KR101059476B1 - 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기 - Google Patents

회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면에 세워지며, 내부에 상측으로 개방된 공간부가 형성되되, 상단은 중심방향으로 지주턱이 형성된 지주몸통, 상기 지주몸통의 상측에 회전가능하도록 구비되되, 내부에 공간이 형성된 회전몸체와 상기 회전몸체를 하측에서 지지하며, 양단이 회전몸체보다 외측으로 연장된 회전받침대를 갖는 회전몸체부, 상기 회전몸체부의 회전받침대 양단부에 구비되어 바람에 의해 회전되고, 크기가 다른 메인회전날개와 보조회전날개를 갖는 회전날개부, 상기 회전날개부에서 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전부, 상기 회전날개부의 회전력을 상기 발전부로 전달시키는 회전력전달수단 및 상기 각 회전날개와 회전몸체를 연결하여 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 수평유지수단을 포함하여 이루어지고, 바람이 불면 상기 메인회전날개가 바람방향을 향할 수 있도록 상기 회전몸체부가 회전되어 바람에 의한 상기 회전날개부의 최대 회전력을 얻어 전기에너지를 발생시킨다.
풍력, 발전기, 회전날개, 수평유지

Description

회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기{The aerogenerator in which the horizontal maintenance instrument of the rotating vane is equipped}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전몸체부의 양단에 구비된 각 회전날개가 무게에 의해 하측으로 쳐지는 것을 방지하도록 수평유지수단을 구비하여 회전날개의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시켜 회전력을 일정하게 유지함에 따라 전기에너지의 생산량을 증가시킬 수 있는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력발전기는 자연에서 발생되는 바람을 이용하여 회전날개를 회전시켜 회전력을 얻고, 이 회전력을 전기에너지로 변화시켜 전기가 필요한 각 지역으로 공급하는 발전기의 한 형태이다.
이러한 풍력발전기는 지지축과 회전몸체 및 회전날개로 구성되고, 지지축은 지면에 수직방향으로 구비된다.
그리고 회전몸체는 지지축의 상단 양측에 자유회전되도록 각각 구비되고, 각 회전몸체에는 회전날개가 구비되어 바람에 의해 회전력을 발생시킨다.
이와 같은 풍력발전기는 바람이 부는 방향으로 회전날개가 향하도록 회전몸체가 회전되어 회전날개가 바람에 의해 용이하게 회전되도록 사용되고 있다.
최근에 들어, 회전날개의 회전력을 향상시키기 위해 회전날개를 한 쌍으로 구비하여 회전몸체를 바람이 부는 방향을 향하도록 신속하게 회전시키고, 각 회전날개의 회전력을 증가시키고 있다.
도 1은 종래 풍력발전기를 도시한 도면이다.
도면에서 도시한 바와 같이, 풍력발전기(1)는 지면에 세워지는 지지축(10)과 이 지지축(10)의 상단에 회전가능하도록 회전몸체(20)가 구비되고, 회전몸체(20)의 양단부에 한 쌍의 회전날개(30)가 회전 가능하도록 구비된다.
그리고 지지축의 내부나 지면에는 발전기(40)가 구비되고, 회전몸체(20)의 내부에는 각 회전날개(30)의 회전력을 발전기(40)에 증대시켜 전달하는 회전력전달수단(50)이 구비된다.
이 회전력전달수단(50)은 회전몸체(20)의 중간부 상측에 구비되어 각 회전날개(30)의 회전축(32)과 발전기(40)에 연결된 회전축(42)을 연결시키며, 커버(22)에 의해 외측이 보호되어 있다.
그리고 회전몸체(20)와 지지축(10)의 사이에는 회전수단(60)이 구비되며, 이 회전수단(60)은 하나의 회전판(62)에 원주방향을 따라 다수의 회전롤러(64)가 구비됨에 따라 회전몸체(20)는 지지축(10)의 상단부에서 회전되게 된다.
이에 따라, 회전날개(30)가 구비된 회전몸체(20)는 바람이 부는 방향으로 용이하게 회전되고, 회전날개(30)의 회전력을 최대로 증가시킬 수 있게되어 전기에너 지의 생산량을 증대시킬 수 있는 것이다.
그러나 이러한 풍력발전기(1)의 회전날개(30)는 그 회전축(32)이 커버(22) 일단과 회전몸체(20)의 일단에 고정되어 있어 회전날개(30)의 하중에 의해 하측으로 쳐짐에 따라 균일한 회전력을 발생시킬 수 없는 문제점이 있다.
특히, 이 회전날개(30)가 수평상태를 유지하지 못하고 하측으로 쳐진 상태에서 회전하게 되면, 회전날개(30)가 파손되거나 회전날개(30)가 회전몸체(20)에서 분리되어 자칫 대형사고를 초래할 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 각 회전날개를 수평유지수단에 의해 회전몸체부의 중심부 쪽으로 당겨서 지지함에 따라 각 회전날개의 수평상태를 유지할 수 있다.
그리고 회전날개부의 하측을 지지하는 회전몸체부의 회전받침대를 내향 절곡시켜 각 회전날개의 중량을 용이하게 지지함에 따라 회전날개의 수평상태를 더욱 용이하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 회전날개의 일정한 회전력은 물론, 회전력을 증가시켜 전기에너지의 생산량을 증가시킬 수 있는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기를 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 지면에 세워지며, 내부에 상측으로 개방된 공간부가 형성되되, 상단은 중심방향으로 지주턱이 형성된 지주몸통, 상기 지주몸통의 상측에 회전가능하도록 구비되되, 내부에 공간이 형성된 회전몸체와 상기 회전몸체를 하측에서 지지하며, 양단이 회전몸체보다 외측으로 연장된 회전받침대를 갖는 회전몸체부, 상기 회전몸체부의 회전받침대 양단부에 구비되어 바람에 의해 회전되고, 중량이 다른 메인회전날개와 보조회전날개를 갖는 회전날개부, 상기 회전날개부에서 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전부, 상기 회전날 개부의 회전력을 상기 발전부로 전달시키는 회전력전달수단 및 상기 각 회전날개와 회전몸체를 연결하여 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 수평유지수단을 포함하여 이루어지고, 바람이 불면 상기 메인회전날개가 바람방향을 향할 수 있도록 상기 회전몸체부가 회전되어 바람에 의한 상기 회전날개부의 최대 회전력을 얻어 전기에너지를 발생시킨다.
바람직하게, 상기 수평유지수단은, 적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 일단이 상기 회전몸체부의 회전몸체에 회전가능하도록 연결되고, 타단은 상기 회전받침대에 고정되는 회전날개부의 소정위치에 연결되되, 길이조절부에 의해 길이가 조절되어 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시킨다.
그리고 상기 수평유지수단은, 적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 상기 회전몸체부의 회전몸체에 고정되는 제1와이어, 적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 상기 회전받침대에 고정되는 회전날개부의 소정위치에 고정되는 제2와이어, 및 상기 제1와이어와 제2와이어를 연결하되 회전에 의해 상기 제1와이어와 제2와이어를 길이방향으로 당기거나 풀어 전체길이를 조절하는 길이조절부를 포함하여 이루어지고, 상기 길이조절부를 회전시켜 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시킨다.
또한, 상기 회전몸체부의 회전받침대는 내향 절곡되어 상기 회전몸체와 회전날개부의 결합시, 상기 회전날개부의 무게를 지지하여 회전축 중심선을 수평상태로 유지시킨다.
그리고 상기 회전받침대는, 상기 선택된 어느 하나의 회전날개가 수평상태의 회전받침대의 일단부에 올려져 발생되는 처짐량(y)이,
수학식
Figure 112009020417287-pat00001
{여기서, 상기 선택된 어느 하나의 회전날개의 하중(F), 탄성영률(E), 단면관성모멘트(I), 회전받침대의 길이(l)}
에 만족하고, 상기 처짐량(y) 만큼 일단부가 상측으로 형성된다.
또한, 상기 회전받침대는 회전몸체가 구비된 중심부를 기준으로 양단부의 곡률이 다르게 형성되되, 상기 회전날개부 중 중량이 큰 메인회전날개를 지지하는 어느 한 단부의 곡률이 상기 회전날개부 중 중량이 작은 보조회전날개를 지지하는 다른 한 단부의 곡률보다 작다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기에 의하면, 바람을 이용하여 회전날개부의 회전력을 최대한 발생시켜 전기에너지의 생산량을 증대시킴은 물론, 수평유지수단에 의해 장기사용시 각 회전날개의 중량에 의해 회전날개부의 회전축 중심선이 하측으로 쳐지는 것을 방지하여 균일한 전기에너지를 생산할 수 있으며, 회전날개부를 하측에서 지지하는 회전받침대를 내향 절곡시켜 회전날개부의 중량을 더욱 용이하게 지지함에 따라 회전날개부의 수평 상태를 유지시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 수평유지수단을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 수평유지수단의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 회전받침대를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 회전받침대의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도면에서 도시한 바와 같이, 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기(100)는 지주몸통(110)과 회전몸체부(120), 회전날개부(130), 발전부(140), 회전력전달수단(150) 및 수평유지수단(160)으로 구성된다.
지주몸통(110)은 지면에 세워지며, 내부에 상측으로 개방된 공간부가 형성되되, 상단은 중심방향으로 지주턱(112)이 형성되며, 이 지주턱(112)의 상단면을 따라 회전몸체(120)가 회전된다.
회전몸체부(120)는 회전몸체(122)와 회전받침대(124)로 구성되며, 회전몸체(122)는 회전받침대(124)의 중간 상단에 구비되어 그 내부에는 회전력전달수단(150)이 구비된다.
다시 말해, 회전받침대(124)는 회전몸체(122)를 하측에서 지지하고, 양단이 회전몸체(122)보다 외측으로 연장되며, 이 외측으로 연장된 양단부에 회전날개부(130)가 구비된다.
이러한 회전몸체부(120)에 의해 바람이 부는 방향으로 용이하게 회전되어 회전날개부(130)가 바람부는 방향을 향함에 따라 회전날개부(130)가 용이하게 회전되는 것이다.
이 회전날개부(130)는 메인회전날개(132)와 보조회전날개(134)로 구성되며, 메인회전날개(132)가 보조회전날개(134)보다 크게 형성된다.
발전부(140)는 회전날개부(130)에서 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환시키는 것으로, 지주몸통(110)의 내부나 지면 등에 구비되며, 회전력전달수단(150)은 회전날개부(130)의 회전력을 발전부(140)로 전달시키게 된다.
이 회전력전달수단(150)은 상기 회전몸체부(120)의 회전몸체(122) 내에 구비되어 각 회전날개(132, 134)의 회전축(133, 135)과 발전부(140)의 회전축(142)을 연결하여 회전력을 직각방향으로 전달하게 된다.
그리고 수평유지수단(160)은 회전날개부(130)를 수평상태로 회전되도록 유지시키는 것으로, 회전날개부(130)의 회전축(133, 135) 중심선을 수평상태로 유지시킴으로, 회전날개부(130)가 용이하게 회전되어 최대 회전력을 얻어 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
도 2 내지 3도에 도시한 바와 같이, 수평유지수단(160)은 적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어(162)로 형성되어 회전몸체부(120)와 회전날개부(130)를 각각 연결하게 된다.
다시 말해, 수평유지수단(160)은 와이어(162) 일단이 회전몸체부(120)의 회전몸체(122)에 회전가능하도록 연결되고, 타단은 회전받침대(124)에 연결되는 회전날개부(130)의 소정위치에 연결되되, 길이조절부(164)에 의해 길이가 조절되어 회전날개부(130)의 회전축(133, 135) 중심선을 수평상태로 유지시킨다.
이 길이조절부(164)는 와이어(162)의 타단이 고정된 회전날개부(130)의 소정위치에 구비되어 와이어(162)의 길이를 조절하여 회전날개부(130)의 수평상태를 유지하게 된다.
한편, 수평유지수단(160')은 도 4에서 도시한 바와 같이, 다른 실시 예로 구성될 수 있는 것으로, 제1와이어(162')와 제2와이어(164') 및 길이조절부(166')으로 구성된다.
제1와이어(162')와 제2와이어(164')는 적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 제1와이어(162')는 회전몸체부(120)의 회전몸체(122)에 고정되고, 제2와이어(164')는 회전받침대(124)에 고정되는 회전날개부(130)의 소정위치에 고정된다.
길이조절부(166')는 제1와이어(162')와 제2와이어(164')의 고정되지 않은 단부를 연결하되, 회전에 의해 제1와이어(162')와 제2와이어(164')를 길이방향으로 당기거나 풀어 전체길이를 조절하게 된다.
이러한 길이조절부(166')는 제1와이어(162')와 제2와이어(164')의 고정점을 지나는 연장선을 기준으로 회전되며, 제1와이어(162')와 제2와이어(164')의 길이를 조절함에 따라 회전날개부(130)의 수평상태를 유지하게 된다.
이때, 회전날개부(130)는 크기와 중량이 다른 메인회전날개(132)와 보조회전날개(134)로 구성 됨에 따라 각각의 수평상태를 유지하는 지지력은 다르게 작용됨이 당연하다.
그리고 도 5 내지 6에서 도시한 바와 같이, 회전몸체부(120)의 회전받침대(124)는 내향 절곡되어 회전몸체(122)와 회전날개부(130)의 결합시, 회전날개부(130)의 무게를 지지하여 회전축(133, 135) 중심선을 수평상태로 유지시킨다.
이러한 회전받침대(124)의 양단부 절곡량(A)은, 수평상태의 회전받침대에 발생되는 처짐량(y)에 대응하여 상측으로 절곡형성되는 것으로, 처짐량(y)은,
수학식
Figure 112009020417287-pat00002
{여기서, 상기 선택된 어느 하나의 회전날개의 하중(F), 탄성영률(E), 단면관성모멘트(I), 회전받침대의 길이(l)}
를 만족한다.
다시 말해, 선택된 어느 하나의 회전날개가 수평상태의 회전받침대의 일단부에 올려져 발생되는 처짐량(y) 만큼 회전받침대(124)의 일단부가 상측으로 형성되는 것이다.
이에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이, 회전받침대(124)는 회전몸체(122)가 구비된 중심부를 기준으로 양단부의 절곡량(A1, A2)이 다르게 형성된다.
다시 말해, 회전날개부(130) 중 중량이 큰 메인회전날개(132)를 지지하는 어느 한 단부의 절곡량(A1)이 회전날개부(130) 중 중량이 작은 보조회전날개(134)를 지지하는 다른 한 단부의 절곡량(A2)보다 작게 형성된다.
이는, 중량이 다른 메인회전날개(132)와 보조회전날개(134)를 각기 다른 지지력으로 지지함에 따라 수평상태를 더욱 용이하게 유지시킬 수 있는 것으로, 회전날개부(130)의 회전력 유지를 뜻함에 따라 전기에너지의 생산량을 증가시킬 수 있다.
이러한 회전받침대(124)는 받침판(125)과 다수의 지지프레임(126)으로 구성되며, 지지프레임(126)이 받침판(125)의 하단면을 따라 구비되어 받침판(125)의 하측을 지지하게 된다.
이 지지프레임(126)은 회전날개부(130)의 중량에 의한 받침판(125)의 면방향 절곡을 방지하기 위해 하측을 지지하며, 길이방향을 따라 다수의 통공이 형성되어 상하방향으로 전달되는 하중을 분산시켜 지지프레임(126)에 좌굴이 발생되는 것을 방지함이 바람직하다.
도 1은 종래 풍력발전기를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 수평유지수단을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 수평유지수단의 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 회전받침대를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기의 회전받침대의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 풍력발전기 110 : 지주몸통
120 : 회전몸체부 122 : 회전몸체
124 : 회전받침대 125 : 받침판
126 : 지지프레임 130 : 회전날개부
132 : 메인회전날개부 134 : 보조회전날개부
140 : 발전부 150 : 회전력전달수단
160, 160' : 수평유지수단 162 : 와이어
164 : 길이조절부
162' : 제1와이어 164' : 제2와이어
164' : 길이조절부

Claims (6)

  1. 지면에 세워지며, 내부에 상측으로 개방된 공간부가 형성되되, 상단은 중심방향으로 지주턱이 형성된 지주몸통;
    상기 지주몸통의 상측에 회전가능하도록 구비되되, 내부에 공간이 형성된 회전몸체와 상기 회전몸체를 하측에서 지지하며, 양단이 회전몸체보다 외측으로 연장된 회전받침대를 갖는 회전몸체부;
    상기 회전몸체부의 회전받침대 양단부에 구비되어 바람에 의해 회전되고, 중량이 다른 메인회전날개와 보조회전날개를 갖는 회전날개부;
    상기 회전날개부에서 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전부;
    상기 회전날개부의 회전력을 상기 발전부로 전달시키는 회전력전달수단; 및
    상기 메인회전날개와 보조회전날개를 회전몸체에 각각 연결하여 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 수평유지수단을 포함하여 이루어지고,
    바람이 불면 상기 메인회전날개가 바람방향을 향할 수 있도록 상기 회전몸체부가 회전되어 바람에 의한 상기 회전날개부의 최대 회전력을 얻어 전기에너지를 발생시키며,
    상기 수평유지수단은,
    적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 일단이 상기 회전몸체부의 회전몸체에 회전가능하도록 연결되고, 타단은 상기 회전받침대에 고정되는 회전날개부의 소정위치에 연결되되, 길이조절부에 의해 길이가 조절되어 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 수평유지수단은,
    적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 상기 회전몸체부의 회전몸체에 고정되는 제1와이어;
    적어도 하나 이상의 소선층을 갖는 와이어로 형성되어 상기 회전받침대에 고정되는 회전날개부의 소정위치에 고정되는 제2와이어; 및
    상기 제1와이어와 제2와이어를 연결하되 회전에 의해 상기 제1와이어와 제2와이어를 길이방향으로 당기거나 풀어 전체길이를 조절하는 길이조절부를 포함하여 이루어지고,
    상기 길이조절부를 회전시켜 상기 회전날개부의 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전몸체부의 회전받침대는 내향 절곡되어 상기 회전몸체와 회전날개부의 결합시, 상기 회전날개부의 무게를 지지하여 회전축 중심선을 수평상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전받침대는,
    상기 선택된 어느 하나의 회전날개가 수평상태의 회전받침대의 일단부에 올려져 발생되는 처짐량(y)이,
    수학식
    Figure 112009020417287-pat00003
    {여기서, 상기 선택된 어느 하나의 회전날개의 하중(F), 탄성영률(E), 단면관성모멘트(I), 회전받침대의 길이(l)}
    에 만족하고, 상기 처짐량(y) 만큼 일단부가 상측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회전받침대는 회전몸체가 구비된 중심부를 기준으로 양단부의 곡률이 다르게 형성되되, 상기 회전날개부 중 중량이 큰 메인회전날개를 지지하는 어느 한 단부의 곡률이 상기 회전날개부 중 중량이 작은 보조회전날개를 지지하는 다른 한 단부의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 회전날개의 수평유지수단이 구비된 풍력발전기.
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