KR101028196B1 - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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이두창
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Abstract

본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 지면에 꽂혀진 고정봉에 관통 고정되면서, 외부 둘레면에 장착된 2개 이상의 블레이드에 의해 고정봉을 축으로 회전할 수 있는 회전체와, 지면의 수직 방향으로 세워짐과 동시에, 지면에 꽂혀진 고정봉에 관통 고정된 상태로 회전되면서, 상기 회전체로부터 발생된 동력을 동력 전달 수단 즉, 체인이나 벨트, 와이어 등을 통하여 전달받을 수 있는 동력 수집체를 갖추고, 상기 고정봉의 상단에는 회전체 또는 동력 수집체가 장착된 고정봉이 한쪽으로 기울어지거나 넘어지지 않도록 지지해 주는 고정 프레임이 구비된다. 또한, 상기 동력 수집체에는 동력 전달 수단을 통하여 연결된 속도 조절 수단이 장착되어 발전기로 전달될 회전 동력이 일정 속도를 유지하도록 한다. 또, 상기 속도 조절 수단에는 속도 조절 수단을 거쳐 일정 속도로 변환된 동력 수집체의 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 발전기가 결합 될 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 1개 이상의 회전체를 하나의 동력 수집체에 연결함으로써, 하나의 동력 수집체가 풍력에 의해 발생 된 1개 이상의 회전체의 회전 동력을 수집할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 회전체를 이용함으로써 풍력에 의한 회전 반경을 최소화시킬수 있고, 미약한 바람을 수집하여 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다.
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Description

풍력 발전 장치{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히, 수직 또는 수평 방향으로 배치되어 풍력에 의해 회전될 수 있는 1개 이상의 회전체를 하나의 동력 수집체에 연결하여, 1개 이상의 회전체로부터 발생 된 동력을 하나의 동력 수집체로 전달할 수 있도록 한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 사용되는 발전 방법으로는 화석 연료를 이용하는 화력 발전과, 우라늄을 이용하는 원자력 발전, 및 대규모의 담수 설비가 필요한 수력 발전 등을 제시할 수 있으나, 상기 제시한 발전 방법들은 대기 오염이나 온난화의 주범이 될 수 있고, 처리가 곤란한 방사선 폐기물등을 발생할 수 있어, 근래에 들어서는 보다 친환경적인 발전 방식이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
이러한 요구 사항들을 충족시키기 위하여 3면이 바다로 둘러싸인 우리 나라는 바람의 힘을 이용한 풍력 발전 장치에 지대한 관심을 보이고 있는바, 상기 풍력 발전 장치는 공기의 유동이 가진 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환한 다음, 상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치이다.
상기 풍력 발전 장치는 통상적으로 지면의 수직 방향으로 세워지는 지주와, 상기 지주의 상단에 장착되는 회전축, 및 상기 회전축의 일측 선단에 고정되어 바람에 의해 회전됨과 동시에 상기 회전축을 회전시킬 수 있는 다수 개의 프로펠러로 이루어지고, 상기 회전축의 타측에는 회전축의 회전력을 전달받아 발전기를 회전시킬 수 있도록 동력 전달 수단이 장착된다.
이러한 구조로 이루어진 풍력 발전 장치는 프로펠러로부터 발생된 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 생성할 수 있다.
하지만, 상기 제시한 종래의 풍력 발전 장치는 발전 용량에 비례하여 프로펠러의 몸체가 커져야 한다는 부담이 있었고, 상기 프로펠러의 몸체가 커짐에 따라 설치 장소의 선택이 까다로워진다는 문제점도 있었다.
또한, 자연 바람을 이용하여 풍력을 얻어낼 수 있는 방향도 일 방향으로 한정되어 있어 불규칙적으로 불어오는 바람을 효과적으로 이용하는데에도 한계가 있었으며, 바람의 세기가 미약할 경우 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 없다는 문제점도 있었다.
또, 강풍을 동반한 태풍에 유동적으로 대처할 수 있는 장비가 갖추어지지 않아 장비의 훼손이 심각하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 풍력 발전 장치에 따른 구조상의 문제점을 해결하여 풍력에 의한 회전 반경을 최소화함과 동시에, 미약한 풍력을 수집하여 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 임의의 방향으로 불어오는 바람과 항상 마주볼 수 있도록 회전체를 회전함과 더불어 풍력의 세기에 따라 바람을 맞받을 수 있는 블레이드의 각도를 임의의 각도로 조정할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전 장치는 지면에 꽂혀진 고정봉에 관통 고정되면서, 외부 둘레면에 장착된 2개 이상의 블레이드에 의해 고정봉을 축으로 회전할 수 있는 회전체와, 지면의 수직 방향으로 세워짐과 동시에, 지면에 꽂혀진 고정봉에 관통 고정된 상태로 회전되면서, 상기 회전체로부터 발생된 동력을 동력 전달 수단 즉, 체인이나 벨트, 와이어 등을 통하여 전달받을 수 있는 동력 수집체를 갖추고, 상기 고정봉의 상단에는 회전체 또는 동력 수집체가 장착된 고정봉이 한쪽으로 기울어지거나 넘어지지 않도록 지지해 주는 고정 프레임이 구비된다.
또한, 상기 동력 수집체에는 동력 전달 수단을 통하여 연결된 속도 조절 수단이 장착되어 발전기로 전달될 회전 동력이 일정 속도를 유지하도록 한다.
또, 상기 속도 조절 수단에는 속도 조절 수단을 거쳐 일정 속도로 변환된 동력 수집체의 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 발전기가 결합 될 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 1개 이상의 회전체를 하나의 동력 수집체에 연결함으로써, 하나의 동력 수집체가 풍력에 의해 발생 된 1개 이상의 회전체의 회전 동력을 수집할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 회전체를 이용함으로써 풍력에 의한 회전 반경을 최소화시킬 수 있고, 미약한 바람을 수집하여 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생할 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 또는 수평 방향으로 세워진 1개 이상의 회전체를 하나의 동력 수집체에 연결함으로써, 하나의 동력 수집체가 풍력에 의해 발생 된 1개 이상의 회전체의 회전 동력을 수집할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 또는 수평 방향으로 세워진 회전체를 이용함으로써 풍력에 의한 회전 반경을 최소화할 수 있고, 미약한 바람을 수집하여 발전기의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 태풍과 같은 자연 재해가 발생하였을 경우 바람을 맞받을 수 있는 블레이드의 각도를 조절할 수 있어, 자연 재해로 인한 장비의 파손을 줄이고, 외부로부터 불어오는 풍량에 유동적으로 대처할 수 있다.
또, 불규칙적으로 불어오는 바람의 방향과 항상 마주볼 수 있도록 회전체를 회전시킬 수 있으므로 풍력에 의한 발전 효율을 극대화시킬 수 있다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
도면 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 1 실시예에 대한 개념도이고, 도면 2는 본 발명에 갖추어진 블레이드의 상단을 회전체의 전,후 방향으로 축 선회시키기 위한 전·후 회전 수단의 제 1 실시예이며, 도면 3은 상기 전·후 회전 수단의 제 1 실시예에 대한 횡단면도이다.
또한, 도면 4는 벨트나 체인을 이용하여 블레이드의 상단을 축 선회하기 위한 전·후 회전 수단의 제 2 실시예이고, 도면 5는 크랭크 축을 이용하여 블레이드의 상단을 축 선회시키기 위한 전·후 회전 수단의 제 3 실시예이며, 도면 6은 탄성 부재를 이용하여 블레이드의 하단을 축 선회하기 위한 전·후 회전 수단의 제 4 실시예이다.
또, 도면 7은 전·후 회전 수단의 제 4 실시예에 갖추어진 비틀림 스프링이 회전암의 외주면과 지주의 내주면 사이에 장착된 상태를 설명하기 위한 개념도이고, 도면 8은 본 발명에 갖추어진 각각의 블레이드가 결합편에 결합 된 상태에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있게 하는 좌·우 회전 수단의 구조를 설명하기 위한 제 1 실시예이며, 도면 9는 본 발명에 갖추어진 좌·우 회전 수단을 설명하기 위한 상세도이다.
또, 도면 10은 회전체와 동력 수집체를 톱니 기어 등을 이용하여 직결한 상태도이고, 도면 11은 본 발명에 갖추어진 제동 수단을 설명하기 위한 상태도이며, 도면 12는 본 발명에 갖추어진 풍력 발전 장치의 제 2 실시예를 설명하기 위한 개념도이고, 도면 13은 상기 풍력 발전 장치의 제 2 실시예에 갖추어진 방향 전환 수단의 구체적인 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면에 꽂혀진 고정봉(1a)에 관통 고정되면서, 외부 둘레면에 장착된 2개 이상의 블레이드(3)에 의해 고정봉(1a)을 축으로 회전할 수 있는 회전체(5a)와, 지면의 수직 방향으로 세워짐과 동시에, 지면에 꽂혀진 고정봉(1b)에 관통 고정된 상태로 회전되 면서, 상기 회전체(5a)로부터 발생된 동력을 동력 전달 수단(7) 즉, 체인이나 벨트, 와이어 등을 통하여 전달받을 수 있는 동력 수집체(8)를 갖추고, 상기 고정봉(1a,1b)의 상단에는 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)가 장착된 고정봉(1a,1b)이 한쪽으로 기울어지거나 넘어지지 않도록 지지해 주는 고정 프레임(9)이 구비된다.
또한, 상기 동력 수집체(8)에는 동력 전달 수단(7)을 통하여 연결된 속도 조절 수단(11)이 장착되어 발전기(13)로 전달될 회전 동력이 일정 속도를 유지하도록 한다.
또, 상기 속도 조절 수단(11)에는 속도 조절 수단(11)을 거쳐 일정 속도로 변환된 동력 수집체(8)의 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 발전기(13)가 결합 될 수 있다.
한편, 상기 회전체(5a)에 장착된 블레이드(3)의 형태는 바람을 맞받을 수 있는 일측면이 오목하게 들어간 바가지 형태이거나 초승달 형태가 될 수 있다.
또, 상기 회전체(5a)의 외주면상에는 상기 동력 전달 수단(7)이 걸쳐질 수 있도록 회전체(5a)의 둘레 방향으로 오목하게 들어간 환 턱 형태나 톱니 기어 형태의 체결구(14a)가 갖추어질 수 있다.
또한, 상기 회전체(5a)에는 블레이드(3)의 상단을 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시킬 수 있도록 베벨 기어 방식을 이용한 전·후 회전 수단(15a)이 장착되는바, 상기 전·후 회전 수단(15a)의 제 1 실시예는 도면 2와 도면 3에 도시한 바와 같이, 일측 끝단과 타측 끝단이 블레이드(3)의 일측면에 부착되거나 회전체(5a)를 관통하되, 상기 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 타측 끝단에는 삿갓 모양 의 피동 기어(17a)가 장착된 회전암(19a)과, 상기 고정봉(1a)에 관통되어 끼워짐과 더불어 고정봉(1a)과 회전체(5a) 사이에 개재되면서, 외부 둘레면의 길이 방향으로 삿갓 모양의 피동 기어(17a)와 맞물릴 수 있는 2개 이상의 중계 기어(21a,21b,21c)를 갖춘 동력 전달체(23), 및 상기 동력 전달체(23)에 갖추어진 중계 기어(21a,21b,21c)와 맞물릴 수 있는 삿갓 모양의 능동 기어(25a)를 갖추고 있다.
또, 상기 능동 기어(25a)의 일측면에는 회전체(5a)를 관통한 상태로 회전될 수 있는 회전암(19b)이 장착되고, 상기 능동 기어(25a)가 장착되지 않은 회전암(19b)의 끝단으로는 사람의 수작업에 의해 능동 기어(25a)를 좌,우로 회전시킬 수 있도록 조정 핸들(27a)이 장착될 수 있다.
또, 상기 동력 전달체(23)의 외주면상에는 동력 전달체(23)의 둘레 방향으로 오목하게 들어간 베어링 장착구(29)가 장착되어 상기 동력 전달체(23)와 고정봉(1a)의 사이 그리고, 회전체(5a)의 내주면과 베어링 장착구(29)의 사이에 베어링(31a,31b)을 장착시켜 상기 회전체(5a)와 고정봉(1a) 사이에 개재된 동력 전달체(23)의 회전을 원활히 할 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 전·후 회전 수단(15a)에 대한 제 1 실시예가 동작되는 과정을 도면 2와 도면 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기상 예보 등을 통하여 태풍이 올 것을 예견한 사용자는 상기 조정 핸들(27a)을 좌 또는 우 방향으로 회전시켜 상기 동력 전달체(23)와 맞물린 능동 기어(25a)를 회전시킨다.
이때, 상기 능동 기어(25a)가 좌 또는 우 방향으로 회전됨에 따라 상기 능동 기어(25a)와 맞물린 동력 전달체(23)는 상기 능동 기어(25a)로부터 전달받은 회전력을 피동 기어(17a)에 전달하고, 상기 피동 기어(17a)는 능동 기어(25a)의 회전력을 전달 받아 상기 피동 기어(17a)와 회전암(19a)을 통하여 연결된 블레이드(3)의 상단을 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 1 실시예에 갖추어진 전·후 회전 수단(15b)의 제 2 실시예는 회전체(5a)의 내부에 벨트(7a)나 체인(7b)을 장착하여 블레이드(3)를 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시킬 수 있는바, 상기 전·후 회전 수단(15b)의 제 2 실시예는 도면 4에 도시한 바와 같이, 일측 끝단에 블레이드(3)가 장착되고, 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 타측 끝단에 풀리(10a)나 기어(10b)가 장착된 회전암(19b)과, 상기 블레이드(3)가 장착된 회전암(19b)의 동일선상으로 배치됨과 더불어, 일측 끝단에 조정 핸들(27b)이 장착되고, 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 타측 끝단에 풀리(10c)나 기어(10d)가 장착된 회전암(19c)을 갖춘다.
또한, 상기 블레이드(3)가 장착된 회전암(19b)의 풀리(10a)나 기어(10b) 그리고, 조정 핸들(27b)이 장착된 회전암(19c)의 풀리(10c)나 기어(10d) 사이에는 벨트(7a)나 체인(7b)이 장착되어 조정 핸들(27b)의 회전력을 상기 블레이드(3)로 전달할 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 전·후 회전 수단(15b)의 제 2 실시예가 동작되는 과정을 도면 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기상 예보 등을 통하여 태풍이 올 것을 예견한 사용자는 조정 핸 들(27b)을 좌,우 방향으로 회전시켜 조정 핸들(27b)과 회전암(19c)을 통하여 연결된 풀리(10c) 또는 기어(10d)를 좌,우 방향으로 회전시킨다.
다음, 사용자의 조작에 의해서 좌,우 방향으로 회전되는 상기 풀리(10c) 또는 기어(10d)는 벨트(7a) 또는 체인(7b)을 이용하여 상기 블레이드(3)와 연결된 풀리(10a) 또는 기어(10b)에 동력을 전달한다.
따라서, 상기 조정 핸들(27b)의 동력을 밸트(7a) 또는 체인(7b)을 통하여 전달받은 블레이드(3)는 조정 핸들(27b)의 좌,우 조작에 의해 회전체(5a)의 전, 후 방향으로 축 선회 될 수 있다.
한편, 상기 전·후 회전 수단(15c)은 도면 5에 도시한 제 3 실시예와 같이, 상기 회전체(5a)와 블레이드(3) 사이에 상,하 운동을 회전 운동으로 바꿀 수 있는 크랭크 축(33)을 장착하여 구조 변경할 수 있는바, 상기 크랭크축(33)의 일측 끝단은 블레이드(3)의 일측면에 고정 부착되고, 상기 크랭크축(33)의 타측 끝단은 회전체(5a)의 외주면상에 끼움 고정된 상태로 회전될 수 있다.
또, 상기 크랭크축(33)상에는 도면 5에 도시된 바와 같이, 회전체(5a)와 나란하게 배치된 피스톤 축(35)이 장착되어 크랭크축(33)을 상,하 방향으로 밀어주거나 당겨줄 수 있다.
한편, 상기 회전체(5a)의 외부 둘레 면에는 피스톤 축(35)을 붙잡아 고정함으로써, 블레이드(3)의 일측면 상단이 일정 각도로 기울어진 상태를 유지하도록 하는 고정 플레이트(37)가 설치되는바, 상기 고정 플레이트(37)는 회전체(5a)의 외부 둘레면으로부터 수평하게 뻗어나와 있으면서, 상부에 피스톤축(35)이 관통될 수 있 도록 관통 홀(39)이 구비된다.
또한, 상기 관통 홀(39)이 장착된 고정 플레이트(37)의 측면에는 고정 플레이트(37)의 측면을 관통한 다음, 관통 홀(39)로 이어질 수 있는 나사 구멍(41)이 장착되어 상기 피스톤축(35)을 관통 홀(39)에 끼워 넣은 다음, 고정 나사(43)의 선단을 나사 구멍(41)에 끼워넣었을 때 상기 고정 나사(43)의 선단이 피스톤 축(35)의 외주면을 강하게 압박하여 고정할 수 있도록 한다.
상기와 같은 구조로 이루어진 전·후 회전 수단(15c)의 제 3 실시예가 동작 되는 과정을 도면 5를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 기상 예보 등을 통하여 태풍이 올 것을 예견한 사용자는 상기 고정 플레이트(37)에 갖추어진 고정 나사(43)를 풀어 피스톤 축(35)이 상,하로 움직일 수 있도록 한다.
다음, 사용자는 피스톤 축(35)을 상 방향으로 들어올려 바람을 맞받을 수 있는 블레이드(3)의 상단이 바람과 마주보는 방향으로 기울어지도록 한다.
다음, 사용자는 상기 피스톤 축(35)의 상,하 운동을 정지시킨 상태에서 나사 구멍(41)에 고정 나사(43)를 체결하여 피스톤 축(35)이 고정 플레이트(37)에 고정될 수 있도록 한다.
이러한 구조와 작동 원리로 이루어진 상기 전·후 회전 수단(15c)의 제 3 실시예는 바람을 맞받을 수 있는 블레이드(3)의 면적을 바람의 세기에 따라 유동적으로 늘이거나 줄임으로써 태풍에 의한 장비의 파손을 줄이고, 수시로 변하는 풍량에 대응하여 블레이드(3)의 각도를 유동적으로 바꿀 수 있다.
한편, 상기 전·후 회전 수단(15d)은 도면 6과 도면 7에 도시한 제 4 실시예와 같이, 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 회전암(19d)의 외주면상에 탄성 부재(12)를 장착하여 구조 변경할 수 있는바, 그 구체적인 구조는 다음과 같다.
먼저, 회전체(5a)의 둘레 방향으로 배치된 블레이드(3)의 중심부를 벗어난 위치에서 회전암(19d)을 장착하고, 상기 블레이드(3)가 장착되지 않은 회전암(19d)의 선단은 회전체(5a)의 외주면을 관통시켜 회전체(5a)의 내측으로 돌출되게 한다.
다음, 상기 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 회전암(19d)의 외주면상에는 비틀림 스프링(12a)을 장착시키되, 상기 비틀림 스프링(12a)의 일측 끝단은 상기 회전암(19d)의 외주면상에 꽂혀 고정되게 한다.
다음, 상기 회전체(5a)의 내주면상에 회전체(5a)의 내측으로 돌출된 고정 돌기(14a,14b)를 장착하여, 비틀림 스프링(12a)의 타측 끝단이 상기 고정 돌기(14a,14b) 사이에 끼워지도록 한다.
이러한 구조로 이루어진 전·후 회전 수단(15d)의 제 4 실시예가 동작되는 과정을 도면 6과 도면 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 전·후 회전 수단(15d)의 제 4 실시예에 갖추어진 블레이드(3)에 탄성 부재(12)의 탄성을 능가하는 바람이 불어오면, 상기 블레이드(3)의 하단은 회전암(19d)에 고정된 상태에서 회전체(5a)의 후방으로 축선회하게 되어 평균 이상의 풍력을 회피할 수 있다.
다음, 상기 블레이드(3)는 탄성 부재(12)의 탄성을 능가하는 바람이 사라졌을 경우, 회전체(5a)의 내측에 삽입된 탄성 부재(12)의 탄성에 의하여 본래 위치로 복귀하게 된다.
따라서, 본 발명에 갖추어진 전·후 회전 수단(15d)의 제 4 실시예는 일정 수준 이상의 풍력이 블레이드(3)에 가해졌을 때, 블레이드(3)의 기울기가 자동으로 변경되었다 복원될 수 있으므로, 태풍과 같은 자연 재해로 인하여, 풍력 발전 장치에 갖추어진 장비의 파손을 억제할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 도면 8에 도시한 바와 같이, 각각의 블레이드(3)를 좌,우 수평 방향으로 회전시킬 수 있도록 좌·우 회전 수단(45)이 갖추어질 수 있는바, 상기 좌·우 회전 수단(45)은 바람을 맞받지 않는 블레이드(3)의 타측면에 배치되면서, 양측 끝단이 블레이드(3)의 상,하단 바깥으로 노출되고, 외부 둘레면이 상기 블레이드(3)의 타측면에 고정 부착될 수 있는 회전봉(47)과, 상기 회전봉(47)의 상단과 회전체(5a) 사이에 배치되면서, 일측 끝단이 상기 회전체(5a)의 외주면상에 고정 부착되고, 타측 끝단에 상기 회전봉(47)이 관통된 상태로 좌·우 회전될 수 있는 환형 링 형태의 결합 링(49)이 부착되어 상기 회전봉(47)을 회전체(5a)에 고정시킬 수 있는 결합 편(51)이 구비된다.
또한, 상기 블레이드(3)의 바깥으로 노출된 회전봉(47)의 하단으로는 도면 9에 도시한 바와 같이, 블레이드(3)의 타측 면에 결합 된 회전봉(47)이 결합편(51)에 의해 회전체(5a)에 장착된 상태에서 좌,우 방향으로 회전될 수 있도록 피동 기어(17b)가 갖추어진다.
또, 상기 회전체(5a)에는 회전체(5a)의 직교 방향으로 설치되면서, 중앙이 상기 회전체(5a)에 의해 관통됨과 더불어, 외부 둘레 면에 톱니 기어가 구비되어 상기 피동 기어(17b)와 맞물릴 수 있는 중계 기어(21d)가 장착된다.
또, 상기 중계 기어(21d)에 갖추어진 톱니 기어에는 중계 기어(21d)를 회전시켜 피동 기어(17b)에 동력을 전달할 수 있는 능동 기어(25b)가 장착되고, 상기 능동 기어(25b)의 일측면에는 사람의 수작업에 의해 능동기어(25b)를 좌,우 방향으로 회전시킬 수 있도록 조정 핸들(27c)이 장착된다.
한편, 상기 회전체(5a)의 외주면과 중계 기어(21d)가 맞닿는 부분에는 회전체(5a)의 외주면상에서 중계 기어(21d)를 좌,우로 회전시킬 수 있도록 베어링(31c)이 장착됨이 바람직하다.
상기와 같은 구조로 이루어진 좌·우 회전 수단(45)이 동작 되는 과정을 도면 8과 도면 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기상 예보 등을 통하여 태풍이 올 것을 예견한 사용자는 좌·우 회전 수단(45)에 갖추어진 조정 핸들(27c)을 이용하여 능동 기어(25b)를 좌 또는 우 방향으로 회전시킨다.
이때, 상기 능동 기어(25b)가 좌 또는 우 방향으로 회전됨에 따라 상기 능동 기어(25b)와 맞물린 중계 기어(21d)는 능동 기어(25b)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되고, 상기 중계 기어(21d)와 맞물린 피동 기어(17b)는 능동 기어(25b)의 회전 방향과 동일하게 회전된다.
따라서, 상기 회전봉(47)과 연결된 피동 기어(17b)가 회전됨에 따라 회전봉(47)의 외주면상에 장착된 블레이드(3)가 좌,우 방향으로 회전될 수 있다.
즉, 사용자는 태풍 등의 피해가 예상될 경우, 바람을 맞받을 수 있는 블레이 드(3)의 일측면을 회전체(5a)와 마주볼 수 있도록 회전시킴으로써, 바람을 맞받을 수 있는 블레이드(3)의 면적을 줄여 강풍으로 인한 장비의 파손을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 갖추어진 좌·우 회전 수단(45)은 강풍으로 인하여 풍력 발전 장치에 갖추어진 장비가 파손되는 것을 방지할 수 있고, 풍량에 따라 회전체(5a)의 회전 속도를 일정하게 조절할 수 있다.
한편, 상기 동력 수집체(8)는 도면 1에 도시한 바와 같이, 지면의 수직 방향으로 꽂혀진 고정봉(1b)에 관통 고정된 상태로 좌, 우 회전될 수 있는바, 상기 동력 수집체(8)에 갖추어진 외주면의 길이 방향으로는 환 형태의 체결구(14b)가 2개 이상 갖추어져 2개 이상의 회전체(5a)와 속도 조절 수단(11)으로부터 연장된 동력 전달 수단(7) 즉, 체인이나 벨트 또는 와이어 등이 연결될 수 있다.
또한, 상기 동력 전달 수단(7)은 도면 10에 도시한 바와 같이, 체인이나 벨트 또는 와이어 대신에 회전체(5a)와 동력 수집체(8)의 외주면상에 서로 맞물릴 수 있는 톱니 기어(54)를 이용하여 구성할 수도 있다.
또, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에는 상기 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단(55)이 갖추어지는 바, 상기 제동 수단(55)은 도면 11에 도시한 바와 같이, 지면에 고정될 수 있는 평탄한 베이스판(57)과, 상기 베이스판(57)의 직교 방향으로 뻗어나온 지지판(59)을 갖추고, 상기 지지판(59)의 일측면으로는 지지판(59)의 높이 방향으로 일정 간격을 사이에 두고 돌출되어 있으면서, 중앙에 힌지축(61)을 끼워넣을 수 있는 고정 홀(63)을 구비한 고정 브라켓(65a,65b)이 장착된다.
또한, 상기 제동 수단(55)에는 베이스 판(57)과 나란하게 배치되면서, 일측 끝단이 상기 고정 브라켓(65a,65b) 사이에 끼워진 상태로 힌지축(61)에 의하여 관통되어 상기 힌지축(61)에 끼워진 상태로 축선회할 수 있는 제동바(67)가 설치되는바, 상기 제동바(67)의 일측면에는 고무 패드(69)가 장착된다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 갖추어진 제동 수단(55)이 동작 되는 과정을 도면 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제동 수단(55)을 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)에 근접하게 설치한다.
다음, 태풍 등의 피해가 예상될 경우 상기 제동바(67)의 타측 끝단을 회전체 (5a) 방향으로 잡아당겨 제동바(67)에 장착된 고무 패드(69)와 회전체(5a)의 외주면이 서로 마찰될 수 있도록 함으로서 상기 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)가 정지될 수 있도록 한다.
다음, 사용자는 상기 블레이드(3)를 전·후 회전 수단(15a,15b,15c,15d) 또는 좌·우 회전 수단(45)을 이용하여 회전시킴으로써, 태풍 피해로 인한 장비의 파손을 최소화시킬 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치가 동작되는 과정을 도면 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 풍력에 의하여 블라인드(3)가 장착된 1개 이상의 회전체(5a)가 회전되면, 상기 1개 이상의 회전체(5a)는 풍력에 의해 발생 된 회전력을 동력 전달 수단(7)을 통하여 동력 수집체(8)로 전달한다.
다음, 상기 동력 수집체(8)는 1개 이상의 회전체(5a)로부터 전달된 동력에 의해 회전됨과 동시에, 상기 동력 수집체(8)와 연결된 속도 조절 수단(11)에 동력을 전달하고, 상기 속도 조절 수단(11)은 동력 수집체(8)로부터 전달된 동력을 일정 속도로 조절한 다음, 상기 일정 속도로 조절된 동력을 발전기(13)로 전달하여 최종적으로 전기를 발생시킬 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 도면 12에 도시된 제 2 실시예와 같이 구조 변경될 수 있는바, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 2 실시예는 지면의 수직 방향으로 세워진 상태에서 지면에 고정 결합되는 하부 지주(57a)와, 상기 하부 지주(57a)의 상단에 결합 된 상태로 시계 또는 반시계 방향으로 회전되는 상부 지주(57b)를 구비한 지주(57)와, 상기 상부 지주(57b)와 나란하게 배치됨과 더불어 상부 지주(57b)로부터 뻗어나온 연결편(59a,59b)을 통하여 상기 상부 지주(57b)와 결합되는 2개 이상의 설치바(61a,61b)를 구비한다.
또한, 상기 설치바(61a,61b)의 사이에는 상부 지주(57b)의 직교 방향으로 배치되어 풍력에 의해 회전될 수 있는 회전체(5b)와, 상기 회전체(5b)의 외주면상에 장착되어 마주오는 바람을 맞받을 수 있는 블레이드(3)를 구비한다.
또, 상기 회전체(5b)에는 상기 회전체(5b)를 길이 방향으로 관통하면서, 양끝단이 설치바(61a,61b)의 외주면상에 관통된 상태로 회전될 수 있는 회전축(67)이 장착된다.
또, 상기 설치바(61a,61b)와 회전체(5b)의 사이에 배치된 회전축(67) 상에는 동력 전달 수단(7)(체인, 밸트, 와이어)이 체결될 수 있도록 연결 부재(69a)(풀리, 기어)가 장착되어 상기 설치바(61a,61b)상에 배치된 2개 이상의 회전축(67)이 동력 전달 수단(7)에 의해서 상호 연결될 수 있도록 한다.
또, 상기 설치바(61a,61b)의 사이에는 양끝단이 설치바(61a,61b)의 외주면상에 끼워진 상태로 회전될 수 있고, 외주면상에 회전축(67)에 갖추어진 연결 부재(69a)와 동력 전달 수단(7)을 통하여 연결될 수 있는 2개 이상의 연결 부재(69b)를 구비하여 회전체(5b)의 동력을 수집할 수 있는 동력 수집축(71)이 장착될 수 있으며, 상기 동력 수집축(71)의 외주면상에는 수집된 동력을 방향 전환 기어부(83)로 전달할 수 있도록 동력 전달 수단(7)이 체결될 수 있는 연결 부재(69c)가 추가 장착될 수 있다.
한편, 상기 회전체(5b)와 마주보는 상부 지주(57b)의 지름 방향으로는 횡단면이 'V'자 형태로 이루어져 바람의 방향을 따라 상기 상부 지주(57b)를 시계 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있는 방향 조정 날개(73)가 장착되고, 상기 설치바(61a,61b)의 하단에는 설치바(61a,61b)의 무게를 지탱할 수 있는 지지 다리(75a,75b)가 장착되며, 상기 지지 다리(75a,75b)의 하단에는 지면상에 장착된 레일(77)을 따라 회전될 수 있는 회전 바퀴(79)가 장착될 수 있다.
한편, 상기 상부 지주(57b)와 하부 지주(57a)의 내측에는 동력 수집축(71)의 회전력을 지주(57)의 길이 방향으로 배치된 수직축(81)에 전달할 수 있도록 방향 전환 기어부(83)가 장착되는바, 상기 방향 전환 기어부(83)의 구조는 도면 12와 도면 13에 도시한 바와 같이, 상부 지주(57b)의 외주면에 동력 전달 수단(7)이 관통될 수 있도록 관통 홀(85)을 뚫고, 상기 상부 지주(57b)의 내측으로 동력 수집 축(71)과 나란하게 배치되면서, 양끝단이 상기 상부 지주(57b)의 내주면에 끼워진 상태로 회전될 수 있는 수평축(87)과, 상기 상부 지주(57b)와 하부 지주(57a)의 내측에 배치되면서, 지주(57)의 길이 방향으로 배치된 수직축(81)으로 구성할 수 있다.
또한, 상기 수평축(87)에는 동력 수집축(71)으로부터 전달된 동력을 동력 전달 수단(7)을 통하여 전달받을 수 있도록 연결 부재(69d)가 장착되고, 상기 지주(57)의 직교 방향으로 배치된 수평축(87)과, 상기 지주(57)의 길이 방향으로 배치된 수직축(81)의 사이에는 도면 13에 도시한 바와, 교차 축 기어(89)가 장착되어 지주(57)의 직교 방향으로 배치되어 회전되는 동력 수집축(71)의 회전력을 지주(57)의 길이 방향으로 배치된 수직축(81)에 전달하여 결과적으로, 동력의 방향을 전환할 수 있도록 한다.
한편, 상기 지주(57)의 길이 방향으로 배치된 수직축(81)의 하단에는 속도 조절 수단(11)과 동력 전달 수단(7)을 통하여 연결될 수 있는 연결 부재(69e)가 장착된다.
이때, 상기 수직축(81)의 하단에 배치된 연결 부재(69e)의 위치는 연결 부재(69e)와 속도 조절 수단(11) 사이를 동력 전달 수단(7)을 이용하여 연결하였을 때, 지지 다리(75a,75b)에 의해서 상기 레일(77) 위로 노출된 동력 전달 수단(7)이 걸리지 않도록 하부 지주(57a)가 설치된 지면의 하방으로 배치하고, 상기 연결 부재(69)와 속도 조절 수단(11)을 연결하는 동력 전달 수단(7)은 레일(77)이 설치된 지면의 지하에 매설하여 설치함이 바람직하다.
상기와 같은 구조로 이루어진 상기 풍력 발전 장치에 대한 제 2 실시예가 동작 되는 과정을 도면 12와 도면 13을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 갖추어진 풍력 발전 장치에 대한 제 2 실시예에 임의의 풍향을 가진 바람이 불어오면, 상기 풍력 발전 장치에 대한 제 2 실시예는 방향 조정 날개(73)를 이용하여 상부 지주(57b)를 회전시킴으로써, 상기 상부 지주(57b)에 장착된 회전체(5b)가 임의의 방향으로 불어오는 바람의 방향과 항상 마주볼 수 있도록 한다.
한편, 상기 마주오는 바람의 방향과 맞대응되도록 조정된 상기 1개 이상의 회전체(5b)는 회전체(5b)에 갖추어진 블레이드(3)에 의해 회전되면서, 1개 이상의 회전체(5b)로부터 발생 된 동력을 연결 부재(69a,69b)를 이용하여 동력 수집축(71)으로 전달한다.
또한, 상기 동력 수집축(71)은 1개 이상의 회전체(5b)로부터 전달받은 동력을 방향 전환 기어부(83)로 전달하고, 상기 방향 전환 기어부(83)는 동력 수집축(71)으로부터 전달된 동력의 방향을 전환하여 상기 속도 조절 수단(11)으로 전달한다.
다음, 상기 속도 조절 수단(11)은 방향 전환 기어부(83)로부터 전달된 동력을 발전기(13)의 발전에 필요한 속도로 가속 또는 감속한 다음, 발전기(13)에 전달한다.
한편, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 2 실시예에는 도면 6과 도면 7에서 예로 들은 전·후 회전 수단(15d)의 제 4 실시예처럼, 블레이드(3)와 회전 체(5b)의 사이에 회전암(19d)을 장착한 다음, 상기 회전체(5b)의 안쪽으로 삽입된 회전암(19d)의 외주면상에 탄성 부재(12)를 장착하여, 일정 수준 이상의 풍력이 블레이드(3)로 불어왔을 때, 블레이드(3)의 일측면이 회전암(19a)을 축으로 선회될 수 있도록 할 수 있는바, 그 구체적인 구조는 이전의 전·후 회전 수단(15d)의 제 4 실시예에서 이미 설명했기에 중복된 설명을 피하기 위해 그 자세한 설명은 생략한다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 1개 이상의 회전체(5a,5b)를 하나의 동력 수집체(8) 또는 동력 수집축(71)에 연결함으로써, 하나의 동력 수집체(8) 또는 동력 수집축(71)이 풍력에 의해 발생 된 1개 이상의 회전체(5a,5b)의 회전 동력을 수집할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면의 수직 방향으로 세워진 회전체(5a,5b)를 이용함으로써 풍력에 의한 회전 반경을 최소화할 수 있고, 미약한 바람을 수집하여 발전기(13)의 발전에 필요한 동력을 발생시킬 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환과 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
도면 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 1 실시예에 대한 개념도,
도면 2는 본 발명에 갖추어진 블레이드의 상단을 회전체의 전,후 방향으로 축 선회시키기 위한 전·후 회전 수단의 제 1 실시예,
도면 3은 상기 전·후 회전 수단의 제 1 실시예에 대한 횡단면도,
도면 4는 벨트나 체인을 이용하여 블레이드의 상단을 축 선회시키기 위한 전·후 회전 수단의 제 2 실시예,
도면 5는 크랭크 축을 이용하여 블레이드의 상단을 축 선회시키기 위한 전·후 회전 수단의 제 3 실시예,
도면 6은 탄성 부재를 이용하여 블레이드의 하단을 축 선회하기 위한 전·후 회전 수단의 제 4 실시예,
도면 7은 전·후 회전 수단의 제 4 실시예에 갖추어진 비틀림 스프링이 회전암의 외주면과 지주의 내주면 사이에 장착된 상태를 설명하기 위한 개념도,
도면 8은 본 발명에 갖추어진 각각의 블레이드가 결합편에 결합 된 상태에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있게 하는 좌·우 회전 수단의 구조를 설명하기 위한 제 1 실시예,
도면 9은 본 발명에 갖추어진 좌·우 회전 수단을 설명하기 위한 상세도,
도면 10은 회전체와 동력 수집체를 톱니 기어 등을 이용하여 직결한 상태도,
도면 11은 본 발명에 갖추어진 제동 수단을 설명하기 위한 상태도,
도면 12는 본 발명에 갖추어진 풍력 발전 장치의 제 2 실시예를 설명하기 위 한 개념도,
도면 13은 상기 풍력 발전 장치의 제 2 실시예에 갖추어진 방향 전환 수단의 구체적인 구조를 설명하기 위한 개념도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1a. 고정봉 3. 블레이드
5. 회전체 7. 동력 전달 수단
7a. 밸트 7b. 체인
8. 동력 수집체 9. 고정 프레임
10a. 풀리 10b. 기어
11. 속도 조절 수단 12. 탄성 부재
12a. 비틀림 스프링 13. 발전기
15a. 전·후 회전 수단 17a. 피동 기어
19a. 회전암 21a. 중계 기어
23. 동력 전달체 25a. 능동 기어
27a. 조정 핸들 29. 베어링 장착구
31a. 베어링 33. 크랭크 축
35. 피스톤 축 37. 고정 플레이트
39. 관통 홀 41. 나사 구멍
43. 고정 나사 45. 좌·우 회전 수단
47. 회전봉 49. 결합링
51. 결합편 55. 제동 수단
57a. 하부 지주 57b. 상부 지주
59a. 연결편 61a. 설치바
65. 블레이드 67. 회전축
69a. 연결 부재 71. 동력 수집축
73. 방향 조정 날개 75a. 지지 다리
77. 레일 79. 회전 바퀴
81. 수직축 83. 방향 전환 기어
85. 관통 홀 87. 수평축
89. 교차 축 기어

Claims (10)

  1. 지면에 꽂혀진 고정봉(1a)에 관통 고정되면서, 외부 둘레면에 장착된 2개 이상의 블레이드(3)에 의해 고정봉(1a)을 축으로 회전할 수 있는 회전체(5a)와;
    지면의 수직 방향으로 세워짐과 동시에, 지면에 꽂혀진 고정봉(1b)에 관통 고정된 상태로 회전되면서, 상기 2개 이상의 회전체(5a)로부터 발생된 동력을 동력 전달 수단(7)을 통하여 전달받을 수 있는 동력 수집체(8);
    상기 고정봉(1a,1b)의 상단에 장착되어 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)가 장착된 고정봉(1a,1b)이 한쪽으로 기울어지거나 넘어지지 않도록 지지해 주는 고정 프레임(9);
    상기 동력 수집체(8)와 동력 전달 수단(7)을 통하여 연결되어 발전기(13)로 전달될 회전 동력이 일정 속도로 유지하도록 하는 속도 조절 수단(11)으로 이루어진 풍력 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전체(5a)에는 블레이드(3)의 상단을 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시키도록 벨트, 와이어 또는 베벨 기어를 이용한 전·후 회전 수단(15a,15b)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전체(5a)에는 상기 블레이드(3)의 상단을 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시키도록 크랭크축(33)을 이용한 전·후 회전 수단(15c)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전체(5a)에는 상기 블레이드(3)의 하단을 회전체(5a)의 전,후 방향으로 축 선회시키도록 회전체(5a)의 내측으로 삽입된 회전암(19d)의 외주면상에 탄성 부재(12)를 이용한 전·후 회전 수단(15d)이 장착되고, 상기 회전암(19d)은 상기 블레이드(3)의 중심부를 벗어난 위치에서 상기 블레이드(3)와 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치에는 각각의 블레이드(3)를 좌,우 수평 방향으로 축 선회시킬 수 있도록 좌·우 회전 수단(45)이 갖추어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치에는 상기 회전체(5a) 또는 동력 수집체(8)의 회전을 저지하는 제동 수단(55)이 갖추어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 동력 전달 수단(7)은 체인, 벨트, 와이어 또는 톱니 기어(54)가 사용되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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