KR100880241B1 - 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치 - Google Patents

풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기의 날개장치에 관한 것으로서, 3겹, 4겹의 날개를 설치하여 고효율의 동력을 얻을 수 있도록 한 풍력 발전 시스템의 날개장치에 관한 것이다. 본 발명은, 제1날개와, 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 제1날개 보다 크게 구성되는 제2날개와; 제3날개와; 상기 제1,제2날개를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개를 타측부에 설치하며, 베벨기어의 조합에 의해 수직 회전축으로 3개의 날개로부터 얻어지는 회전력을 전달하는 기어박스와; 바람의 방향에 따라 상기 기어박스를 회전시켜 날개가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(50)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
풍력, 발전, 다겹, 날개, 베벨기어, 기어, 꼬리날개

Description

풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치{Multi-blade apparatus for wind power generate system}
본 발명은 풍력 발전 시스템의 날개 장치에 관한 것으로, 특히 날개를 다겹으로 배열하되, 서로 크기가 다른 날개를 2겹 설치하여 날개들 간의 상호 간섭을 배제하여 소음을 줄이고, 효율을 월등히 향상시키도록 한 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치에 관한 것이다.
풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전장치는 종래부터 많은 종류가 있었다. 특히, 최근에는 풍차에 2겹의 날개를 설치하고, 이들 날개를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 그 회전력을 발전기의 회전축에 전달하여 효율을 높이고자하는 풍력발전기들도 알려져 있다.
도 1은 종래 2겹 날개를 가진 풍력발전기의 개요도이다.
정면에서 불어오는 바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(1)와, 그 제1날개(1)의 후방에 설치되어 제1날개(1)와는 반대방향으로 회전되는 제2날개(2)와, 상기 제1날개(1)와 제2날개(2)의 회전축(1a)(2a)의 회전력을 수직 회전축(4)으로 전달하는 기어박스(3)와, 상기 수직 회전축(4)의 회전력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전기(5)와, 상기 기어박스(3)의 후단에 설치되어 바람의 방향에 의해 상기 기어박스(3)를 회전시켜 상기 제1,제2날개(1)(2)가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 회전시키기 위한 꼬리날개(6)를 포함하여 구성된다. 통상 상기 제2날개(2)의 회전축(2a)은 원통형으로 구성되어 제1날개(1)의 회전축(1a)이 내부로 통과하도록 구성되고, 기어박스(3) 내부에서 제1, 제2날개(1)(2)의 회전축(1a)(2a)의 단부에 원뿔기어(1b)(2b)가 설치되며, 상기 수직 회전축(4)에 상기 원뿔기어(1b)(2b)와 맞물려 베벨기어로 구성되는 원뿔기어(3a)가 설치되어 구성된다.
상기와 같은 구성의 2겹 날개 풍력발전기는, 상기 제1날개(1)의 회전축(1a)의 단부에 형성된 원뿔기어(1b)는 수직 회전축(4)의 원뿔기어(3a)의 후단측에 결합되고, 상기 제2날개(2)의 회전축(2a)에 형성된 원뿔기어(2b)는 상기 수직 회전축(4)의 원뿔기어(3a)의 전단측에 결합된다.
따라서, 2개의 날개가 서로 다른 방향으로 회전하여 기어박스(3) 내부의 베벨기어 결합에 의해 수직 회전축(4)에 한 방향으로 회전력을 전달하도록 구성된 것이다.
그러나 상기와 같은 2겹 날개의 구조에 있어서, 서로 반대 방향으로 회전하기 때문에 소음이 많이 발생된다. 또한, 소형 이상인 경우 제작에 어려움이 많고, 2개의 날개가 상호 일치하는 지점에서 공기밀도의 순간 변화가 심하여(압축 및 진공) 소음 이외에도 진동이 발생되며, 순간적으로 역회전 현상에 의해 효율이 저하된다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 3겹의 날개를 설치하되, 서로 반대방향으로 회전되도록 2겹으로 설치되는 날개는 서로 크기가 다르게 함으로써 소음발생 및 날개가 일치되는 지점에서의 역회전 현상을 방지하여 효율을 월등히 향상시킬 수 있도록 한 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 정면에 서로 다른 크기의 2겹 날개를 설치하고, 후면에 또 다른 날개를 설치하여 3겹 날개를 설치한 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치를 제공하기 위한 것이다.
또, 본 발명은 정면에 서로 다른 크기의 2겹 날개와, 후면에 서로 다른 크기의 2겹 날개를 설치하여 4겹의 날개를 설치한 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 3겹 날개를 설치함에 있어서 꼬리 날개를 후방 날개부의 뒤로 인출시켜 꼬리날개를 설치하는 구조와, 기어박스 상부에 설치하는 구조의 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치는,
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회 전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개장치에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개와;
상기 제1날개의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개보다 크게 구성되는 제2날개와;
상기 제1날개와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개와;
상기 제1,제2날개를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개와 제3날개의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어에 전달하고, 상기 제2날개의 역방향 회전력을 다른 베벨기어에 전달하며, 상기 두 개의 베벨기어를 수직 회전축에 형성된 베벨기어의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축으로 전달하는 기어들이 설치되는 기어박스와;
상기 기어박스의 브라켓에 고정되는 샤프트가 제3날개의 후방으로 인출되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스를 상기 수직 회전축에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 기어박스는,
상기 기어박스의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스 내부로 인입되어 상기 제2날개의 중공 샤프트의 단부에 형성되는 제1베벨기어와,
상기 제1날개의 샤프트가 상기 제2날개의 중공샤프트의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 제1베벨기어의 외측으로 인출되어 그 제1날개 샤프트의 단부에 형성되는 제2베벨기어와;
상기 제2베벨기어의 후방에 설치되어 상기 제2베벨기어와 회전축을 공유하여 일체로 회전되는 보조기어와;
상기 제3날개의 중공샤프트가 상기 기어박스의 타측부에 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 그 제3날개의 중공샤프트 단부에 형성되는 제3날개 샤프트 기어와;
상기 제3날개 샤프트 기어의 회전력을 상기 보조기어에 전달하는 전달기어와;
상기 제1베벨기와 상기 제2베벨기어가 각각 일측과 타측에 기어 결합되어 제1,제2베벨기어의 회전력을 수직 회전축으로 전달하는 제3베벨기어를 포함하여 구성된다.
상기 꼬리날개의 샤프트가 상기 제3날개의 중공 샤프트에 회전가능하게 지지되고, 그 꼬리날개 샤프트가 기어박스의 중간 지지벽에 고정되어 설치된다.
본 발명의 다른 실시 예는,
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개 장치에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개와;
상기 제1날개의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개보다 크게 구성되는 제2날개와;
상기 제1날개와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개와;
상기 제1,제2날개를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개와 제3날개의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어에 전달하고, 상기 제2날개의 역방향 회전력을 다른 베벨기어에 전달하며, 상기 두 개의 베벨기어를 수직 회전축에 형성된 베벨기어의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축으로 전달하는 기어들이 설치되는 기어박스와;
상기 기어박스의 브라켓에 고정되어 상기 제3날개의 후방으로 인출되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스를 상기 수직 회전축에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 기어박스는,
상기 기어박스의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스 내부로 인입되어 상기 제2날개의 중공 샤프트의 단부에 형성되는 제1베벨기어와,
상기 제2날개의 중공샤프트의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 제1날개의 샤프트와, 상기 제3날개의 샤프트가 공통으로 연결되어 형성되 는 제2베벨기어와;
상기 제1베벨기와 상기 제2베벨기어가 각각 일측과 타측에 기어 결합되어 제1,제2베벨기어의 회전력을 수직 회전축으로 전달하는 제3베벨기어를 포함하여 구성된다.
상기 꼬리날개는, 기어박스 브라켓의 상하부에 고정결합되고 중간부가 천공되어 상기 제3날개가 위치되는 천공부가 형성되며, 후단부에 복수의 날개부가 형성되어 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예는,
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개장치에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개와;
상기 제1날개의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개보다 크게 구성되는 제2날개와;
상기 제1날개와 동일한 방향으로 회전되게 설치되되, 상기 제1,제2날개의 반대측면에 설치되는 제3날개와;
상기 제3날개의 안쪽에 설치되어 상기 제3날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제3날개의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제3날개보 다 크게 구성되는 제4날개와;
상기 제1,제2날개를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개, 제4날개를 타측부에 2겹으로 설치하며, 제2날개와 제4날개의 중공 샤프트에 각각 형성되는 제1,제4베벨기어와, 상기 제1날개와 제3날개의 샤프트가 각각 상기 제2날개와 제4날개의 중공샤프트에 회전가능하게 지지되어 삽입되어 일체로 고정되는 제2베벨기어와, 상기 제1,제2베벨기어를 각각 일측과 타측에 결합하여 수직회전축에 동일방향으로 회전력을 전달하는 제3베벨기어와, 상기 제3베벨기어의 하부의 수직 회전축에 형성되어 상기 제4베벨기어와 결합되는 제5베벨기어를 포함하는 기어박스와;
상기 기어박스의 브라켓에 상부에 고정되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스를 상기 수직 회전축에 대해 회전시켜 제1,제2,제3, 제4날개가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은, 다겹의 날개를 구성함으로써 바람을 이용하는 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 2겹의 날개를 서로 다른 크기로 설치하고, 반대측에 또 다른 날개를 설치함으로써 날개들 간의 간섭을 최소화하여 소음발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 다겹 날개를 갖는 풍력발전 시스템의 구성도이다.
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축(60)에 전달하고, 그 수직회전축(60)의 회전력으로 발전기(90)를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
상기 제1날개(10)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개(10)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개(10)보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개(40)와;
상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40)를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어(12)에 전달하고, 상기 제2날개(20)의 역방향 회전력을 다른 베벨기어(22)에 전달하며, 상기 두개의 베벨기어(12)(22)를 수직 회전축에 형성된 베벨기어(61)의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축(60)으로 전달하는 기어들이 설치되는 기어박스(30)와;
상기 기어박스(30)의 브라켓에 고정되는 샤프트(51)가 제3날개의 후방으로 인출되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개(10)(20)(40)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(50)와;
상기 기어박스(30)의 하부로 인출되는 수직 회전축(60)에 설치되어 바람의 속도가 소정속도 이상일 때 브레이크 기능을 하는 브레이크장치(80)와;
상기 브레이크 장치(80)의 하부에 설치되어 상기 수직회전축의 회전력을 전기로 생산하는 발전기(90)를 포함하여 구성된다.
상기 기어박스(30)는,
상기 기어박스(30)의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스(30) 내부로 인입되어 상기 제2날개(20)의 중공 샤프트(21)의 단부에 형성되는 제1베벨기어(22)와,
상기 제1날개(10)의 샤프트(11)가 상기 제2날개(20)의 중공샤프트(21)의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 제1베벨기어(22)의 외측으로 인출되어 그 제1날개(10) 샤프트(11)의 단부에 형성되는 제2베벨기어(12)와;
상기 제2베벨기어(12)의 후방에 설치되어 상기 제2베벨기어(12)와 회전축을 공유하여 일체로 회전되는 보조기어(44)와;
상기 제3날개(40)의 중공샤프트(41)가 상기 기어박스(30)의 타측부에 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 그 제3날개(40)의 중공샤프트(41) 단부에 형성되는 제3날개 샤프트 기어(42)와;
상기 제3날개 샤프트 기어(42)의 회전력을 상기 보조기어(44)에 전달하는 전달기어(43)와;
상기 제1베벨기(22)와 상기 제2베벨기어(12)가 각각 일측과 타측에 기어 결 합되어 제1,제2베벨기어(22, 12)의 회전력을 수직 회전축으로 전달하는 제3베벨기어(61)를 포함하여 구성된다.
상기 꼬리날개(50)의 샤프트(51)가 상기 제3날개(40)의 중공 샤프트(41)에 회전가능하게 지지되고, 그 꼬리날개 샤프트(51)가 기어박스(30)의 중간 지지벽에 고정되어 설치된다.
여기서, 도 2의 도면부호 70은, 축 커플러로서, 수직 회전축(60)과 브레이크장치(80) 사이의 축 결합을 위한 것인데 본 발명에서는 상세히 설명하지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 크기가 서로 다른 날개의 회전 반경 예시도이다. 이에 도시된 바와 같이 제1날개(10)와 제2날개(20)의 크기가 서로 다르게 구성한 것으로서, 제1날개(10)의 회전 반경의 외측에 제2날개(20)가 바람을 맞을 수 있도록 더 크게 구성되고, 비틀림 방향을 서로 다르게 하여 서로 반대방향으로 회전되도록 구성된다. 이는 제1날개(10)와 제2날개(20)가 서로 반대방향으로 회전되면서 날개가 겹칠 때 공기밀도 차이가 발생되어 소음이나 역회전력이 발생되는 현상을 방지하기 위한 것이다.
제2날개(20)는 샤프트를 중공샤프트(21)로 구성하고 그 중공 샤프트 단부에 제1베벨기어(22)가 형성된다. 제1날개(10)의 샤프트(11)는 상기 제2날개 중공샤프트(21)의 속으로 삽입되고, 베어링에 의해 회전가능하게 지지되며, 제1베벨기어(22)를 관통하여 제1날개 샤프트(11)의 단부에 제2베벨기어(12)가 형성된다.
기어박스(30)는 꼬리날개(50)에 의해 바람의 방향을 향하도록 수직 회전축(60)에서 회전 가능하게 즉, 프리 요(yaw) 운동이 이루어지도록 구성된다. 이러 한 프로요 구성은 일반적인 구성이므로 본 발명에서는 도면이나 설명에서 상세히 설명하지 않는다.
기어박스(30)는 중간 지지벽에 의해 2칸으로 구획되어 전방 영역은 베벨기어들의 조합 구성에 의해 수직 회전축(60)에 동력을 전달하게 하고, 후방 영역은 제3날개의 중공샤프트(41)의 기어(42)가 설치되고, 중간 지지벽에는 상기 제3날개 중공 샤프트(41)의 내부에 삽입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 꼬리날개 샤프트(51)가 고정설치된다.
상기 제3날개(40)의 중공샤프트(41) 단부에 형성된 제3날개 중공샤프트 기어(42)는 상단부에 전달기어(43)가 결합되어 상기 중간지지벽을 통과해 전방 영역의 보조기어(44)에 회전력을 전달하고, 보조기어(44)는 상기 제2베벨기어(12)와 회전축을 공유하여 일체로 회전되도록 구성된다. 따라서, 제1날개(10)의 회전력과 제3날개(40)의 회전력은 모두 제2베벨기어(12)에 동시에 전달되는 것이다.
제1날개(10)와 제2날개(20)는 서로 반대방향으로 회전되며, 제3날개(40)는 제1날개와 동일한 방향으로 회전된다. 결국 제1베벨기어(22)와 제2베벨기어(12)는 서로 반대방향으로 회전되며, 제3베벨기어(61)의 양측에 결합되어 제3베벨기어(61)를 어느 한 방향으로 회전시키게 된다.
그러므로 제1날개(10)와 제2날개(20) 및 제3날개(40)에 의해 발생되는 회전력의 합이 제3베벨기어(61)에 전달되어 수직 회전축(60)을 회전시키게 된다. 이에따라 3겹의 날개에 의해 회전력이 발생되는 것이므로 일반적인 하나의 날개만 설치된 구조나, 2겹 날개가 설치된 구조에 비해 더 큰 파워를 얻을 수 있게 된다.
상기 수직 회전축(60)에는 브레이크장치(80)가 설치되고, 그 브레이크 장치(80)를 거쳐 발전기(90)를 설치한다. 브레이크 장치(80)는 태풍과 같은 강풍에서 발전기를 보호하기 위한 것으로서, 미리 정해둔 풍속 이상일 때 감속 또는 정지운전을 할 수 있도록 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보인 다겹 풍력 발전 시스템 구성도이다.
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
상기 제1날개(10)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개(10)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개(10)보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개(40)와;
상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40)를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어(12)에 전달하고, 상기 제2날개(20)의 역방향 회전력을 다른 베벨기어(22)에 전달하며, 상기 두개의 베벨기어(11)(22)를 수직 회전축(60)에 형성된 베벨기어(61)의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개(10(20)(40)에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축(60)으로 전달하는 기어들이 설치되는 기어박스(30)와;
상기 기어박스(30)의 브라켓에 고정되어 상기 제3날개(40)의 후방으로 인출 되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개(10)(20(40)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(120)와;
상기 기어박스(30)의 하부로 인출되는 수직 회전축(60)에 설치되어 바람의 속도가 소정속도 이상일 때 브레이크 기능을 하는 브레이크장치(80)와;
상기 브레이크 장치(80)의 하부에 설치되어 상기 수직회전축(60)의 회전력을 전기로 생산하는 발전기(90)를 포함하여 구성된다.
상기 기어박스(30)는,
상기 기어박스(30)의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스 내부로 인입되어 상기 제2날개(20)의 중공 샤프트(21)의 단부에 형성되는 제1베벨기어(22)와,
상기 제2날개(20)의 중공샤프트(21)의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 제1날개의 샤프트(11)와, 상기 제3날개(40)의 샤프트(41)가 공통으로 연결되어 형성되는 제2베벨기어(12)와;
상기 제1베벨기(22)와 상기 제2베벨기어(12)가 각각 일측과 타측에 기어 결합되어 제1,제2베벨기어(22)(12)의 회전력을 수직 회전축(60)으로 전달하는 제3베벨기어(61)를 포함하여 구성된다.
상기 꼬리날개(120)는, 기어박스(30) 브라켓의 상하부에 고정결합되고 중간부가 천공되어 상기 제3날개(40)가 위치되는 천공부가 형성되며, 후단부에 복수의 날개부(121)가 좌우로 돌출되어 구성된다.
도 4에 의한 본 발명의 다른 실시예는, 도 2의 일 실시예의 구성과 대비하여볼 때 가장 큰 특징은, 기어박스(30)의 내부 기어들의 수를 줄이고 구조를 단순화시킨 구조이고, 꼬리 날개의 형상을 다르게 구성한 것이다.
도 5는 도 4의 평면도이다. 즉, 꼬리날개(120)는 기어박스(30)의 브라켓에 고정설치되는 판형의 구조에 중간부에 천공부가 형성되어 제3날개(40)가 회전가능하게 설치되며, 그 제3날개(40)의 후방에 좌우측으로 돌출되는 날개부(121)가 형성된 구성이다. 따라서 바람이 불어오는 방향으로 기어박스(30)를 회전시키게 되어 제1,제2,제3날개(10(20)(40)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 프리 요(yaw)기능을 하게 되는 것이다.
본 발명은 다른 실시예에 따르면, 제1날개(10)의 샤프트(11)와 제3날개(40)의 샤프트가 하나의 베벨기어 즉, 제2베벨기어(12)의 회전축으로 연결되어 구성된다. 그러므로 제1날개(10)와 제3날개(40)의 회전력이 제2베벨기어(12)에 직접 전달된다. 그리고 제2날개(20)의 회전력은 중공샤프트(21)의 단부에 형성된 제1베벨기어(22)에 전달되고, 제1베벨기어(22)와 제2베벨기어(12)가 제3베벨기어(61)의 양측에 결합되어 수직 회전축(60)에 회전력을 전달하는 것이다.
따라서, 동력 전달 기어들의 구조를 단순화시키면서도 제1,제2,제3날개(10(20)(40)의 회전력을 수직회전축(60)으로 모아서 전달할 수 있어서 고효율을 얻을 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 다겹 풍력 발전 시스템의 구성도이다.
바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템에 있어서,
바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
상기 제1날개(20)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되되, 상기 제1,제2날개(10(20)의 반대면에 설치되는 제3날개(40)와;
상기 제3날개(40)의 안쪽에 설치되어 상기 제3날개(40)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제3날개(40)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제3날개(40)보다 크게 구성되는 제4날개(100)와;
상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40), 제4날개(100)를 타측부에 2겹으로 설치하며, 제2날개(20)와 제4날개(100)의 중공 샤프트(21)(101)에 각각 형성되는 제1,제4베벨기어(22)(102)와, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 샤프트(11)(41)가 각각 상기 제2날개(20)와 제4날개(100)의 중공샤프트(21)(101)에 회전가능하게 지지되어 삽입되고 해당 샤프트에 일체로 고정되는 제2베벨기어(12)와, 상기 제1,제2베벨기어(22)(12)를 각각 일측과 타측에 결합하여 수직회전축에 동일방향으로 회전력을 전달하는 제3베벨기어(61)와, 상기 제3베벨기어(61)의 하부의 수직 회전축(60)에 형성되어 상기 제4베벨기어(102)와 결합 되는 제5베벨기어(62)를 포함하는 기어박스(30)와;
상기 기어박스(30)의 브라켓 상부에 고정되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3,제4날개(10)(20)(40)(100)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(110)와;
상기 기어박스(30)의 하부로 인출되는 수직 회전축(60)에 설치되어 바람의 속도가 소정속도 이상일 때 브레이크 기능을 하는 브레이크장치(80)와;
상기 브레이크 장치(80)의 하부에 설치되어 상기 수직회전축(60)의 회전력을 전기로 생산하는 발전기(90)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 또 다른 실시예는, 4개의 날개를 설치한 것으로서 기어박스(30)의 앞쪽에 서로 다른 크기의 제1날개(10)와 제2날개(20)를 2겹으로 설치하고, 기어박스(30)의 후면에 제3날개(40)와 제4날개(100)를 설치한 것으로서, 제1날개(10)와 제3날개(40)가 각각 외측으로 설치되어 동일한 방향으로 회전되도록 날개의 비틀림이 구성되고, 제2날개(20)와 제4날개(100)는 제1날개(10)와 제3날개(40)의 안쪽에 설치되어 제1,제3날개(10)(40)와 반대방향으로 회전되도록 날개의 비틀림이 구성된다. 제2날개(20)와 제4날개(100)는 중공 샤프트(21)(101)가 설치되어 기어박스(30)의 브라켓에 베어링으로 회전가능하게 설치되며, 제1날개(10)와 제3날개(40)의 샤프트(11)(41)는 제2,제4날개(20)(100)의 중공샤프트(21)(101)의 내부로 삽입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되며, 하나의 베벨기어인 제2베벨기어(12)에 공통으로 연결된다.
제1베벨기어(22)와 제4베벨기어(102)는 동일방향으로 회전되며, 제1베벨기 어(12)는 반대방향으로 회전된다. 따라서, 제1,제2베벨기어(22)(12)가 수직 회전축(60)에 형성된 제3베벨기어(61)의 양측면에 결합되어 회전력을 전달하게 구성되며, 제4베벨기어(102)는 또 다른 베벨기어는 제5베벨기어(62)와 결합되어 회전력을 수직 회전축(60)에 전달하게 된다.
따라서, 제1 ~ 제4 날개의 회전력이 모두 합해져서 수직회전축(60)에 전달되므로 4개의 날개에 의해 회전동력을 얻을 수 있게 된다. 결국, 4개의 날개가 바람에 의해 회전되는 회전력을 하나의 수직 회전축(60)에 전달하여 발전기(90)를 구동시키는 것이므로 고효율의 풍력발전 시스템을 제공할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 기어박스(30)의 양측면에 각각 2겹씩의 날개가 설치되므로, 꼬리날개를 기어박스(30)의 상부면에 설치하여 바람이 불어오는 방향으로 날개가 향하도록 프리 요(YAW)기능을 수행하게 된다.
도 1은 종래 2겹 날개를 가진 풍력발전기의 개요도.
도 2는 본 발명에 의한 다겹 날개를 갖는 풍력발전 시스템의 구성도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 크기가 서로 다른 날개의 회전 반경 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시 예에 따른 다겹 날개를 갖는 풍력발전 시스템의 구성도.
도 5는 도 4의 다른 실시 예에 따른 다겹 날개를 갖는 풍력발전 시스템의 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 또 다른 실시 예에 따른 다겹 날개를 갖는 풍력발전 시스템의 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 40, 100 : 제1, 제2, 제3, 제4날개
11, 41 : 제1, 제3날개 샤프트
21, 101 : 제2, 제4 날개 중공 샤프트
22, 12, 61, 62, 102 : 베벨기어
30 : 기어박스
42 : 제3날개 기어
43 : 전달기어
44 : 보조기어
50, 110, 120 : 꼬리날개
51: 꼬리날개 샤프트
111, 121 : 날개부
60 : 수직 회전축
80 : 브레이크 장치
90 : 발전기

Claims (7)

  1. 바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축(60)에 전달하고, 그 수직회전축(60)의 회전력으로 발전기(90)를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개장치에 있어서,
    바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
    상기 제1날개(10)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개(10)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개(10)보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
    상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개(40)와;
    상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40)를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어(12)에 전달하고, 상기 제2날개(20)의 역방향 회전력을 다른 베벨기어(22)에 전달하며, 상기 두개의 베벨기어(12)(22)를 수직 회전축에 형성된 베벨기어(61)의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축(60)으로 전달하는 기어들이 설치되고, 상기 수직 회전축(60)에 대해 베어링에 의해 회전 가능하도록 설치되는 기어박스(30)와;
    샤프트(51)가 상기 제3날개(40)의 중공 샤프트(41)에 회전가능하게 지지되고, 그 꼬리날개 샤프트(51)가 기어박스(30)의 중간 지지벽에 고정되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개(10)(20)(40)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(50)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기어박스(30)는,
    상기 기어박스(30)의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스(30) 내부로 인입되어 상기 제2날개(20)의 중공 샤프트(21)의 단부에 형성되는 제1베벨기어(22)와,
    상기 제1날개(10)의 샤프트(11)가 상기 제2날개(20)의 중공샤프트(21)의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 제1베벨기어(22)의 외측으로 인출되어 그 제1날개(10) 샤프트(11)의 단부에 형성되는 제2베벨기어(12)와;
    상기 제2베벨기어(12)의 후방에 설치되어 상기 제2베벨기어(12)와 회전축을 공유하여 일체로 회전되는 보조기어(44)와;
    상기 제3날개(40)의 중공샤프트(41)가 상기 기어박스(30)의 타측부에 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 그 제3날개(40)의 중공샤프트(41) 단부에 형성되는 제3날개 샤프트 기어(42)와;
    상기 제3날개 샤프트 기어(42)의 회전력을 상기 보조기어(44)에 전달하는 전달기어(43)와;
    상기 제1베벨기(22)와 상기 제2베벨기어(12)가 각각 일측과 타측에 기어 결합되어 제1,제2베벨기어(22, 12)의 회전력을 수직 회전축으로 전달하는 제3베벨기어(61)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장 치.
  3. 삭제
  4. 바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개장치에 있어서,
    바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
    상기 제1날개(10)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개(10)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개(10)보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
    상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되는 제3날개(40)와;
    상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40)를 타측부에 설치하며, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 정방향 회전력을 하나의 베벨기어(12)에 전달하고, 상기 제2날개(20)의 역방향 회전력을 다른 베벨기어(22)에 전달하며, 상기 두개의 베벨기어(11)(22)를 수직 회전축(60)에 형성된 베벨기어(61)의 일측과 타측에 결합시켜 3개의 날개(10(20)(40)에 의해 발생되는 회전력을 하나의 수직 회전축(60)으로 전달하는 기어들이 설치되는 기어박스(30)와;
    상기 기어박스(30)의 브라켓에 고정되어 상기 제3날개(40)의 후방으로 인출되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3날개(10)(20)(40)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(120)를 포함하여 구성되되,
    상기 기어박스(30)는,
    상기 기어박스(30)의 브라켓에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 기어박스 내부로 인입되어 상기 제2날개(20)의 중공 샤프트(21)의 단부에 형성되는 제1베벨기어(22)와,
    상기 제2날개(20)의 중공샤프트(21)의 내부로 인입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 제1날개의 샤프트(11)와, 상기 제3날개(40)의 샤프트(41)가 공통으로 연결되어 형성되는 제2베벨기어(12)와;
    상기 제1베벨기(22)와 상기 제2베벨기어(12)가 각각 일측과 타측에 기어 결합되어 제1,제2베벨기어(22)(12)의 회전력을 수직 회전축(60)으로 전달하는 제3베벨기어(61)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 꼬리날개(120)는,
    상기 기어박스(30) 브라켓의 상하부에 고정결합되고 중간부가 천공되어 상기 제3날개(40)가 위치되는 천공부가 형성되며, 후단부에 복수의 날개부(121)가 좌우로 돌출되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치.
  7. 바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 수직 회전축에 전달하고, 그 수직회전축의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하도록 하는 풍력 발전 시스템의 날개장치에 있어서,
    바람에 의해 어느 한 방향으로 회전되도록 설치되는 제1날개(10)와;
    상기 제1날개(20)의 안쪽에 설치되어 상기 제1날개와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제1날개(10)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제1날개보다 크게 구성되는 제2날개(20)와;
    상기 제1날개(10)와 동일한 방향으로 회전되게 설치되되, 상기 제1,제2날개(10(20)의 반대면에 설치되는 제3날개(40)와;
    상기 제3날개(40)의 안쪽에 설치되어 상기 제3날개(40)와는 반대방향으로 회전되며, 상기 제3날개(40)의 직경 외곽 측에서 바람을 맞을 수 있도록 날개의 크기가 제3날개(40)보다 크게 구성되는 제4날개(100)와;
    상기 제1,제2날개(10)(20)를 일측부에 2겹으로 설치하고, 상기 제3날개(40), 제4날개(100)를 타측부에 2겹으로 설치하며, 제2날개(20)와 제4날개(100)의 중공 샤프트(21)(101)에 각각 형성되는 제1,제4베벨기어(22)(102)와, 상기 제1날개(10)와 제3날개(40)의 샤프트(11)(41)가 각각 상기 제2날개(20)와 제4날개(100)의 중공 샤프트(21)(101)에 회전가능하게 지지되어 삽입되고 해당 샤프트에 일체로 고정되는 제2베벨기어(12)와, 상기 제1,제2베벨기어(22)(12)를 각각 일측과 타측에 결합하여 수직회전축에 동일방향으로 회전력을 전달하는 제3베벨기어(61)와, 상기 제3베벨기어(61)의 하부의 수직 회전축(60)에 형성되어 상기 제4베벨기어(102)와 결합되는 제5베벨기어(62)를 포함하는 기어박스(30)와;
    상기 기어박스(30)의 브라켓 상부에 고정되어 바람의 방향에 따라 상기 기어박스(30)를 상기 수직 회전축(60)에 대해 회전시켜 제1,제2,제3,제4날개(10)(20)(40)(100)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 하는 꼬리날개(110)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치.
KR1020070091881A 2007-09-11 2007-09-11 풍력 발전 시스템의 다겹 날개 장치 KR100880241B1 (ko)

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