 구비한 유니버셜 프로펠러(1)의 측면도를 도시하고 있다. 각각의 회전자 블레이드(30)가, 적어도 부분적으로, 실질적으로 평탄한 2개의 상부측(32)을 갖는 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 실질적으로 평탄한 상부측(32)은, 태양 에너지(도시되지 않음)로부터 전력을 추가로 발생하기 위해, 태양 전지가 이들 위에 배열되는 것을 유리하게 허용한다. 또한 회전자 블레이드(30)가 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전될 수 있게 하는 타이밍 기어(50)(여기서는 기능적으로 정확한 방식으로 또는 실제 척도로 도시되지 않음)가 제공된다. 2개의 개선예에 기초한, 본 발명에 따른 타이밍 기어(50)의 보다 상세한 설명이 도 19 내지 21의 기재에서 찾을 수 있다.
전술한 바와 같은 유니버셜 프로펠러(1)를 작동시키는 방법은, 타이밍 기어(50)(도 4 및 도 8에서 기능적으로 정확한 방식으로 또는 실제 척도로 도시되지 않음)에 의해, 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전자 블레이드(30)의 회전은 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 회전자 블레이드(30)의 360°회전과 동기화되어 실시된다.
방법의 개선에 있어서, 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전자 블레이드(30)의 회전 속도가 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 회전자 블레이드의 360°회전 속도의 절반인 경우라면, 유용한 것으로 밝혀졌다. 따라서 원뿔(70)의 외주면(71)을 따른 회전자 블레이드(30)의 회전 속도는, 전체적으로 허브(10)의 또는 유니버셜 프로펠러(1)의 회전 속도와 동기화된다. 이와는 달리, 회전자 블레이드(30)는 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 회전자 블레이드(30)의 360°회전 방향과는 반대로 바람직하게 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전한다[회전자 블레이드(30)의 회전 방향 및 허브(10)의 회전 방향은 도 2에 대응의 화살표로 표시되어 있다]. 이는 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 360°회전할 때, 회전자 블레이드(30)가 최대 양력 성분(A) 또는 항력 성분(W)을 사용하도록 일정하게 정렬된다는 이점을 갖는다.
도 5는 바람직한 회전자 블레이드 프로필의 개요를 도시하고 있다. 여기서, 도 5a는 실질적으로 직사각형의 회전자 블레이드(30)를 도시하고 있다. 도 5b에 도시된 회전자 블레이드는, 둥근 횡방향 엣지(33)를 갖는다는 점에서 이와 상이하다. 이와는 달리, 도 5c는 유사하게 둥근 횡방향 엣지(33)를 구비한, 실질적으로 다이아몬드-형상의 회전자 블레이드(30)를 도시하고 있다. 마지막으로, 도 5d는 원추형의 횡방향 엣지(33)를 구비한, 실질적으로 타원형 프로필의 회전자 블레이드(30)를 도시하고 있다. 둥글거나 또는 원추형의 횡방향 엣지(33)는, 항력 계수를 감소시키거나 또는 최소화시키는 이점을 갖는다. 또한, 초 평탄(ultra flat) 회전자 블레이드(30)가 사용될 수도 있다. 도 5e 내지 도 5h는, 안정성을 위해 회전자 블레이드(30)의 중심에 및/또는 단부에 보강재(35)가 제공될 수 있는 다양한 실시예를 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5h에 도시된 회전자 블레이드(30)는 알려진 복합 섬유 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 특히 도 5e 내지 도 5h에 도시된 회전자 블레이드(30)의 경우에는, 보강재(35)에 의해 인장되는 직물 재료도 적합하다.
본 발명은 풍력 발전 설비(도 6 내지 9), 수력 발전 설비(도 10 내지 14) 또는 선박의 엔진(도 15) 또는 항공기(그림 16~18)에서의 사용과 같은 선호하는 사용에 특히 적합하다. 이 경우에 적합한 장착 배열은, 샤프트(20)의 중심 축선(21)이 수평에 대해 0°내지 360°, 바람직하게는 45°의 각도로 배열되는 것이다.
도 6은 탠덤 풍력 발전 설비의 일부로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다. 마스트(81)는, 유니버셜 프로펠러(1)와 관련된 장착 좌표계(X, Y, Z)의 수직(Z)을 따라 지면(80)으로부터 올라가 있음을 알 수 있다. 상기 마스트(81)는 전력을 발생하기 위해 2개의 발전기(60)를 운반하며, 이는 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)의 허브(10)에 의해 각각 구동된다. 이 경우, 샤프트(20)(도시되지 않음)의 중심 축선(21)은 수평(X)에 대해 바람직한 각도(ß) = 45°로 마스트(81)로부터 이격되어 배열된다. 하나 또는 그 이상의 타이밍 기어(50)(기능적으로 정확한 방식으로 또는 도 4 및 도 8에 실제의 척도로 도시되지 않음)는, 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전자 블레이드(30)의 회전, 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 회전자 블레이드(30)의 360°회전 및/또는 발전기(60)의 구동을 동기화되기 위해, 예를 들어 허브(10) 자체에(도 4 참조), 또는 허브(10)와 발전기(60) 사이에 제공될 수 있다.
도 7은 콰트로(quattro) 풍력 설비의 일부로서 4개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다. 유니버셜 프로펠러(1)는, 양력(A) 및 항력 성분(W)의 결과로서 마스트(81) 상에 작용하는 힘이 가능한 한 균형을 이루는 방식으로, 별 모양으로 그룹화된다는 것이 명백하다. 보다 상세한 사항은 도 6에 도시된 바와 같다.
도 8은 마스트(81) 상에 배열되는 것이 아니라 지면(80) 상에 배열되는 공통 발전기(60)가 타이밍 기어(50)를 통해 구동되는 탠덤 풍력 발전 설비의 일부로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다(여기서는 기능적으로 정확한 방식으로 또는 실제 척도로 도시되지 않음).
물론, 본 발명에 따른 단일 유니버셜 프로펠러(1)는 마스트(81)의 단부 상에, 특히 모바일 전화 마스트(도 9)의 단부에 배열될 수도 있다. 이 경우, 샤프트(20)(도시되지 않음)의 중심 축선(21)은, 마스트(81)의 단부에서, 수평(X)에 대해 바람직한 각도 β = 90°로 배열된다.
도 9a 내지 9c는 다양한 빌딩(82) 상의 개별 유니버셜 프로펠러(1)의 추가의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다.
도 9a에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)는 빌딩(82)의 정면(821) 상에 횡방향으로 배열될 수 있다. 이 경우, 샤프트(20)(도시되지 않음)의 중심 축선(21)은, 수평(X)에 대해 바람직한 각도 β = 45°로 빌딩(82)의 정면(821)으로부터 이격되어 배열된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)는 빌딩(82)의 경사진 지붕(822)(도 9b) 또는 평탄한 지붕(823)(도 9c) 상에 배열된 풍력 발전 설비의 일부일 수도 있다. 이 경우, 샤프트(20)(도시되지 않음)의 중심 축선(21)은 각각 빌딩(82)의 지붕(822 또는 823)에서 수평(X)에 대해 45°내지 90°의 바람직한 각도(β)로 배열된다.
도 10은 수력 발전 설비의 일부로서 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다. 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)가 수역(body of water)(83)의 베드(831)에 고정된 베어링(84)에 어떻게 배열될 수 있는지를 알 수 있다. 배열은, 도시된 전이점(T1)에서, 물 흐름에 대해 가장 높은 항력 성분(W)을 갖는 회전자 블레이드(30)가 수역(83)에 완전히 잠겨 있는 반면에, 나머지 회전자 블레이드(30)가 수위(832)의 외측에 적어도 부분적으로, 또는 바람직하게는 전체적으로 회전하는 방식으로 바람직하게 구성될 수 있다. 상기 수역(83)은 강, 해협(strait), 또는 다른 흐르는 수역, 예를 들어 댐의 출구 또는 수력 발전소의 도수로(penstock)일 수 있다.
도 11은 각각의 유니버셜 프로펠러(1)를 위해 별도의 베어링(84)을 구비한 탠덤 수력 발전 설비의 일부로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다. 추가적인 세부사항은 도 10에 설명된 바와 같다.
도 12는 워터 베드(831)에 고정되는 공통의 베어링 마스트(85)를 구비한 탠덤 수력 발전 설비의 일부로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 장착 배열을 도시하고 있다. 추가적인 세부사항은 다시 도 10에 설명된 바와 같다.
도 13은 도 11의 탠덤 수력 발전 설비가 어떻게 교량(86)의 아래에 바람직하게 배열될 수 있고, 그리고 상기 베어링(84)이 교각(861)의 일부일 수 있는지를 도시하고 있다. 추가적인 세부사항은 다시 도 10에 설명된 바와 같다.
도 14는 교량 요소(862)의 아래에 배열된 베어링(84)을 갖는, 대안적인 탠덤 수력 발전 설비를 도시하고 있다. 추가적인 세부사항은 도 10에 설명된 바와 같다.
도 15는 선박(87)의 엔진으로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 사용을 도시하고 있다. 전력 발생을 위한 용도와는 달리, 각각의 유니버셜 프로펠러(1)의 샤프트(20)는 이제 모터(90)(여기에는 도시되지 않음) 또는 유사한 구동부에 의해 구동된다. 상기 구동부는, 선박이 직진으로 이동할 때 상기 유니버셜 프로펠러(1)를 통해 선박(87)에 작용하는 모든 힘이 균형을 이루는 방식으로, 유니버셜 프로펠러(1)를 회전시키는 것으로 이해된다.
도 16은 에너지 카이트(energy kite)(88)의 일부로서 4개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 사용을 도시하고 있다. 도 7에 따른 예시적인 실시예에서처럼, 여기에서도 유니버셜 프로펠러(1)는 양력 성분(A) 및 항력 성분(W)의 결과로서 에너지 카이트(88) 상에 작용하는 힘이 가능한 한 균형을 이루는 방식으로, 별 모양으로 그룹화된다. 각각의 유니버셜 프로펠러(1)의 허브(10)가 각각의 발전기(60)를 어떻게 구동하는지를 알 수 있으며, 이들은 유니버셜 프로펠러(1)의 힘이 균형을 이루는 방식으로 중심의 베어링(84)의 둘레에 별 모양으로 그룹화된다. 다른 양태에서도, 전술한 설명과 유사하게 참조될 수 있다.
도 17 및 18은 항공기(89)(수송 드론)의 엔진으로서 2개의 유니버셜 프로펠러(1)의 바람직한 사용을 도시하고 있다. 전력 발생을 위한 용도와는 달리, 각각의 유니버셜 프로펠러(1)의 샤프트(20)는 이제 모터(90) 또는 유사한 구동부에 의해 구동된다. 상기 구동부는 유니버셜 프로펠러(1)를 통해 항공기(89)에 작용하는 모든 힘이 항공기가 직선으로 비행할 때 균형을 이루는 방식으로, 유니버셜 프로펠러(1)를 회전시키는 것으로 이해된다. 유리하게도 이 경우에는, 도 17에 도시된 항공기(89)를 위한 여분의 날개가 필요하지 않다. 오히려, 유니버셜 프로펠러(1)는 항공기의 외부 하우징 상에 직접 배열될 수 있으며, 이는 항공기(89)를 극도로 기동성 있게 하는 이점을 갖는다. 선택적으로, 도 18에 도시된 항공기(89)의 경우에서처럼, 유니버셜 프로펠러(1)를 인터페이싱하기 위해, 항공기(89)의 외부 하우징에 짧은 스터브 날개(stub wings)가 제공될 수 있으며, 이는 항공기(89)의 비행 안정성을 유리하게 증가시킨다.
이하의 도 19 내지 도 21에는, 본 발명에 따른 유니버셜 프로펠러(1)의 작동 원리, 특히 타이밍 기어(50)와 허브 기어(12)의 상호 작용이 다양한 개선예 및 구성예에 기초하여 도시되어 있다.
이를 위해, 도 19는 종래 기술의 타이밍 기어(50)의 예를 도시하고 있다.
여기에 도시된 예는 5개의 회전자 블레이드(30)를 제어하기 위한 타이밍 기어(50)를 도시하고 있다. 이를 위해, 기준 기어휘일(51) 및 회전자 블레이드(30)의 5개의 기어휘일(52)과 함께, 기준 기어휘일(51)과 기어휘일(52) 사이에 위치된 5개의 추가적인 방향성 휘일(53)이 제공되어야만 하며, 이는 특히 전력을 전달하고 그리고 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의 회전 방향을 조정하도록 작용한다. 또한, 회전자 블레이드(30)가 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 상기 회전자 블레이드(30)의 360°회전과 동기화되어, 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전하는 것을 보장하기 위해, 기준 기어휘일(51)과 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52) 사이에는 Srot / Sr = 2/1의 필요한 크기 관계가 유지될 필요가 있으며, 여기서 Srot = 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의 크기, 및 Sr = 기준 기어휘일(51)의 크기이다. 종래 기술의 경우에, 전술한 설계 요구사항은 불리하게도 이러한 타이밍 기어(50)를 포함하는 허브(10)의 비교적 큰 구조로 나타난다. 더욱이, 비교적 작은 허브(10)에 다수의 큰 기어휘일(51, 52, 53)을 배열하는 것은 종종 경제적으로 실행 불가능하며, 그리고 기술적으로 요구가 높으며, 심지어 일부 구성에서는 기술적으로 불가능하다.
이와는 달리, 도 20은 이른바 "내부 구성"에서 타이밍 기어(50)를 구비한 본 발명에 따른 프로펠러(1)의 개선의 단면도를 도시하고 있다.
알 수 있는 바와 같이, 허브(10)는 회전자 블레이드(30)가 그 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전될 수 있게 하는 타이밍 기어(50)를 포함한다. 각각의 회전자 블레이드(30) 상에는, 타이밍 기어(50)의 기준 기어휘일(51)에 작동 가능하게 직접 연결되는 기어휘일(52)이 배열되어 있다. 종래 기술과는 달리, 여기서는 유리하게도 방향성 휘일(53)이 필요없다. 타이밍 기어(50)는 허브 기어(12)에 작동 가능하게 연결되며, 허브 기어(12)는 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)를 감지하고 프로세싱하도록 구성된다. 타이밍 기어(50)와 허브 기어(12) 사이의 작동 연결은 다양한 방식으로 실현될 수 있으며, 본 예에서는 타이밍 기어(50)의 기준 기어휘일(51)이 연결 요소(511)를 통해 허브 기어(12)에, 특히 허브 기어(12)의 기어휘일들 중 하나에 작동 가능하게 연결된다. 허브 기어(12)는 유성 기어로서 또는 간단한 톱니형 기어로서 바람직하게 설계될 수 있다.
여기에 도시된 타이밍 기어(50)의 "내부 구성"에서, 기준 기어휘일(51)은 타이밍 기어(50)의 중심에 배열되어, 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)에 의해 둘러싸인다.
본 발명에 따라, 회전자 블레이드(30)의 기준 기어휘일(51) 및 기어휘일(52)은, 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래와 같은 방식으로 설계된다.
ωr / ωn = 1 ± (1/2)*(Srot / Sr),
여기서 Srot = 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의 크기, Sr = 기준 기어휘일(51)의 크기.
여기에 도시된 타이밍 기어(50)의 "내부 구성"의 경우에, 기준 기어휘일(51)과 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)은, 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 되도록 바람직하게 설계된다. 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)는 다음과 같다.
ωr / ωn = 1 + (1/2)*(Srot / Sr),
여기서 Srot = 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의 크기, Sr = 기준 기어휘일(51)의 크기.
아래의 표는 다양한 기어휘일 크기 조합, 본 발명에 따른 공식의 전술한 변형예를 사용하여 계산된 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr), 및 각각의 조합으로 허브(10) 상에 배열될 수 있는 회전자 블레이드(30)의 최대 가능한 개수의 예를 나타내고 있다. 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)는 이 경우에는 값 1 로 설정된다(이에 따라, ωr 의 값은 ωn 에 대한 상대속도를 나타냄).
Figure pct00002
상기 표에 따르면, 예를 들어 1:1 의 크기 비율(Srot / Sr)은, 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)가 1.5 로 나타나며, 이는 대응하여 설계되는 허브 기어(12)의 선택에 의해 기술적으로 수용될 수 있다. "내부 구성"에서 타이밍 기어(50)의, 그리고 허브 기어(12)의 상기 전술한 설계 및 본 발명에 따른 공식에 의해 계산될 수 있는 그 상호 작용의 경우에는, 예를 들어 최대 4개 내지 5개의 회전자 블레이드(30)가 허브(10) 상에 배열될 수 있다.
이 경우, 상기 표는 이론적으로 가능한 조합의 일부만을 나타내므로, 타이밍 기어(50)의 설계는 용도에 따라 자유롭게 유리하게 선택될 수 있다.
마지막으로, 도 21은 "외부 구성"에서 타이밍 기어(50)를 구비한 본 발명에 따른 프로펠러(1)의 개선의 단면도를 도시하고 있다.
도 20에 도시된 "내부 구성"과 비교한 차이점은, 여기서 바람직하게는 유성 휘일, 링 기어, 또는 크라운 휘일로서 구현되는 기준 기어휘일(51)이 타이밍 기어(50)의 중심의 외측에 배열되고 그리고 다시 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)을 둘러싼다는 점이다. 구조와 관련하여, 도 20에 도시된 바는 따라서 이러한 개선에도 적용된다. 기준 기어휘일(51) 및 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)은, 이 경우 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 바람직하게 설계된다.
ωr / ωn = 1 - (1/2)*(Srot / Sr),
여기서 Srot = 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의 크기, Sr = 기준 기어휘일(51)의 크기.
아래의 표는 다양한 기어휘일 크기 조합, 본 발명에 따른 공식의 전술한 변형예를 사용하여 계산된 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr), 및 각각의 조합으로 허브(10) 상에 배열될 수 있는 회전자 블레이드(30)의 최대 가능한 개수의 예를 나타내고 있다. 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)는 이 경우에는 값 1로 설정된다(이에 따라, ωr 의 값은 ωn 에 대한 상대속도를 나타냄).
Figure pct00003
표에 따르면, 예를 들어 1:4 의 크기 비율(Srot / Sr)은 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)가 0.875 로 나타나며, 이는 대응하여 설계된 허브 기어(12)의 선택에 의해 기술적으로 수용될 수 있다. "외부 구성"에서 타이밍 기어(50)의, 그리고 허브 기어(12)의 상기 전술한 설계 및 본 발명에 따른 공식에 의해 계산될 수 있는 그 상호 작용의 경우에는, 예를 들어 최대 4 내지 6개의 회전자 블레이드(30)가 허브(10) 상에 배열될 수 있다.
기준 기어휘일(51)의 크기(Sr)보다 2배 더 큰 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)의, 상기 표의 마지막 줄에 나열된 조합은, 종래 기술의 타이밍 기어(50)의 경우에(도 19 참조) 전혀 실현 가능하지 않을 것이며, 그리고 기껏해야 체인 구동부 또는 톱니형 벨트 구동부로 실현될 수 있다.
이 경우 상기 표는 이론적으로 가능한 조합의 일부만을 다시 나타내므로, "외부 구성"의 경우에도 타이밍 기어(50)의 설계가 용도에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명은, 타이밍 기어(50)의 기준 기어휘일(51)에 작동 가능하게 직접 연결된 기어휘일(52)이 각각의 회전자 블레이드(30) 상에 배열되어 있고, 상기 타이밍 기어(50)가 허브 기어(12)에 작동 가능하게 연결되어 있다는 사실에 의해, 일반적인 프로펠러와는 구별되며, 여기서 상기 허브 기어(12)는 허브(10)의 회전운동의 각속도(ωn)를 감지하여 프로세싱하도록 구성되고, 상기 기준 기어휘일(51) 및 상기 타이밍 기어(50)의 회전자 블레이드(30)의 기어휘일(52)은, 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)에 대한 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 설계되는 신규한 유니버셜 프로펠러(1)에 관한 것이다. ωr / ωn =　1　±　(1/2)*(Srot / Sr), 여기서, Srot = 회전자 블레이드의 기어휘일의 크기, Sr = 기준 기어휘일의 크기.
본 발명은 특히 풍력 발전 설비, 수력 발전 설비, 또는 선박이나 항공기의 엔진에 사용하기에 적합하다.
1: 유니버셜 프로펠러
10: 허브
11: 허브(10)의 중심 축선
12: 허브 기어
20: 샤프트
21: 샤프트(20)의 중심 축선
30: 회전자 블레이드
31: 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선
32: 회전자 블레이드(30)의 상부측
33: 회전자 블레이드(30)의 측부 엣지
34: 회전자 블레이드 팁
35: 보강재
40: 케이블
50: 타이밍 기어
51: 기준 기어휘일
511: 연결 요소
52: 회전자 블레이드(30)의 기어휘일
53: 방향 휘일(종래기술에만 해당)
60: 발전기
70: 원뿔
71: 원뿔(70)의 외주면
72: 원뿔(70)의 꼭지점
73: 원뿔(70)의 원판
80: 베이스
81: 마스트
82: 빌딩
821: 정면
822: 경사진 지붕
823: 평탄한 지붕
83: 수역
831: 수역의 베드
832: 수면
84: 베어링
85: 베어링 마스트
86: 교량
861: 교각
862: 교량 요소
87: 선박
88: 에너지 카이트
89: 항공기
90: 모터
A: 양력 성분
W: 항력 성분
T1, T2, T3, T4: 전이점
α: 유니버셜 프로펠러(1)의 3차원 좌표계에서 길이방향 축선(31)과 중심 축선(21) 사이의 각도
β: 유니버설 프로펠러(1)의 장착 좌표계에서 샤프트(20)의 중심 축선(21)과 수평(X) 사이의 각도
xyz: 유니버셜 프로펠러(1)의 3차원 좌표계
x: 수평 평면의 제1 방향
y: 수평 또는 수직 평면의 제2 방향
z: 수직 평면의 제1 방향
X, Y, Z: 유니버셜 프로펠러(1)의 장착 좌표
X: 수평
Y: 수평(X와 직교)
Z: 수직

Claims (15)

  1. 샤프트(20) 상에 회전 가능하게 장착되는 허브(10)를 포함하는 유니버셜 프로펠러(1)에서, 상기 허브(10) 상에는,
    - 서로 대향하여 배열되는 2개의 회전자 블레이드(30),
    또는
    - 서로에 대해 별 모양으로 배열되는 적어도 3개의 회전자 블레이드(30)가 제공되고,
    - 상기 허브(10) 상에서, 각각의 회전자 블레이드는, 360°회전할 때 각각의 회전자 블레이드(30)의 길이방향 축선(31)이 직원뿔(70)의 외주면(71)을 나타내는 방식으로, 상기 길이방향 축선(31)의 단부에서 상기 샤프트(20)의 중심 축선(21)에 대해 각도(α)로 배열되고,
    - 상기 허브(10)는 상기 회전자 블레이드(30)가 상기 길이방향 축선(31)을 중심으로 회전될 수 있게 하는 타이밍 기어(50)를 포함하는, 상기 유니버셜 프로펠러(1)에 있어서,
    - 각각의 회전자 블레이드(30) 상에는 상기 타이밍 기어(50)의 기준 기어휘일(51)에 작동 가능하게 직접 연결되는 기어휘일(52)이 배열되고;
    - 상기 타이밍 기어(50)는 허브 기어(12)에 작동 가능하게 연결되고, 여기서 상기 허브 기어(12)는 상기 허브(10)의 회전 운동의 각속도(ωn)를 감지하여 프로세싱하도록 구성되며;
    - 상기 기준 기어휘일(51) 및 상기 타이밍 기어(50)의 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)은, 상기 허브(10)의 상기 회전 운동의 상기 각속도(ωn)에 대한 상기 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1),
    ωr / ωn =　1　±　(1/2)*(Srot / Sr),
    여기서, Srot = 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)의 크기, Sr = 상기 기준 기어휘일(51)의 크기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    - 상기 기준 기어휘일(51)은 상기 타이밍 기어(50)의 중심에 배열되어, 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)에 의해 둘러싸이며,
    - 상기 기준 기어휘일(51) 및 상기 회전자 블레이드의 상기 기어휘일(52)은, 상기 허브(10)의 상기 회전 운동의 상기 각속도(ωn)에 대한 상기 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1),
    ωr / ωn =　1　+　(1/2)*(Srot / Sr),
    여기서, Srot = 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)의 크기, Sr = 상기 기준 기어휘일(51)의 크기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    - 유성 휘일, 링 기어, 또는 크라운 휘일로서 바람직하게 구현되는 상기 기준 기어휘일(51)은, 상기 타이밍 기어(50)의 중심의 외측에 배열되고, 그리고 다시 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)을 둘러싸며, 및
    - 상기 기준 기어휘일(51) 및 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)은, 상기 허브(10)의 상기 회전 운동의 상기 각속도(ωn)에 대한 상기 기준 기어휘일(51)의 각속도(ωr)의 비율이 아래에 기재되는 바와 같은 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1),
    ωr / ωn =　1　-　(1/2)*(Srot / Sr),
    여기서, Srot = 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 기어휘일(52)의 크기, Sr = 상기 기준 기어휘일(51)의 크기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 회전자 블레이드의 상기 길이방향 축선(31)은, 상기 샤프트(20)의 상기 중심 축선(21)에 대해,
    - 30°내지 60°,
    - 또는 35°내지 55°,
    - 또는 40°내지 50°,
    - 또는 45°의 각도(α)로 배열되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브(10)가 상기 샤프트(20)를 중심으로 회전할 때, 제1 전이점(T1)에서 각각의 회전자 블레이드(30)는 상기 유니버셜 프로펠러(1)와 관련된 3차원 좌표계(x, y, z)의 직교 평면(x, z)과 정렬되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전이점(T1)에서, 각각의 회전자 블레이드(30)의 상기 길이방향 축선(31)은, 상기 직교 평면(x, z) 내에서 최대 +/- 15°의 수직 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브(10)가 상기 샤프트(20)를 중심으로 회전할 때, 제3 전이점(T3)에서 각각의 회전자 블레이드는 상기 유니버셜 프로펠러(1)와 관련된 3차원 좌표계(x, y, z)의 수평 평면(x, y)과 정렬되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 전이점(T3)에서, 각각의 회전자 블레이드(30)의 상기 길이방향 축선(31)은, 상기 수평 평면(x, y)의 외측에서 최대 +/- 15°의 수평 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 회전자 블레이드(30)는, 적어도 부분적으로, 실질적으로 평탄한 2개의 상부측(32)을 갖고, 바람직하게는 각각의 회전자 블레이드(30)의 상기 평탄한 상부측(32) 상에 태양 전지가 배열되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    각각의 회전자 블레이드(30)의 횡방향 엣지(33)는 둥글거나 또는 원추형인 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    서로 인접하는 및/또는 서로 대향하는 회전자 블레이드(30)는, 바람직하게는 회전자 블레이드 팁(34)의 영역에서 또는 이에 인접하여 중심과 단부 위치 사이에서, 상기 회전자 블레이드(30)에 바람직하게 부착되는 케이블(40)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    상기 샤프트(20)의 상기 중심 축선(21)은 상기 유니버셜 프로펠러(1)에 관한 장착 좌표계(X, Y, Z)의 수평(X)에 대해 0°내지 360°, 바람직하게는 45°의 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 프로펠러(1).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 하나 또는 그 이상의 항에 따른 유니버셜 프로펠러(1)의 작동 방법으로서,
    타이밍 기어(50)에 의해, 길이방향 축선(31)을 중심으로 상기 회전자 블레이드(30)의 회전(31)은, 원뿔(70)의 외주면(71)을 따라 상기 회전자 블레이드(30)의 360° 회전과 동기화되어 실시되는 것을 특징으로 하는, 유니버셜 프로펠러(1)의 작동 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 길이방향 축선(31)을 중심으로 상기 회전자 블레이드(30)의 상기 회전 속도는, 상기 원뿔(70)의 상기 외주면을 따라 상기 회전자 블레이드(30)의 360°회전 속도의 절반인, 유니버셜 프로펠러(1)의 작동 방법.
  15. 풍력 발전 설비, 수력 발전 설비, 또는 선박이나 항공기의 엔진에서 청구항 1 내지 청구항 14 중 하나 또는 그 이상의 항에 따른 유니버셜 프로펠러(1)의 사용.
KR1020237005267A 2019-07-27 2020-07-27 유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용 KR20230038558A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019120347 2019-07-27
PCT/DE2020/100671 WO2021018353A1 (de) 2019-07-27 2020-07-27 Universalpropeller, betriebsverfahren sowie favorisierte verwendungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230038558A true KR20230038558A (ko) 2023-03-20

Family

ID=72178316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237005267A KR20230038558A (ko) 2019-07-27 2020-07-27 유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용

Country Status (11)

Country Link
US (1) US12071931B2 (ko)
EP (1) EP4189235A1 (ko)
JP (1) JP2023530198A (ko)
KR (1) KR20230038558A (ko)
CN (1) CN116209826A (ko)
AU (1) AU2020322928A1 (ko)
BR (1) BR112023000946A2 (ko)
CA (1) CA3186395A1 (ko)
DE (1) DE112020007452A5 (ko)
WO (1) WO2021018353A1 (ko)
ZA (1) ZA202301988B (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023240243A2 (en) * 2022-06-10 2023-12-14 Eidon, Llc Propeller-based fluid redirection device useful, for example, to reduce drag for a bluff body
AT527156A1 (de) * 2023-04-18 2024-11-15 Franz Ferdinand Huber Propeller

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1021252A (fr) * 1950-07-03 1953-02-17 Moteur à vent
US4355956A (en) 1979-12-26 1982-10-26 Leland O. Lane Wind turbine
DE3234170C2 (de) * 1981-10-26 1985-04-11 Öko-Energie AG, Zürich Windkraftanlage mit mindestens einem um eine Drehachse drehbaren Flügel
US4533297A (en) * 1982-09-15 1985-08-06 Bassett David A Rotor system for horizontal axis wind turbines
JPH10288142A (ja) 1997-04-14 1998-10-27 Hidekazu Nakaji 複合風力発電装置
WO2003062671A1 (en) * 2002-01-25 2003-07-31 Simon Tabatadze Apparatus for transforming a rotative motion
EP1626176A3 (de) 2004-08-09 2006-04-05 Andreas Tausch Windkraftanlage mit einem Solarwandler
FR2899286B1 (fr) * 2006-04-03 2009-11-06 Pierre Andre Marie Dieudonne Eolienne a voilure tournante a fort potentiel energetique
US9115697B2 (en) 2009-08-25 2015-08-25 Jeffrey M. Lucas Fluid interacting device
GB2495745A (en) * 2011-10-19 2013-04-24 Christopher John Coxon Wind or tidal flow turbine
ITFI20130115A1 (it) 2013-05-20 2014-11-21 Amedeo Pimpini Cicloturbina a pale mobili oscillanti
WO2015056722A1 (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 利充 山澤 風力発電装置
CN105240205A (zh) * 2015-09-10 2016-01-13 皖西学院 一种卧式、立式风能转换装置
WO2017187229A1 (en) 2016-04-27 2017-11-02 Orlando Lozzi Vertical axis multibladed wind rotor having inclined blades with intersecting aerodynamic fluxes
CN105863957B (zh) 2016-05-17 2019-01-08 哈尔滨工业大学 一种可变桨距大功率垂直轴风力发电装置及气动启停控制方法
JP6949299B2 (ja) 2017-02-23 2021-10-13 中田　秀輝 垂直型風力発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP4189235A1 (de) 2023-06-07
JP2023530198A (ja) 2023-07-13
CA3186395A1 (en) 2021-02-04
ZA202301988B (en) 2024-08-28
WO2021018353A1 (de) 2021-02-04
US12071931B2 (en) 2024-08-27
AU2020322928A1 (en) 2023-03-23
US20230287864A1 (en) 2023-09-14
BR112023000946A2 (pt) 2023-02-07
DE112020007452A5 (de) 2023-06-07
CN116209826A (zh) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100810990B1 (ko) 제트 휠 방식의 수직축 터빈을 채용한 풍력발전시스템
JP7030711B2 (ja) 効率を向上させた垂直軸ツインタービンを有する浮体式風力タービン
US7040859B2 (en) Wind turbine
EP2267298A2 (en) Wind turbine blade with rotatable fins at the tip
US20080159873A1 (en) Cross fluid-flow axis turbine
WO2010098813A1 (en) Wind energy device
EP2483554B1 (en) Tapered hollow helical turbine for energy transduction
US8747070B2 (en) Spinning horizontal axis wind turbine
CN103328815A (zh) 用于从流体的流动水流中产生电能的系统和方法
US10218246B2 (en) Variable diameter and angle vertical axis turbine
US7766602B1 (en) Windmill with pivoting blades
US20140030059A1 (en) Fluid turbine with variable pitch shroud segments
US20200158074A1 (en) Vertical-shaft turbine
KR20120061264A (ko) 다중 종속 블레이드를 갖는 수직축형 터빈
US8317480B2 (en) Turbine assembly and energy transfer method
KR20110010241A (ko) 편심축을 가진 멀티 사이클로이드 곡선 시스템을 구현하는 풍력발전장치
KR20230038558A (ko) 유니버셜 프로펠러, 작동 방법 및 선호하는 사용
WO2011065840A2 (en) Method for turning a wind power plant relative to the wind direction
CN101457738B (zh) 自适应柔性叶片转子
WO2020157764A1 (en) Sail type wind turbine rotor
US20160327022A1 (en) Crossflow axes rotary mechanical devices with dynamic increased swept area
JP2008520894A (ja) 縦軸型タービン装置
CN104500346A (zh) 一种组合型马格努斯风力发电机
WO2018235220A1 (ja) 帆装置
GB2386160A (en) Variable geometry magnus effect turbine