KR100754966B1 - 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템 - Google Patents

수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템 Download PDF

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이철균
신지영
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Abstract

본 발명은 수평풍력발생기와 수직풍력발생기의 회전력을 구동래칫과 승강래칫으로 차단, 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력에너지를 전달할 수 있는 시스템으로 구축한 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템에 관한 것으로, 몸체(11) 하측에는 수직으로 연결되는 연결관(15)에 의해 몸체(11)와 일체로 형성되는 래칫케이스(12)가 구비되고, 몸체(11) 내부에는 수평블레이드(13)의 수평 회전력을 전달하는 전달축(14)이 마련되며, 베벨기어(16a)가 상측에 결합되고 하측에는 구동래칫(17)을 갖는 구동축(16)으로 구성된 수평풍력발생기(10)와; 고정판(27)에 고정축(28)이 결합되고, 수개의 수직블레이드(23)가 결합고정되는 중공회전축(24)이 결합되며, 링기어(25)와 맞물리고 안치판(29)에 회전가능토록 설치되는 유성기어(25a)가 결합되며, 선기어(26b)가 발전축(26a) 선단에 결합된 발전기(26)를 고정축(28) 내부에 장착하며, 전력변환장치(50)가 고정판(27) 내측으로 장착되고, 상기 발전축(26a)의 끝부분에 스플라인 이음되고 바깥둘레에 스프링(32)이 끼워지는 승강축(31)이 하향돌출되고 구동래칫(17)과 맞물리는 승강래칫(30)으로 결합된 수직풍력발생기(20)로 구성된 것에 특징이 있다.
풍력, 수직풍력날개(Blade), 수평풍력날개(Blade), 구동래칫, 승강래칫

Description

수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템{Horizontal/Vertical Axis Composite Blade type Wind force Generation System}
도 1은 본 발명의 내부구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 외부형상을 보인 정면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10:수평풍력발생기, 11:몸체, 12:래칫케이스, 13:수평블레이드,
14:전달축, 14a:베벨기어, 15:연결관, 16:구동축, 16a:베벨기어,
17:구동래칫, 18:베어링, 19:꼬리날개
20:수직풍력발생기, 21:상부캡, 22:하부캡, 23:수직블레이드,
24:중공회전축, 25:링기어, 25a:유성기어, 26:발전기, 26a:발전축,
26b:선기어, 27고정판, 28:고정축, 28a:베어링, 29:안치판
30:승강래칫, 31:승강축, 32:스프링
40:고정대, 40a:베어링
50:전력변환장치
본 발명은 풍력을 이용하여 전기 동력을 얻는 풍력발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수평풍력발생기와 수직풍력발생기의 회전력을 구동래칫과 승강래칫으로 차단, 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력에너지를 전달할 수 있도록 한 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 발전장치는 태양열이나 지열, 수력, 조력, 풍력 등 여러가지의 자연 에너지원으로부터 동력을 얻어 발전장치에 전기에너지로 축전하게 된다.
상기 여러 형태의 자연 에너지를 동시에 이용하여 동력을 얻는 발전장치로는 대한민국 등록특허 제10-0444616호의 "태양광/풍력복합 발전 시스템"과 대한민국 공개특허공보의 공개번호 특2001-0016571호의 "조력, 풍력 및 태양열 복합발전장치" 등이 있다.
한편, 자연 에너지원 중 풍력을 이용한 발전장치로는 대한민국 등록특허 제 10-0420537호의 "풍력발전기의 회전력 결합장치"와 대한민국 특허공보의 공개번호 특1996- 0007401의 "복합 입력형 풍력장치"가 있다.
그러나, 상기 선출원된 자연에너지를 이용한 발전장치는 발전량을 최대화하기 위해 대형으로 제작설치되며, 이 때문에 넓은 설치면적과 장치의 대형화에 따른 대규모의 설치비용이 요구되며, 각종 진동과 소음이 발생하여 인근 주택가의 민원 을 야기하는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 본 발명은 대형 풍력발전기의 설치장소 및 비용을 고려하여 소형의 풍력발전기로 구성하고, 수평풍력발생기와 수직풍력발생기의 회전력을 구동래칫과 승강래칫으로 차단, 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력에너지를 전달할 수 있도록 하므로서, 경제적인 비용으로 발전시스템을 구성할 수 있고, 진동, 소음을 최소화하여 주택 인근지역에도 발전장치의 설치를 용이하게 할 수 있도록 하는 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템을 제공코져 함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기위한 본 발명의 구성을 이하 첨부되는 도면과 함께 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명은 몸체(11) 일측에 수평블레이드(13)가 장착되고 타측에는 꼬리날개(19)가 형성되며, 하측에는 수직으로 연결되는 연결관(15)에 의해 몸체(11)와 일체로 형성되는 래칫케이스(12)가 구비되고,
몸체(11) 내부에는 수평블레이드(13)의 수평 회전력을 전달하는 전달축(14)이 마련되며, 전달축(14)의 베벨기어(14a)와 맞물리는 베벨기어(16a)가 상측에 결합되고 하측에는 구동래칫(17)을 갖는 구동축(16)으로 구성된 수평풍력발생기(10) 와;
고정대(40)의 상측에 마련된 고정판(27)에 고정축(28)이 결합되고, 상부캡(21)과 하부캡(22)의 사이에 수개의 수직블레이드(23)가 결합고정되며 베어링(28a)에 의해 고정축(28) 바깥둘레에 회전가능토록 지지되는 중공회전축(24)이 결합되며,
중공회전축(24)의 상부 내측둘레면에 형성된 링기어(25)와 맞물리고 고정축 (28)상부에 안착고정된 안치판(29)에 회전가능토록 설치되는 유성기어(25a)가 결합되며,
유성기어(25a)와 맞물리는 선기어(26b)가 발전축(26a) 선단에 결합된 발전기(26)를 고정축(28) 내부에 장착하며,
발전기(26)와 전력선으로 연결되는 전력변환장치(50)가 고정판(27) 내측으로 장착되고,
상기 발전축(26a)의 끝부분에 스플라인 이음되고 바깥둘레에 스프링(32)이 끼워지는 승강축(31)이 하향돌출되고 구동래칫(17)과 맞물리는 승강래칫(30)으로 구성된 수직풍력발생기(20)로 구성된 것에 특징이 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 풍력에너지 축전과정과 함께 상세히 살펴보기로 한다.
풍력을 이용한 발전기는 바람이 강하고 장기간 지속적으로 발생하는 장소에 설치하는 것으로, 발전량을 최대화하기 위해 대형으로 제작설치되며, 이 때문에 넓은 설치면적과 장치의 대형화에 따른 대규모의 설치비용이 요구된다.
본 발명은 종래의 대형 풍력발전기의 설치장소 및 비용을 고려하여 소형의 풍력발전기로 구성하고 회전소음을 최소화하여 주택 인근에도 설치를 용이하게 할 수 있도록 한 것인 바,
수평풍력발생기(10)는 수평블레이드(13)가 바람에 의해 회전하게 되면 풍력은 수평블레이드(13)와 연결된 전달축(14)을 회전시키게 된다.
전달축(14)이 회전하면서 풍력에 의한 수평 회전력은 전달축(14) 선단에 형성된 베벨기어(14a)와 맞물린 구동축(16)의 베벨기어(16a)에 전달되면서 수직 회전력으로 전환되어 구동축(16)을 회전시키게 된다.
구동축(16)의 수직 회전력은 구동래칫(17)에 맞물린 승강래칫(30)으로 전달되고 승강래칫(30)의 승강축(31)과 스플라인 이음된 발전축(26a)을 회전시키게 됨으로서 수평풍력발생기(10)의 수평 회전력이 최종적으로 발전기(26)에 전달되어 축전되는 것이다.
상기 수평풍력발생기(10)의 작동과정에서 꼬리날개(19)에 의해 수평블레이드(13)는 풍력이 작용하는 방향으로 정렬하면서 회전하게 되며, 몸체(11)와 연결관(15)에 의해 일체로 연결된 래칫케이스(12)는 베어링(18)에 의해 상부캡(21)의 상부에서 아이들링 상태로 결합되어 몸체(11)가 풍력이 발생하는 방향으로 자유롭게 회전할 수 있게 되는 것이다.
일반적으로 수평블레이드(13)는 풍력이 작용하는 방향에 대하여 직각으로 설치되어 그 회전속도가 수직블레이드(23)에 비하여 빠른 특성이 있다.
한편, 수직풍력발생기(20)는 상부캡(21)과 하부캡(22) 사이에 결합된 수개의 수직블레이드(23)가 풍력에 의해 회전하게되면, 상,하부캡(21)(23)과 일체로 형성된 중공회전축(24)이 회전하게 된다.
상기 중공회전축(24)은 베어링(28a)에 의해 고정축(28)을 중심으로 아이들링 상태로 회전하는 것이며, 하부캡(22)은 고정대(40)상면에 안착된 베어링(40a)에 의해 자유롭게 회전하는 것이다.
중공회전축(21)이 회전하게 되면 상부 내측면에 형성된 링기어(25)와 맞물린 유성기어(25a)를 회전시키고, 이들 유성기어(25a)와 맞물린 선기어(26b)가 회전하여 발전축(26a)을 회전시키게 되므로 풍력을 받은 수직블레이드(23)의 수직 회전력이 최종적으로 발전기(26)에 전달되어 축전되는 것이다.
상기 발전기(26)에 발생된 전기에너지는 전력변환장치(50)로 전달되어 외부전력선을 통하여 전기를 공급할 수 있게 된다.
상기 수평풍력발생기(10)와 수직풍력발생기(20)의 축전과정에서, 수평블레이드(13)와 수직블레이드(23)는 블레이드의 형상에 의하여 풍력이 작용하는 방향의 변화와는 상관없이 항상 일정한 방향으로 회전하나, 회전속도는 블레이드 형상에 따라 달라진다.
구동래칫(17)과 승강래칫(30)은 수평블레이드(13)와 수직블레이드(23)의 회전속도 차이를 극복하기 위하여 평면형상으로 구성되고, 스프링(32)의 팽창력에 의해 상호 맞물린 상태에서 수평블레이드(13)의 회전속도가 수직블레이드(23)에 비하 여 느릴 경우는 래칫작용의 원리에 의해 승강래칫(30)은 구동래칫(17)의 경사진 나사산면을 타고 내려가면서 스프링(31)을 수축시키며 하강하게 됨으로서 수평블레이드(13)의 회전력을 차단하게 된다.
구동래칫(17)과 승강래칫(30)이 분리된 상태에서는 수직풍력발생기(10)에 의해 발생되는 회전력이 발전기(26)에 축전된다.
한편, 수평블레이드(13)의 회전속도가 수직블레이드(23)에 비하여 빠를 경우에는 구동래칫(17)과 승강래칫(30)은 스프링(32)의 팽창력에 의해 상호 맞물리게 되고 구동축(16)보다 늦게 회전하는 발전축(26a)에 회전력을 부가하여 발전기(26)에 축전되도록 하는 것이다.
즉, 수평풍력발생기(10)의 수평블레이드(13)의 소형화에 따른 출력저하를 수직풍력발생기(20)로 보강하고, 수직풍력발생기(20)는 수평풍력발생기(10)에 비하여 초기 기동을 위한 회전력이 크게 필요하므로, 수평풍력발생기(10)의 회전력 일부를 수직풍력발전기(20)에 전달되도록 함으로서 초기 기동을 원활히 할 수 있는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 대형 풍력발전기의 설치장소 및 비용을 고려하여 소형의 풍력발전기로 구성하고, 수평풍력발생기(10)와 수직풍력발생기(20)의 회전력을 구동래칫(17)과 승강래칫(30)으로 차단, 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력에너지를 전달할 수 있도록 함으로서, 경제적인 비용으로 발전시스템을 구성할 수 있게 되고, 진동, 소음을 최소화하여 주택 인근지역의 민원을 방지할 수 있게 되는 등 그 기대되는 가치가 매우 우수한 발명이다.

Claims (1)

  1. 몸체(11) 일측에 수평블레이드(13)가 장착되고 타측에는 꼬리날개(19)가 형성되며, 하측에는 수직으로 연결되는 연결관(15)에 의해 몸체(11)와 일체로 형성되는 래칫케이스(12)가 구비되고, 몸체(11) 내부에는 수평블레이드(13)의 수평 회전력을 전달하는 전달축(14)이 마련되며, 전달축(14)의 베벨기어(14a)와 맞물리는 베벨기어(16a)가 상측에 결합되고 하측에는 구동래칫(17)을 갖는 구동축(16)으로 구성된 수평풍력발생기(10)와;
    고정대(40)의 상측에 마련된 고정판(27)에 고정축(28)이 결합되고, 상부캡(21)과 하부캡(22)의 사이에 수개의 수직블레이드(23)가 결합고정되며 베어링(28a)에 의해 고정축(28) 바깥둘레에 회전가능토록 지지되는 중공회전축(24)이 결합되며, 중공회전축(24)의 상부 내측둘레면에 형성된 링기어(25)와 맞물리고 고정축 (28)상부에 안착고정된 안치판(29)에 회전가능토록 설치되는 유성기어(25a)가 결합되며, 유성기어(25a)와 맞물리는 선기어(26b)가 발전축(26a) 선단에 결합된 발전기(26)를 고정축(28) 내부에 장착하며, 발전기(26)와 전력선으로 연결되는 전력동기장치(50)가 고정판(27) 내측으로 장착되고, 상기 발전축(26a)의 끝부분에 스플라인 이음되고 바깥둘레에 스프링(32)이 끼워지는 승강축(31)이 하향돌출되고 구동래칫(17)과 맞물리는 승강래칫(30)으로 결합된 수직풍력발생기(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템.
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