KR100815865B1 - 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임의 방향에서 불어오는 바람을 모두 흡수하여 발전에 이용할 수 있는 구조의 풍력발전기에 관한 것이다. 그 구성은; 개별적으로 회전될 수 있게끔 설치되는 수개의 회전날개부(2); 일단이 상기 각 회전날개부(2)에 연결되는 수개의 유연성 케이블(8); 상기 케이블(8)로 인가되는 회전력에 의해 개별적으로 회전될 수 있도록 상기 케이블(8)의 타단이 회전중심에 각각 연결되는 상기 회전날개부(2)와 동일한 개수의 유성기어(10); 상기 모든 유성기어(10)와 동시에 치합되는 선기어(12); 상기 선기어(12)의 회전중심에 설치되는 중심축(14); 상기 중심축(14)에 연결되는 발전부(16)를 포함한다.

풍차, 풍력, 발전, 날개,

Description

풍력발전기{windmill generator}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서, 다방향에서 불어오는 바람을 모두 흡수하여 발전에 이용할 수 있는 구조의 풍력발전기에 관한 것이다.

풍차 또는 풍력발전기는 풍력 에너지를 회전운동에너지로 전환하고 이를 전기에너지로 변환하기 위한 것으로서, 오랜 세월 사용되어 왔으며 다양한 형태로 개발되어 왔다. 풍속 내지 풍향이 항상 일정한 것은 아니기 때문에 풍차가 무용지물이 되는 시간이 존재하기 마련이었으며 이것이 풍차 내지 풍력발전기의 단점이기도 하다. 풍속이야 인간의 힘으로 콘트롤할 수 있는 한계 밖에 있다고 여겨지기 때문에 그에 대한 한계는 감수해야겠지만, 풍향에 대하여도 그러한 한계를 감수한다는 것은 실로 불합리하다. 이런 이유로 풍향 변화에도 불구하고 동일한 회전에너지 내지 전기에너지를 획득하고자 많은 노력이 있어왔다. 통상적으로는 팬(fan) 내지 임펠러(impeller)의 형상 및 구조를 개선하는 방향으로 초점이 맞추어져 왔었다.

본 발명은 그 노력의 일환으로서 보다 단순한 구조로서 풍향변화에 대응할 수 있는 풍차 내지 풍력발전기를 제공하고자 하는 것을 기본적 목표로 한다. 나아가 여러개의 동축케이블로부터 전달되는 회전력을 선택적으로 하나의 출력축으로 전달할 수 있게 하는 동력전달구조를 제공하는 것을 구체적인 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 임의의 방향에서 불어오는 바람에 의해 개별적으로 회전될 수 있게끔 설치되는 수개의 회전날개부; 상기 회전날개부의 회전력을 전달하기 위해 일단이 상기 각 회전날개부에 연결되는 수개의 유연성 케이블; 상기 케이블의 회전에 의해 개별적으로 회전될 수 있도록 상기 케이블의 타단이 회전중심에 각각 연결되는 상기 회전날개부와 동일한 개수의 유성기어; 상기 모든 유성기어와 동시에 치합되는 선기어; 상기 선기어의 회전중심에 설치되는 회전축; 상기 회전축에 연결되는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 회전날개부는 2 ~ 4개가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 유성기어는 일방향으로는 상기 케이블과 함께 회전하며 타방향으로는 공회전을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회전날개부를 구성하는 단위 날개는 일면은 옴폭 패였고 타면은 볼록하게 되어 있는 컵 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회전날개부는 1 ~ 6개의 단위날개로 구성되며, 각 단위날개는 일면은 옴폭 패였고 타면은 볼록하게 되어 있는 그릇 또는 버킷(bucket) 형태일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회전날개부는 지상으로부터의 높이가 서로 다르게 설치되어 평면적을 좁힐 수 있게 된다.

위와 같은 구성에 의하면, 방향을 달리하여 바람이 불더라도 풍속이 있기만 하다면 상기 선기어를 회전시킬 수 있고 따라서 발전이 가능한 풍력발전기가 제공된다. 또한 단순한 구성에 의해 제조비용이 저렴하게 된다. 구조적 특징상 장치의 규모를 다양하게 할 수 있어 다양한 용도로 활용이 가능한 풍력발전기가 제공된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 개략적 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 개략적 평면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 구동부의 사시도이다. 도 4는 유성기어 및 선기어의 평면 구성도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 풍력발전기의 측면도이다.

수개의 회전날개부(2)가 임의의 방향에서 불어오는 바람에 의해 개별적으로 회전될 수 있게끔 프레임(4) 상에 설치된다. 각 회전날개부(2)는 베어링에 의해 기계적 회전저항을 적게 받도록 함이 바람직하다. 각 회전날개부(2)의 회전축(6)에는 회전력을 외부로 전달하기 위한 케이블(8)이 각각 연결된다. 이 케이블(6)은 유연성으로서 차량의 기계식 속도계 등에서 널리 사용되는 것이다. 그의 개략적 구성은 PVC 등 합성수지로 된 튜브 내에 와이어가 회전 가능하게 내재되어 있는 구성을 가진다. 와이어의 회전저항을 감소시키기 위해 튜브 내면에는 세선(細線)이 직조된 형태의 금속튜브가 더 개입되기도 한다. 와이어의 단부는 다각형 단면을 가지는 회전핀이 튜브로부터 돌출되게 연결된다. 이 회전핀은 소정의 외부장치로 연결되어 회전력을 전달받거나 인가하게 된다. 이는 통상 차량 등지에서 기계적으로 회전속도를 측정하기 위한 수단으로 널리 사용되는 것이므로 더 이상의 상세한 설명을 생략한다.

케이블(8)의 일단은 회전날개부의 회전축(6)에 연결되고, 타단은 유성기어(10)에 각각 연결된다. 유성기어(10)는 상기 케이블(8)의 회전력 전달에 의해 개별적으로 회전될 수 있도록 상기 회전날개부(2)와 동일한 개수로 제공된다. 케이블(8)의 출력단이 유성기어(10)의 회전중심에 각각 연결된다. 유성기어(10)는 후술되는 선기어(12, sun gear)와의 설치관계를 고려하여 유성기어(planetary gear)라고 호칭된다.

선기어(12)가 각각의 케이블(8)에 연결되는 모든 유성기어(10)와 동시에 치합되도록 프레임(4)에 회전 가능하게 설치된다. 바람직하게 선기어(12)는 치수(齒 數)가 가장 많으며 유성기어는 그보다 1/2 ~ 1/5 가량 작다. 그의 구체적 개수는 불문한다.

중심축(14)이 선기어(12)의 회전중심에 설치되어 유성기어(10)의 회전에 의해 회전될 수 있게 된다. 중심축(14)의 회전속도는 일단의 기어열에 의해 증가되거나 또는 감소될 수 있으며 이는 설치환경에 따른 설계상의 문제이다. 중심축(14)은 발전부(16)에 연결된다. 발전부(16) 및 그 이하의 구성은 실로 다양하게 구성될 수 있으므로 그에 대한 설명은 본 발명의 권리범위와 관계가 적다. 심지어 중심축(14)의 회전력은 전기적 에너지를 얻기 위해 사용되지 않고 기계적 에너지만을 얻기 위해 활용될 수 있다. 이러한 이유로 본 발명의 권리범위는 기본적 원리를 동일하게 사용하는 한, 발전(發電)의 용도을 벗어난 용도의 실시에까지도 미친다.

회전날개부(2)는 임의 방향에서 불어오는 바람을 맞을 수 있도록 일정한 이격 각도로 2 ~ 4개가 설치된다. 하나의 회전날개부(2)는 한 개 이상 특히 1 ~ 6개의 단위날개(18)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 복수개의 단위날개(18)가 설치되는 경우에는 각 단위날개(18)는 회전축(6)에 방사 대칭적으로 설치되어 하나의 회전날개부(2)를 구성한다. 본 실시예에 의하면 단위날개(18)는 일면은 옴폭 패였고 타면은 볼록하게 되어 있는 그릇 또는 버킷(bucket) 형태이다. 도시된 바에 의하면 단위날개(18)가 절곡된 형태로서 모서리가 있지만, 곡선형태로 부드럽게 사출 또는 프레스로 제작할 수 있다. 즉, 단위날개(18)의 구체적 형태는 얼마든지 변형 가능하며 재질 또한 다양하게 선택될 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면 유성기어(10)는 일방향으로는 상기 케이블(8)과 함께 회전하며 타방향으로는 공회전을 하는 것을 특징으로 한다. 이것은, 특정방향에서 바람(W1, 도 2 참조)이 불어올 때 하나의 회전날개부(2a)를 원활히 회전시킬 수 있지만, 다른 회전날개부(2b)를 역방향으로 회전시킬 수 있는 가능성도 있기 때문에 고려되는 것이다. 다른 회전날개부(2a)의 역방향의 회전은 원활히 회전하는 회전날개부(2a)에 대하여는 회전저항으로 되기 때문이다.

이러한 문제를 달성하기 위해서는, 유성기어(10)와 케이블(8) 사이에 래칫(20, 도 3 참조)과 같은 통상의 일방향 동력전달수단을 개입시킴으로써 충분히 달성 가능하다.

본 발명에 의한 풍력발전기의 작용상태를 도 4를 참조하여 설명한다. 회전날개부(2)는 곧 각각의 유성기어(10)와 연결되므로 이하에서는 유성기어(10) 및 선기어(12)의 작용관계를 가지고 설명한다.

임의적 각도로 개별적으로 놓여 있는 수 개의 회전날개부(2) 가운데 최소한 어느 하나의 회전날개부(2)에 연결되는 유성기어(10a)는 임의의 방향에서 불어오는 바람(W2)에도 회전될 가능성이 충분히 크게 된다. 어느 하나의 유성기어(10a)의 회전에 의해 다른 유성기어(10b, 10c 또는 10d)에도 회전력이 전달되게 된다. 따라서 일정 시간이 지난 후에는 모든 유성기어(10)가 동일방향으로 회전되는 결과가 된다. 만약 어느 유성기어(예를 들어 10c)에 연결된 회전날개부에 역방향으로의 회전력이 가해지게 되면, 해당되는 유성기어(10c)는 전술한 래칫(20)과 같은 일방향 동력전달수단에 의해 공회전을 하게 된다.

본 발명의 다른 실시예가 도 5에 표현된다. 본 실시예에 의하면, 수개의 회전날개부(2)는 지상으로부터의 높이가 서로 다르도록 설치된다. 이는 풍력발전기의 설치시 그가 차지하는 평면적을 좁히기 위한 것이다. 즉, 본 실시예에 의하면 풍력 발전기는 지면에 대하여 수직방향으로 높게 설치되게 된다. 기타 세부구성은 종전 실시예와 동일하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 개략적 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 개략적 평면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 풍력발전기의 구동부의 사시도이다.

도 4는 유성기어 및 선기어의 평면 구성도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 풍력발전기의 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 ; 회전날개부 4 ; 프레임

6 ; 회전축 8 ; 케이블

10 ; 유성기어 12 ; 선기어

14 ; 중심축 16 ; 발전부

18 ; 단위날개 20 ; 래칫

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 임의의 방향에서 불어오는 바람에 의해 개별적으로 회전될 수 있게끔 설치되는 수개의 회전날개부(2); 상기 회전날개부(2)의 회전력을 전달하기 위해 일단이 상기 각 회전날개부(2)에 연결되는 수개의 유연성 케이블(8); 상기 케이블(8)로 인가되는 회전력에 의해 개별적으로 회전될 수 있도록 상기 케이블(8)의 타단이 회전중심에 각각 연결되는 상기 회전날개부(2)와 동일한 개수의 유성기어(10); 상기 모든 유성기어(10)와 동시에 치합되는 선기어(12); 상기 선기어(12)의 회전중심에 설치되는 중심축(14); 상기 중심축(14)에 연결되는 발전부(16)를 포함하는 것에 있어서;

   상기 유성기어(10)가 일방향으로는 상기 케이블(8)과 함께 회전하며 타방향으로는 공회전을 하도록, 상기 유성기어(10)와 상기 케이블(8)은 래칫(20)과 같은 일방향 동력전달수단을 매개하여 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
4. 제3항에 있어서, 상기 회전날개부(2)는 1 ~ 6개의 단위날개(18)로 구성되며, 각 단위날개(18)는 일면은 옴폭 패였고 타면은 볼록하게 되어 있는 그릇 또는 버킷(bucket) 형태인 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
5. 제3항에 있어서, 상기 회전날개부(2)는 지상으로부터의 높이가 서로 다르게 설치되어 설치시 평면적을 좁힐 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.

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