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KR102685496B1 - 로터 조립체 및 로터 조립체를 포함하는 풍차 - Google Patents

로터 조립체 및 로터 조립체를 포함하는 풍차 Download PDF

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KR102685496B1
KR102685496B1 KR1020217001189A KR20217001189A KR102685496B1 KR 102685496 B1 KR102685496 B1 KR 102685496B1 KR 1020217001189 A KR1020217001189 A KR 1020217001189A KR 20217001189 A KR20217001189 A KR 20217001189A KR 102685496 B1 KR102685496 B1 KR 102685496B1
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KR
South Korea
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rotor
rotor assembly
support structure
windmill
blades
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KR1020217001189A
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프레데리쿠스 반 데 클리페
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터치윈드 블루 비.브이.
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Publication date
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Abstract

로터 조립체는
- 상기 로터 조립체를 회전축을 중심으로 지지 구조물에 대해 회전시키기 위해 상기 로터 조립체를 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착하기 위한 로터 마스트(rotor mast),
- 종 방향으로 가상 평면에서 연장되는 2 개의 로터 블레이드를 갖는 로터 - 상기 2 개의 로터 블레이드는 공기 흐름에 의해 추진되도록 배열됨 - ,
- 피벗 축을 정의하는 피벗 배열체 - 상기 로터는 상기 2 개의 로터 블레이드를 동시에 상기 피벗 축을 중심으로 상기 로터 마스트에 대해 피벗시키기 위해 상기 피벗 배열체에 의해 상기 로터 마스트에 피벗 가능하게 연결됨 -
를 포함하고,
상기 종 방향 및 상기 가상 평면에서 상기 피벗 축의 투영은 상기 가상 평면에서 일정한 예각을 둘러싼다. 로터 조립체를 포함하는 풍차 및 풍력 발전 단지가 제공되고, 상기 풍력 발전 단지의 용량은 15 내지 50 MW/km2 범위이다.

Description

로터 조립체 및 로터 조립체를 포함하는 풍차
제 1 양태에 따르면, 본 개시는 로터 조립체로서:
- 상기 로터 조립체를 회전축을 중심으로 지지 구조물에 대해 회전시키기 위해 상기 로터 조립체를 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착하기 위한 로터 마스트(rotor mast),
- 종 방향으로 가상 평면에서 연장되는 2 개의 로터 블레이드를 갖는 로터 - 상기 2 개의 로터 블레이드는 공기 흐름에 의해 추진되도록 배열됨 - ,
- 피벗 축을 정의하는 피벗 배열체 - 상기 로터는 상기 2 개의 로터 블레이드를 동시에 상기 피벗 축을 중심으로 상기 로터 마스트에 대해 피벗시키기 위해 상기 피벗 배열체에 의해 상기 로터 마스트에 피벗 가능하게 연결됨 -
를 포함하는 로터 조립체에 관한 것이다.
제 2 양태에 따르면, 본 개시는 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체 및 지지 구조물을 포함하는 풍차에 관한 것이다.
제 3 양태에 따르면, 본 개시는 본 개시의 제 2 양태에 따른 복수의 풍차를 포함하는 풍력 발전 단지에 관한 것이다.
알려진 로터 조립체는 예를 들어 자이로콥터(gyrocopter)의 일부로 사용된다. 자이로플레인(gyroplane) 또는 오토자이로(autogyro)라고도 하는 자이로콥터는 자유 자동 회전으로 무동력 로터를 사용하여 양력을 개발하는 일종의 회전 날개 항공기이다. 자이로콥터의 자유 스피닝 로터는 로터를 통해 공기가 통과함으로 인해 회전한다. 이러한 알려진 로터 조립체의 단점은 로터 마스트에서 상대적으로 큰 진동이 발생할 수 있다는 것이다.
본 개시의 목적은 공지된 로터 조립체의 이러한 단점을 극복하는 로터 조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 상기 종 방향 및 상기 가상 평면에서 상기 피벗 축의 투영이 상기 가상 평면에서 예각, 바람직하게는 일정한 예각을 둘러싸는 본원의 청구항 제 1 항에 따른 로터 조립체에 의해 달성된다. 제 1 항에 따른 상기 피벗 축을 제공함으로써, 로터의 회전에 의해 생성된 양력의 방향이 비교적 안정적이고 로터 마스트 및 회전축과 고도로 정렬되어, 이에 의해 회전축을 중심으로 로터 블레이드를 피벗시킴으로써 양력의 방향의 변화로 인한 진동을 회피하거나 또는 적어도 상당히 감소시킨다. 이것은 상대적으로 신뢰 가능한 구조를 유지하면서 로터 조립체에 더 가볍고 더 비용 효율적인 구조가 부착될 수 있게 한다.
본 개시는 공지된 로터 조립체의 로터의 회전 동안 양력의 방향이 회전축에 대해 변하여 이에 의해 로터 축에서 진동을 유도한다는 통찰에 적어도 부분적으로 의존한다. 상기 가상 평면에서 상기 피벗 축의 투영이 상기 가상 평면에서 예각, 바람직하게는 일정한 예각을 둘러싸도록 피벗 축을 제공함으로써, 로터 블레이드와 회전축 사이의 각도가 비교적 안정적으로 유지되고, 여기서 상기 종 방향은 회전축에 수직인 것이 주목된다. 로터 블레이드와 회전축 사이의 각도를 비교적 안정적으로 유지하면 진동을 감소시키는데 유용하다.
본 개시는 추가로 공지된 로터 조립체의 경우, 로터 블레이드의 피벗 축에 대한 피벗 속도가 상대적으로 작으므로 이에 의해 로터 마스트와 정렬되지 않은 양력의 방향이 로터 마스트와 정렬되어 상대적으로 천천히 다시 변화하게 된다는 통찰에 적어도 부분적으로 의존한다. 청구항 제 1 항에 따라 상기 피벗 축을 제공함으로써, 로터 마스트와 정렬된 양력의 방향의 변화가 상대적으로 빠르며 이에 의해 제한된 변동만을 생성한다.
본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 또 다른 장점은 로터 조립체가 회전축에 실질적으로 수직인 방향으로 로터를 통과하는 공기 흐름으로 인해 회전을 시작하거나 또는 회전 상태를 유지할 수 있다는 것이다. 상기 피벗 축을 중심으로 한 상기 2 개의 로터 블레이드의 피벗은 주어진 공기 흐름 방향에 대한 블레이드 각도의 변화를 발생시킨다. 즉, 블레이드는 2 개의 로터 블레이드의 종 방향으로 연장되는 축을 중심으로 회전한다. 이것은 피벗 축에 대한 로터의 피벗 각도가 증가할 때 공기 흐름 방향에 수직인 2 개의 로터 블레이드의 총 표면적의 투영을 증가시킨다. 2 개의 로터 블레이드의 총 표면적의 투영이 이와 같이 증가하기 때문에, 로터는 상대적으로 낮은 공기 속도에 노출될 때 회전을 시작하거나 또는 회전 상태를 유지할 수 있다.
본 개시의 맥락 내에서, 공기 흐름에 의해 추진되도록 배열된 로터 블레이드라는 표현은 엔진과 같은 구동 배열체를 통해 로터를 회전시킴으로써 헬리콥터의 양력을 개발하기 위한 로터 블레이드와는 반대로, 자유 자동 회전에서 무동력 로터가 양력을 개발하는데 사용되도록 설계된 로터 블레이드를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
US 4,449,889 A는 로터 조립체를 개시하고, 여기서 가상 평면에서 피벗 축의 투영은 상기 가상 평면에서 피벗 축에 수직이다.
바람직하게는 가상 평면은 평평한 가상 평면이다.
상기 피벗 축이 상기 회전축에 실질적으로 수직인 경우 유용하다. 이것은 로터 조립체를 사용하는 동안, 로터 마스트의 회전축에 대한 회전 속도의 변동을 감소시켜 이에 의해 진동을 감소시키는데 유용하다.
바람직하게는 상기 예각은 10 내지 45 도 범위이다. 이것은 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 장점을 비교적 크게 구현하는데 유리하다.
상기 2 개의 로터 블레이드가 서로 강성으로 연결되는 것이 유리하다. 이것은 로터 조립체를 사용하는 동안 상기 2 개의 로터 블레이드를 가상 평면에 유지함으로써 이에 의해 로터 조립체의 진동을 감소시키는데 유리하다. 더욱이, 강성 연결은 로터 조립체의 생산 동안 비용 장점을 발생시킬 수 있다. 또한, 강성 연결은 상기 종 방향으로 상대적으로 긴 로터 블레이드를 가능하게 한다.
제 1 양태에 따른 로터 조립체의 실제 실시예에서, 상기 2 개의 로터 블레이드는, 상기 종 방향으로, 상기 회전축을 포함하는 추가 가상 평면으로 연장된다. 바람직하게는, 상기 추가 가상 평면은 평평한 가상 평면이다.
상기 로터가 상기 2 개의 로터 블레이드 사이의 중앙 로터 부분을 포함하는 것이 유용하며, 여기서 상기 로터 마스트에 인접한 상기 가상 평면에서 상기 종 방향에 수직인 반경 방향의 상기 중앙 로터 부분의 치수는 상기 가상 평면에서 상기 2 개의 로터 블레이드에 의해 커버되는 블레이드 면적을 상기 종 방향으로 상기 2 개의 로터 블레이드의 길이로 나눈 비율의 0.3 내지 2 배 범위이다. 이러한 중앙 로터 부분은 상기 2 개의 로터 블레이드 사이의 영역을 적어도 일부, 바람직하게는 완전하게 공기 역학적으로 폐쇄하는데 유용하다.
바람직하게는, 상기 가상 평면에서 상기 종 방향에 수직인 상기 2 개의 로터 블레이드 각각의 폭은 상기 회전축에 대한 거리에 따라 감소한다. 이것은 공기 흐름에 대한 로터 블레이드의 상대적으로 작은 저항을 구현하면서 상대적으로 큰 양력을 구현하는데 유용하다.
제 1 양태에 따른 로터 조립체의 실제 실시예에서, 상기 종 방향에 수직인 방향으로 상기 가상 평면에서, 상기 2 개의 로터 블레이드 각각의 단면은 상기 단면의 제 1 측에 오목한 프로파일을 포함하고, 상기 제 1 측에 대향하는 상기 단면의 제 2 측에 볼록한 프로파일을 포함한다. 오목한 프로파일 및 볼록한 프로파일을 갖는 로터 블레이드는 공기 흐름에 노출될 때 상대적으로 큰 양력을 구현하는데 유용하다.
상기 2 개의 로터 블레이드가 일체형 구조로 형성되는 것이 유리하다. 이것은 상대적으로 낮은 비용으로 상대적으로 견고한 로터 조립체를 구현하는데 유리하다.
바람직하게는 상기 2 개의 로터 블레이드 각각은 상기 종 방향으로 30 미터 연장된다. 이것은 상대적으로 큰 양력을 구현하는데 유용하다.
제 2 양태에 따르면, 본 개시는 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체 및 지지 구조물을 포함하는 풍차에 관한 것으로서, 여기서 상기 로터 조립체는 상기 지지 구조물에 대해 상기 회전축을 중심으로 상기 2 개의 로터 블레이드를 회전시키기 위해 상기 로터 마스트에 의해 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착된다. 풍차의 실시예들은 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 실시예들에 대응한다. 풍차의 장점은 이전에 제시된 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 장점에 대응한다.
바람직하게는, 상기 풍차는 전기를 생성하기 위한 발전기를 포함하고, 여기서 상기 로터 조립체는 상기 회전축을 중심으로 상기 로터 조립체의 회전 시 상기 전기를 생성하기 위해 상기 발전기에 결합된다. 제 2 양태에 따른 풍차를 제공하는 것은 상대적으로 견고한 풍차를 구현하는데 유용하다.
상기 로터 조립체가 상기 지지 구조물의 제 1 위치에서 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착되는 것이 유용하고, 상기 풍차는 상기 풍차를 물에 부유시키기 위한 부유체를 더 포함하고, 여기서 상기 부유체는 상기 로터 조립체로부터 거리를 두고 상기 지지 구조물에 부착되고, 여기서 상기 로터 조립체는 사용 시 풍속의 증가가 상기 로터 조립체의 상기 회전축이 직립 포지션을 향해 이동하게 하도록 상기 지지 구조물에 부착된다. 이러한 실시예는 바다 또는 호수와 같은 개방된 물에 제 2 양태에 따른 풍차를 배치하는데 유용하다. 풍차를 개방된 물에 배치하는 것은 상대적으로 큰 공기 흐름이 상대적으로 빈번하게 존재하기 때문에 매력적이다. 사용 시 풍속의 증가로 인해 상기 로터 조립체가 상기 지지 구조물을 직립 포지션으로 이동 시키도록 로터 조립체를 부착하는 것은 상대적으로 큰 풍속에서 상기 풍차의 상기 로터 조립체를 회전 상태로 유지하는데 유리하다. 지지 구조물을 직립 포지션을 향해 이동시킴으로써 로터 조립체의 회전축은 회전축이 수직 방향으로 점차적으로 연장되는 포지션을 향해 이동한다. 즉, 회전축은 직립 포지션을 향해 이동한다. 그 결과, 상대적으로 큰 풍속에 의해 유도되는 힘은 로터 조립체가 로터 조립체의 손상의 위험을 회피하거나 또는 적어도 상당히 감소시키면서 회전축을 중심으로 회전 상태에 유지될 수 있는 범위에 유지될 수 있다.
실질적으로 수평 포지션으로 유지되는 회전축을 갖는 종래의 풍차는 로터 조립체의 손상의 위험을 회피하거나 또는 적어도 상당히 감소시키기 위해 상대적으로 큰 풍속에서 작동을 중단할 필요가 있는 것으로 알려져 있다. 상대적으로 큰 풍속에서 터빈 및 로터 조립체는 수직축을 중심으로 피벗되어, 공기 흐름이 로터 블레이드에 상대적으로 낮은 힘을 유도하는 포지션에 로터 블레이드를 배치한다.
이와 관련하여, 상기 풍차가 상기 지지 구조물의 제 2 위치에서 상기 지지 구조물에 부착되는 카운터 웨이트(counterweight)를 포함하는 것이 유리하고, 여기서 상기 부유체는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 상기 지지 구조물에 부착되고, 여기서 상기 카운터 웨이트는 상기 로터 조립체가 상기 지지 구조물에 대해 상기 회전축을 중심으로 회전하지 않을 때 상기 물의 수면 위로 상기 로터 조립체를 들어 올리도록 배열된다. 이것은 상기 로터 블레이드가 개방된 물과 접촉하는 것을 방지함으로써 풍차의 상대적으로 큰 가동 시간 및 수명을 구현하는데 유리하다.
상기 풍차가 상기 지지 구조물의 제 3 위치에서 상기 지지 구조물에 연결되는 균형 부표를 포함하는 것이 유용하고, 여기서 상기 제 3 위치는 상기 부유체와 상기 로터 조립체 사이에 있고, 여기서 상기 균형 부표는 상기 물의 상기 수면을 향해 상기 로터 조립체를 끌어 당기도록 배열된다. 이것은 로터 조립체를 물의 수면 위에 상대적으로 정확하게 위치 결정하는데 유용하다. 이것은 풍차의 상대적으로 큰 가동 시간 및 효율성을 구현하는데 유리하다.
일 실시예에서, 상기 균형 부표는 상기 물의 상기 수면 위의 높이로 상기 로터 조립체를 이동시키도록 상기 균형 부표와 상기 지지 구조물 사이의 거리를 변화시키기 위해, 조정 요소, 바람직하게는 윈치(winch)를 통해 상기 지지 구조물에 연결된다. 이것은 예를 들어 로터 조립체의 유지 보수 동안 로터 조립체를 물 표면을 향해 하강시키는데 유리하다. 더욱이, 이것은 로터 조립체를 상승시키는데 유리한데, 즉, 예를 들어 폭풍우 동안 로터 조립체를 수면에서 멀리 이동시키는데 유리하다.
본 개시는 또한 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체 및 지지 구조물을 포함하는 자이로콥터에 관한 것으로서, 여기서 상기 로터 조립체는 상기 지지 구조물에 대해 상기 회전축을 중심으로 상기 2 개의 로터 블레이드를 회전시키기 위해 상기 로터 마스트에 의해 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착된다. 자이로콥터의 실시예들은 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 실시예들에 대응한다. 자이로콥터의 장점은 이전에 제시된 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 장점에 대응한다.
본 개시의 제 3 양태에 따르면, 본 개시는 본 개시의 제 2 양태에 따른 복수의 풍차를 포함하는 풍력 발전 단지에 관한 것으로서, 여기서 상기 복수의 풍차의 이웃하는 풍차들 사이의 공칭 상호 거리는 상기 로터의 직경의 1 내지 6 배 범위에 있다. 풍차의 실시예들은 본 개시의 제 2 양태에 따른 풍차의 실시예들에 대응한다. 풍력 발전 단지의 장점은 이전에 제시된 본 개시의 제 2 양태에 따른 풍차의 장점에 대응한다.
본 개시의 맥락에서 공칭 상호 거리는 이웃하는 풍차의 설치를 위한 상호 거리로 이해되어야 한다.
상기 복수의 풍차들 각각이 상기 풍차(501)를 물에 부유시키기 위한 상기 부유체를 포함하는 풍력 발전 단지의 일 실시예에서, 이웃하는 풍차들 사이의 실제 상호 거리는 개별 풍차들의 부유로 인해 변할 수 있다.
로터의 직경의 4 내지 6 배 범위의 공칭 상호 거리로 상기 복수의 풍차를 제공하는 것은 공기 흐름으로부터 상대적으로 큰 에너지 추출을 구현하는데 유용하다. 풍차는 공기 흐름으로부터 운동 에너지를 추출하기 때문에, 공기 흐름 속도는 풍차를 통과한 후 떨어질 것이다. 공기 흐름으로부터 추출될 수 있는 운동 에너지는 공기 흐름 속도의 3 승에 비례하므로, 속도의 저하는 상기 복수의 풍차 중 다른 풍차의 바람 하향에 있는 상기 복수의 풍차 중 하나의 풍차가 공기 흐름으로부터 더 적은 양의 에너지를 추출할 수 있다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 상기 공칭 상호 거리는 상기 로터의 직경의 4 내지 4.5 배 범위에 있다. 이것은 상기 풍력 발전 단지가 상대적으로 작은 표면적만을 차지하면서 공기 흐름으로부터 상대적으로 높은 에너지 추출을 구현하는데 유용하다.
바람직하게는, 상기 공칭 상호 거리는 상기 풍력 발전 단지의 이웃하는 풍차의 로터 마스트들 사이의 거리이다.
상기 상호 거리가 상기 공기 흐름의 방향인 경우 유리하다.
본 개시는 본 개시의 제 2 양태에 따른 복수의 풍차를 포함하는 풍력 발전 단지에 관한 것으로서, 여기서 상기 풍력 발전 단지의 용량은 15 내지 50 MW/km2, 바람직하게는 25 MW/km2 범위에 있다. 풍력 발전 단지의 장점은 이전에 제시된 본 개시의 제 2 양태에 따른 풍차의 장점에 대응한다.
본 개시는 이제 본 개시의 제 1 양태에 따른 로터 조립체의 바람직한 실시예에 대한 설명 및 본 개시의 제 2 양태에 따른 풍차의 실시예에 대한 설명에 의해 설명될 것이며, 여기서는 다음과 같은 개략적인 도면들을 참조하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 것이 아닌 공지된 로터 조립체가 도시되어 있다.
도 2는 본 개시에 따른 로터 조립체의 평면도가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 로터 조립체의 상이한 포지션들에서의 측면도가 도시되어 있다.
도 6은 도 3의 단면(a-a)이 도시되어 있다.
도 7은 도 4의 단면(b-b)이 도시되어 있다.
도 8은 도 5의 단면(c-c)이 도시되어 있다.
도 9는 본 개시에 따른 로터 조립체의 추가 실시예가 도시되어 있다.
도 10은 본 개시에 따른 로터 조립체의 또 다른 실시예가 도시되어 있다.
도 11은 본 개시에 따른 로터 조립체의 다른 실시예가 도시되어 있다.
도 12는 본 개시에 따른 풍차의 측면도가 도시되어 있다.
도 13은 본 개시에 따른 풍력 발전 단지가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 공지된 로터 조립체(1)는 종 방향(L)으로 연장되는 제 1 로터 블레이드(3) 및 제 2 로터 블레이드(5)를 포함한다. 제 1 로터 블레이드(3) 및 제 2 로터 블레이드(5)는 중앙 로터 부분(7)을 통해 서로 강성으로 연결된다. 중앙 로터 부분(7)은 로터 마스트(9)에 피벗 가능하게 연결되어, 중앙 로터 부분(7), 제 1 로터 블레이드(3) 및 제 2 로터 블레이드(5)가 제 1 가상 평면(W)에서 피벗 축(P)을 중심으로 로터 마스트(9)에 대해 피벗될 수 있다. 상기 제 1 가상 평면(W)은 상기 피벗 축(P)과 90 도의 각도(A)를 둘러싼다. 즉, 상기 종 방향(L)은 상기 피벗 축(P)에 수직이다. 로터 마스트(9)는 회전 방향(r)으로 상기 지지 구조물에 대한 상기 로터 조립체(1)의 회전을 위해 상기 로터 조립체(1)를 도시되지 않은 지지 구조물에 회전 가능하게 부착하도록 배열된다.
본 개시에 따른 로터 조립체(101)에는 종 방향(L)으로 연장되는 제 1 로터 블레이드(103) 및 제 2 로터 블레이드(105)가 제공된다. 제 1 로터 블레이드(103) 및 제 2 로터 블레이드(105)는 중앙 로터 부분(107)을 통해 서로 강성으로 연결되고, 평평한 가상 평면(V)에서 연장된다. 중앙 로터 부분(107)은 로터 마스트(109)에 피벗 가능하게 연결되어, 중앙 로터 부분(107), 제 1 로터 블레이드(103) 및 제 2 로터 블레이드(105)가 피벗 축(P)을 중심으로 로터 마스트(109)에 대해 피벗될 수 있다. 상기 제 1 로터 블레이드(103), 상기 제 2 로터 블레이드(105) 및 상기 중앙 로터 부분(109)을 통해 상기 종 방향(L)으로 연장되는 제 1 가상 평면(W)은 상기 피벗 축(P)과 30 도의 일정한 예각을 둘러싼다. 로터 마스트(9)는 회전축(R)을 중심으로 회전 방향(r)으로 상기 지지 구조물에 대한 상기 로터 조립체(101)의 회전을 위해, 도시되지 않은 지지 구조물에 상기 로터 조립체(1)를 회전 가능하게 부착하도록 배열된다.
방향(t)으로 상기 피벗 축(P)을 중심으로 상기 중앙 부분(107)을 피벗시킴으로써, 상기 중앙 부분(107)과 상기 회전축(R) 사이의 제 1 각도(B) 및 제 2 각도(C)가 변경된다. 각도(B)는 상기 종 방향(L)으로의 평평한 가상 평면(V) 및 회전축(R)에 의해 둘러싸인 각도에 대응한다. 각도(C)는 상기 종 방향(L)에 수직인 방향으로의 평평한 가상 평면(V) 및 회전축(R)에 의해 둘러싸인 각도에 대응한다. 도 3에 표시된 제 1 포지션에서, 각도(B 및 C)는 모두 90 도이다. 중앙 로터 부분(107)을 반 시계 방향으로 기울이면, 예각(A)이 0 도 내지 90 도이기 때문에 각도(B) 및 각도(C)가 모두 증가한다. 동일한 이유로, 중앙 로터 부분(107)이 시계 방향으로 기울어지면, 각도(B)와 각도(C)가 모두 감소한다. 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 제 1 로터 블레이드(103)의 단면은 매우 개략적이다. 로터 블레이드(103, 105)의 실제 실시예에서, 제 1 표면(113)은 오목한 프로파일을 갖고, 상기 제 1 측에 대향하는 상기 단면의 제 2 측에 있는 제 2 표면(115)은 볼록한 프로파일을 갖는다.
로터 조립체(201)는 상기 로터 마스트(209)에 인접한 상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 반경 방향으로의 상기 중앙 로터 부분(207)의 폭(z)이 상기 가상 평면(V)에서 상기 2 개의 로터 블레이드(203 및 205)에 의해 커버되는 블레이드 면적을 상기 종 방향(L)에서 상기 2 개의 로터 블레이드(203 및 205)의 총 길이(L1 및 L2)로 나눈 비율의 0.3 내지 2 배 범위에 있도록 중앙 부분(207)이 성형된다는 점에서 로터 조립체(101)와 주로 다르다. 다른 말로 하면, 중앙 부분(207)은 공기가 상기 제 1 로터 블레이드(203)와 상기 제 2 로터 블레이드(205) 사이에서 상기 로터를 통과할 수 없도록 형성되어, 이에 따라 상기 로터 마스트(209) 근처의 로터 조립체(201)를 가로지른 압력 손실을 회피하거나 또는 적어도 상당히 감소시킨다. 로터 조립체(101)의 요소와 유사한 로터 조립체(201)의 요소에는 로터 조립체(101)의 요소의 참조 번호와 동일한 참조 번호가 100만큼 상승되어 제공된다.
로터 조립체(301)는 상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 상기 2 개의 로터 블레이드(303, 305) 각각의 폭(y) 및 상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 반경 방향으로 상기 중앙 로터 부분(307)의 폭(z)이 상기 회전축(R)에 대한 거리(x)에 따라 감소하도록 상기 중앙 부분(307), 제 1 로터 블레이드(303) 및 제 2 로터 블레이드(305)가 형성된다는 점에서 로터 조립체(201)와 주로 다르다. 로터 조립체(201)의 요소와 유사한 로터 조립체(301)의 요소에는 로터 조립체(201)의 요소의 참조 번호와 동일한 참조 번호가 100만큼 상승되어 제공된다.
로터 조립체(401)는 상기 중앙 부분(307), 제 1 로터 블레이드(303) 및 제 2 로터 블레이드(305)가 일체형 부품(411)으로 형성된다는 점에서 로터 조립체(301)와 주로 다르며, 여기서 상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 상기 일체형 부분 각각의 폭(y)은 상기 회전축(R)에 대한 거리(x)에 따라 감소한다. 로터 조립체(301)의 요소와 유사한 로터 조립체(401)의 요소에는 로터 조립체(301)의 요소의 참조 번호와 동일한 참조 번호가 100만큼 상승되어 제공된다.
풍차(501)는 상기 풍차(501)의 발전기(519)를 통해 지지 구조물(517)에 회전 가능하게 부착된 로터 조립체(401)를 포함한다. 풍차(501)는 지지 구조물(517)에 모두 부착된 부유체(521) 및 카운터 웨이트(523)를 더 포함한다. 부유체(521)는 물 체적(525)의 수면(527) 상에 부유하는 상기 풍차(501)를 유지하기 위해 배열된다. 카운터 웨이트(523)는 부유체(521)가 상기 카운터 웨이트(523)와 상기 로터 조립체(401) 사이에 있도록 상기 지지 구조물(517)에 부착된다. 카운터 웨이트(523)의 무게 및 상기 부유체(521)에 대한 카운터 웨이트(523)의 거리는, 상기 로터 조립체(401)가 상기 지지 구조물(517)에 대해 상기 회전축(R)을 중심으로 회전하지 않을 때, 상기 로터 조립체(401)는 상기 수면(527) 위로 상승되도록 이루어진다. 풍차(501)는 균형 부표(529)를 더 포함한다. 균형 부표(529)는 윈치(531)를 통해 지지 구조물(517)에 연결된다.
사용 시, 상기 로터 조립체(401)가 도 12에서 화살표로 표시된 방향으로 풍속으로 흐르는 공기 흐름(AF)에 의해 추진될 때, 상기 회전축(R)과 정렬되는 힘(Ftot)은 상기 지지 구조물(517)에 상기 로터 조립체(401)에 의해 가해진다. 힘(Ftot)의 크기는 공기 흐름의 풍속, 각도(B 및 C), 및 회전축(R)과 공기 흐름(AF)의 방향 사이의 각도에 따라 달라진다. 회전축(R)은 상기 로터 조립체(401) 및 상기 부유체(521)의 가상 피벗 축을 교차하는 가상 라인(S)과 각도(D) 하에 배치된다. 로터 조립체(401)를 미리 정해진 각도(D)로 상기 지지 구조물(517)에 부착함으로써, 상기 로터 조립체(401)에 의해 가해지는 힘(Ftot)은 사용 시 상기 지지 구조물(517)에 대해 상기 회전축(R)을 중심으로 로터 조립체(401)가 회전함으로 인해 더 낮은 또는 더 높은 양력(FL)을 발생시킬 수 있다. 상기 회전축(R)을 중심으로 상기 지지 구조물(517)에 대한 로터 조립체(401)의 회전 속도가 증가하면, 상기 지지 구조물(517)은 상기 풍차(501)의 균형 잡힌 포지션이 얻어질 때까지 방향(e1)으로 회전한다. 한편, 상기 회전축(R)을 중심으로 상기 지지 구조물(517)에 대한 로터 조립체(401)의 회전 속도가 감소하면, 상기 지지 구조물(517)은 상기 풍차(501)의 균형 잡힌 포지션이 얻어질 때까지 방향(e2)으로 회전한다.
풍력 발전 단지(601)는 복수의 풍차(501)를 포함한다. 상기 복수의 풍차 중 이웃하는 풍차(501) 사이의 공칭 상호 거리(MD)는 상기 풍차(501)의 상기 로터의 직경의 4 배이다.

Claims (19)

  1. 로터 조립체(101, 201, 301, 401)로서:
    - 상기 로터 조립체(101, 201, 301, 401)를 회전축(R)을 중심으로 지지 구조물에 대해 회전시키기 위해 상기 로터 조립체(101, 201, 301, 401)를 상기 지지 구조물에 회전 가능하게 부착하기 위한 로터 마스트(rotor mast)(109, 209, 309, 409),
    - 종 방향(L)으로 가상 평면(V)에서 연장되는 2 개의 로터 블레이드(103, 105, 203, 205, 303, 305, 403, 405)를 갖는 로터 - 상기 2 개의 로터 블레이드(103, 105, 203, 205, 303, 305, 403, 405)는 공기 흐름에 의해 추진되도록 배열됨 - ,
    - 피벗 축(P)을 정의하는 피벗 배열체 - 상기 로터는 상기 2 개의 로터 블레이드(103, 105, 203, 205, 303, 305, 403, 405)를 동시에 상기 피벗 축(P)을 중심으로 상기 로터 마스트(109, 209, 309, 409)에 대해 피벗시키기 위해 상기 피벗 배열체에 의해 상기 로터 마스트(109, 209, 309, 409)에 피벗 가능하게 연결됨 -
    를 포함하는, 로터 조립체(101, 201, 301, 401)에 있어서,
    상기 종 방향(L) 및 상기 가상 평면(V)에서 상기 피벗 축(P)의 투영은 상기 가상 평면(V)에서 일정한 예각(A)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 로터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피벗 축(P)은 상기 회전축(R)에 실질적으로 수직인 것인, 로터 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 예각(A)은 10 도 내지 45 도 범위에 있는 것인, 로터 조립체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2 개의 로터 블레이드(103, 105, 203, 205, 303, 305, 403, 405)는 서로 강성으로 연결되는 것인, 로터 조립체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2 개의 로터 블레이드(103, 105, 203, 205, 303, 305, 403, 405)는, 상기 종 방향(L)으로, 상기 회전축(R)을 포함하는 추가 가상 평면(W)으로 연장되는 것인, 로터 조립체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 로터는 상기 2 개의 로터 블레이드(203, 205, 303, 305, 403, 405) 사이에 중앙 로터 부분(207, 307, 407)을 포함하고, 상기 로터 마스트(209, 309, 409)에 인접한 상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 반경 방향의 상기 중앙 로터 부분(207, 307, 407)의 치수(z)는 상기 가상 평면(V)에서 상기 2 개의 로터 블레이드(203, 205, 303, 305, 403, 405)에 의해 커버되는 블레이드 면적을 상기 종 방향(L)으로 상기 2 개의 로터 블레이드(203, 205, 303, 305, 403, 405)의 길이로 나눈 비율의 0.3 내지 2 배 범위에 있는 것인, 로터 조립체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 평면(V)에서 상기 종 방향(L)에 수직인 상기 2 개의 로터 블레이드(303, 305, 403, 405) 각각의 폭(y)은 상기 회전축(R)에 대한 거리(x)에 따라 감소하는 것인, 로터 조립체.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 종 방향에 수직인 방향으로 상기 가상 평면에서, 상기 2 개의 로터 블레이드 각각의 단면은 상기 단면의 제 1 측에 오목한 프로파일을 포함하고, 상기 제 1 측에 대향하는 상기 단면의 제 2 측에 볼록한 프로파일을 포함하는 것인, 로터 조립체.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2 개의 로터 블레이드(403, 405)는 일체형 구조(411)로서 형성되는 것인, 로터 조립체.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2 개의 로터 블레이드 각각은 상기 종 방향(L)으로 30 미터 연장되는 것인, 로터 조립체.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 로터 조립체(401) 및 지지 구조물(517)을 포함하는 풍차(501)로서,
    상기 로터 조립체(401)는 상기 지지 구조물(517)에 대해 상기 회전축(R)을 중심으로 상기 2 개의 로터 블레이드를 회전시키기 위해 상기 로터 마스트(409)에 의해 상기 지지 구조물(517)에 회전 가능하게 부착되는, 풍차.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 풍차(501)는 전기를 생성하기 위한 발전기(519)를 포함하고, 상기 로터 조립체(401)는 상기 회전축(R)을 중심으로 상기 로터 조립체(401)의 회전 시 상기 전기를 생성하기 위해 상기 발전기(519)에 결합되는 것인, 풍차.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터 조립체(401)는 상기 지지 구조물(517)의 제 1 위치에서 상기 지지 구조물(517)에 회전 가능하게 부착되고, 상기 풍차(501)는 물(525)에 상기 풍차(501)를 부유시키기 위한 부유체(521)를 더 포함하고, 상기 부유체(521)는 상기 로터 조립체(401)로부터 거리를 두고 상기 지지 구조물(517)에 부착되고, 상기 로터 조립체(401)는 사용 시 풍속(AF)의 증가가 상기 로터 조립체(401)의 상기 회전축(R)이 직립 포지션을 향해 이동하게 하도록 상기 지지 구조물(517)에 부착되는 것인, 풍차.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 풍차(501)는 상기 지지 구조물(517)의 제 2 위치에서 상기 지지 구조물(517)에 부착되는 카운터 웨이트(counterweight)(523)를 포함하고, 상기 부유체(521)는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 상기 지지 구조물(517)에 부착되고, 상기 카운터 웨이트(523)는 상기 로터 조립체(401)가 상기 지지 구조물(517)에 대해 상기 회전축(R)을 중심으로 회전하지 않을 때 상기 물(525)의 수면(527) 위로 상기 로터 조립체(401)를 들어 올리도록 배열되는 것인, 풍차.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 풍차(501)는 상기 지지 구조물(517)의 제 3 위치에서 상기 지지 구조물(517)에 연결되는 균형 부표(529)를 포함하고, 상기 제 3 위치는 상기 부유체(521)와 상기 로터 조립체(401) 사이에 있으며, 상기 균형 부표(529)는 상기 로터 조립체(401)를 상기 물(525)의 상기 수면(527)을 향해 끌어 당기도록 배열되는 것인, 풍차.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 균형 부표(529)는 상기 로터 조립체(401)를 상기 물(525)의 상기 수면(527) 위의 높이로 이동시키도록 상기 균형 부표(529)와 상기 지지 구조물(517) 사이의 거리를 변화시키기 위해, 조정 요소를 통해 상기 지지 구조물(517)에 연결되는 것인, 풍차.
  17. 제 11 항에 따른 복수의 풍차(501)를 포함하는 풍력 발전 단지(601)로서,
    상기 복수의 풍차(501) 중 이웃하는 풍차(501) 사이의 공칭 상호 거리(MD)는 상기 로터의 직경의 1 내지 6 배 범위에 있는, 풍력 발전 단지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공칭 상호 거리(MD)는 상기 공기 흐름의 방향인 것인, 풍력 발전 단지.
  19. 제 11 항에 따른 복수의 풍차(501)를 포함하는 풍력 발전 단지로서,
    상기 풍력 발전 단지의 용량은 15 내지 50 MW/km2 범위인, 풍력 발전 단지.
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