KR101187308B1 - 풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기(18)와, 상기 발전기(18) 전면 일측의 발전축(10)에 연결된 로터(20)와, 상기 로터(20)를 내장한 고정자(21)와, 상기 발전기(18)의 전면에 설치된 하우징(30)과, 상기 발전축(10)의 전면에 설치되며 하우징(18)의 하부 전면을 관통하여 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어(1)의 전면에 날개연결부(16)에 의해 연결된 날개(15)와, 상기 발전축(10)은 하우징(30)의 내부와, 후면 하부를 전후로 관통하여 설치되는 발전축(10)과, 발전축 후면 일측에 설치된 스피드센서(11)로 구성된 풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법에 관한 것이다.

유성기어, 헤리컬기어, 풍력발전기, 모터

Description

풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍속이 정격풍속(발전가능한 풍속)이하일 경우 모터를 가동시켜, 아이들기어를 활용하여 헤리컬기어의 회전방향을 반대로 한 간결한 구조로 최대의 증속속도를 발전축에 전달하여 발전효율을 높이면서, 로터와 고정자를 활용하여 변동이 큰 풍속에 구애 없이 발전시키는 풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 풍력을 이용하여 발전기를 가동하는 것으로서,

기존의 풍력 발전기는 평균풍속이 최소 3m/SEC 이상이 되는 지역이 아니면 풍력 발전기로서의 경제성을 얻기가 힘든 것으로 확인되고 있다.

또한, 계절적으로도 풍속의 크기가 크게 차이가 있어서 가동률을 높이기 위해 높은 산의 정상이나 바닷가 등 일부 한정된 지역에 설치를 해야 되는 실정으로서 설치지역에 많은 제약을 받고 있으며 풍속이 갑자기 높아졌을 때는 조정장치로서 날개를 유압식으로 접었다 폈다 하면서 속도를 조정하므로 정확성이 떨어지고 제조원가가 높아지며, 설치지역이 한정되어 있어서, 발전기 제작비보다도 설치비가 오히려 2배 이상 드는 문제점이 있어왔다.

예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호 제10-760995호에는 지중에 기소로 고정되면서 지면으로 돌출되어 소정의 높이로 구성되는 기둥(11)에 조립되는 발전장치(20)의 회전축(19)에 회전날개(18)가 조립으로 구성되면서, 상기 회전날개(18)를 풍력에 의한 회전으로 발전기(20)의 가동으로 발전을 하는 풍력발전기에 있어서, 기둥(11)의 하측부위에서 확대되면서 형성되는 입구(13)로 연결되는 통로(29)를, 단면이 역나팔형으로 점차 축소되면서 형성하는 통로(29)를 구성하는 벽면(32)을 기둥(11)의 하측부위에 조립구(45)와 베아링(35)과 하우징(36)으로 조립되면서 연결하면서 1차 만곡관(33)으로 만곡 되면서 기둥(11)의 상측부위에 하측방향으로 조립구(45)와 베아링(35)과 하우징(36)으로 조립되면서 연결되는 통로(29)는 2차만곡관(34)으로 만곡 되면서 출구(14)로 구성함을 특징으로 하는 풍력 유도 장치가 구비된 풍력 발전기가 공개되어 있고,

동 공보 공개번호 2003-0097570호에는 두 개의 관속에 하나는 풍력기 또 하나는 발전기로 연결하고, 상기 축전기에서 전기를 공급하고, 상기 전동모터는 유압펌프로 구동하고, 상기 유압유는 고압파이프로 통과하여 풍력기에 부착된 노즐에서 상기 유압유는 추진 임펠러로 향해 분사하면 추진 임펠러가 구동하면서 상기 추진 임펠러 와 동축으로 연결된 풍력 임펠러 와 풍력가속 임펠러는 풍력 압축 임펠러가 동시에 구동한다. 일단은 풍력기 후면에 풍력 발전기를 장착하고, 상기 풍력기에서 풍력을 발전기를 향해 풍력을 압축하면 발전기 임펠러 와 풍력기 와는 반 시계 방향으로 역회전하면서 전기를 증가 발전하는 구조가 기재되어 있으며,

동 공보 등록번호 제10-667232호에는 권선형 회전자 유도 발전기|상기 발전 기에 결합되어 필드 방위 제어를 이용하여 발전기 토크를 제어하는 토크 제어기| 및 상기 발전기에 결합되어 발전기 회전자 속도를 기초로 피치 조절을 수행하고 상기 토크 제어기와 무관하게 동작하는 피치 제어기를 포함하는 가변 속도 풍력 터빈 시스템이 기술되어 있고,

동 공보 등록번호 제10-420537호에는 풍력발전기에서, 두 개의 회전자의 축에 연결한 회전주축(2)에 기어전동장치(6)를 각각 설치하고, 두 개의 입력측으로 구비된 유성기어장치(3)의 태양기어(10)와 링기어(7)는, 좌우에 설치한 기어전동장치 축(11)으로부터 각각 회전력을 공급받아서, 각각 맞물려 있는 유성기어(8)를 회전시켜서 회전력을 결합하고, 결합된 회전력을 유성기어장치(3)의 출력측으로 구비한 케리어(9)에 축이음 된 동력전달장치를 통하여 하나의 발전장치에 공급함으로서, 전력을 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 회전력 결합장치 가 공개되어 있음을 알 수 있다.

종래의 풍력 발전기는 풍속에 영향이 크므로 산의 정상이나 바닷가 등 일부 한정된 지역에 설치를 해야 되는 실정으로서 설치지역에 많은 제약을 받고 있으므로 작은 변속모터 한 개로 풍속을 증?감속 하여 계절적 요인에 관계없이 높은 발전효율을 가진 풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 로터와 고정자로 일정하게 발전하며, 아이들기어와 헤리컬기어의 회전방향을 반대로 하여 최대의 증속된 속도를 발전축에 전달하며, 풍속이 정격풍속(3m/sec)에 어느 정도 부족한 풍속환경에서 소모적인 모터가동(전력낭비)을 최소화시키기 위하여 증속용 기어와 로터, 고정자를 적용한 경제적이고 효율적인 풍력발전기 및 풍력발전기의 작동방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제 해결 수단인 것이다.

본 발명은 풍속에 관계없이 계절적 요인에 관계없이 저렴한 비용으로 높은 효율을 가졌으며, 풍속에 따라 로터와 고정자로 일정하게 발전할 수 있으며, 유성 기어를 헤리컬 기어와 일체화 시켜 공전과 자전의 원리로 증속과 감속을 간단하게 조정 할 수 있고, 모터에 웜 스크류와 웜 기어를 사용하여 모터의 동력 소모를 줄이면서 웜기어가 기어의 회전 저항을 막을 수 있고, 아이들기어와 헤리컬기어의 회전방향을 반대로 하여 최대의 증속된 속도를 발전축(100%가동율 유도)에 전달하여 발전하는 경제적인 장점이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 발전기(18)와, 상기 발전기(18) 전면 일측의 발전축(10)에 연결된 로터(20)와, 상기 로터(20)를 내장한 고정자(21)와, 상기 발전기(18)의 전면에 설치된 하우징(30)과, 상기 발전축(10)의 전면에 설치되며 하우징(18)의 하부 전면을 관통하여 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어(1)의 전면에 날개연결부(16)에 의해 연결된 날개(15)와, 상기 발전축(10)은 하우징(30)의 내부와, 후면 하부를 전후로 관통하여 설치되는 발전축(10)과, 발전축 후면 일측에 설치된 스피드센서(11)로 구성된 풍력발전기에 관한 것이다.

본 발명을 상세히 설명하면,

1. 풍속이 낮아서 발전이 필요한 경우(모터사용)

가. 풍속이 낮아서 발전에 필요한 정격 회전수가 나오지 않을 때 웜샤프트(7)와 직결된 모터(미도시)는 발전축(10)에 설치된 스피드 센서( 11의) 신호를 받아 가동을 시작하고, 모터(미도시)의 회전은 웜 샤프트(7)와 웜기어(6)를 통해 웜기어(6)만의 특징인 치수(잇수)와 같은 비율로 감속되어 회전하며 감속 비에 따라서 출력은 높아진다.

(모터의 감속이 필요한 이유는 날개(블레이드) 회전이 낮아야하고, 발전속도는 높아야하므로 회전을 낮추면서 출력은 높여야 하는 감속원리로 웜기어(6)를 사용하지 않고 감속모터를 사용할 수도 있다.)

웜기어의 특성상 작은 크기의 모터를 사용하더라도 큰 힘을 발휘하게 된다.

나. 모터(미도시)에 가동 신호가 전달됨 과 동시 캠(13)도 동작신호를 받아서 슬라이드(포크)(14) 에 의해 슬리브 클러치(17)가 우측으로 이동되어 공회전 상태인 웜기어(6)와 연결되면서 웜기어(6)의 회전 동력이 카운터 샤프트에 전달되어 카운터기어(2)와 같이 회전하고,

카운터기어(2)와 맞물린 메인기어(1)도 회전하면서 모든 기어작동이 모터(미도시7)와 슬리브 클러치(17)에 의해서 이루어진다.

여기서 슬리브 클러치(17)의 작동은 캠(13)에 저속 기어모터 들 직결하여 좌우 회전운동 을 직선운동으로 전환시키거나 슬라이드(포크)(14) 좌우에 직접 전자석 코일을 설치하여 전기 신호를 받아 슬리브 클러치(17)를 좌우 변위 작동 시킬 수 있다.

다. 아이들 기어와 유성기어 구조에 의한 증감속

메인기어(1)와 일체형인 링기어(8)도 메인기어(1)와 동일한 속도로 회전하며,

여기서 유성기어 세트 조립구조 상 링기어(8)만 회전하고 유성기어는 자전 상태가 되면 선기어(10-1)는 링기어(8)와 치형수 (잇수) 비만큼 증속이 되어 회전 하지만 목표증속비 의 1/2 이되어 정격발전속도 에 미달하게 된다.

따라서 유성기어와 일체화 된(핀으로 연결조립) 헤리컬기어(5)를 링기어 회전의 반대 방향으로 회전 시켜야 한다. 여기서 링기어와 반대방향 회전은 아이들 기어(4)가 그 역할을 한다.

자세히 설명하면 링기어는 메인기어(1)와 카운터기어(2) 2개의 축에서 발생되는 회전 방향이지만 유성기어와 일체화된 헤이컬기어(5)는 카운터샤프트축(3-1)의 콘트롤기어(3)와 헤리컬기어(5) 사이에 아이들 기어(4)가 한 개 더 있어서, 3개의 축(기어)상에서 회전하므로 헤리컬기어(5)는 링기어와 반대의 방향으로 회전 하게 되는데,

유성기어(9)와 일체화 된 헤리컬기어(5)의 회전은 유성기어(9)를 공전을 시키는 역할을 하며, 여기서 유성 기어(9)는 링기어(8)에 의한 자전과 헤리컬기어(5)에 의한 반대 공전을 통해 이미 정해진 최고의 증속비를 얻고 (증속비는 제작상 링기어 와 선기어의 크기 차이에 따라 달라짐) 정격 발전 속도를 얻어 발전을 한다.

결국, 모터(미도시)가 정지 하지 않는 한 균일한속도 (최소발전 속도는 1.800/ rpm) 로 지속적인 발전을 하며 높은 가동률을 얻는 구조이다

(참고; 링기어는 회전 하고 유성기어가 정지 상태 일 때는(자전운동) 선기어의 회전수(발전축 회전수)는(링기어 잇수 ÷ 선기어 잇수=) 비율만큼 높아지지만,

유성기어(9)가 헤리컬기어(5)에 의해 링기어(8)와 반대 방향으로 공전하면 자전 운동시보다 선기어(10-1)의 회전수가 2배가 높아진다(링기어 잇수 ÷ 선기어잇수 X 2=).

반대로 헤리컬기어(5)가 링기어(8)와 같은 방향으로 회전하면(모터(미도시)를 역회전 시킴) 그 회전 속도 비 만큼 감속 되어 자전 운동시보다 오히려 낮아져서 과속 풍속(태풍등)시 속도를 줄이는 데도 활용된다.

2. 풍속으로 만 발전구동 전환

가. 풍속이 정상 이상일 때

모터는 정지시키고, 풍속의 힘만으로 발전을 하게 된다. 이때 모터만 가동을 정지시키면 날개(블레이드)(15)와 연결된 기어들은 웜기어(6) 감속 구조 때문에 정지되어 회전을 못하게 되므로,

모터(미도시)에 맞물린 웜샤프트(7) 및 웜기어(6)를 공회전 상태로 만들어 줘야하는데, 이때도 스피드 센서(11)나 외부에 설치된 풍속기 신호에 의해 캠(13)이 동작 되여 슬라이드(포크)(14)를 통해 슬리브 클러치(17)를 도면상 좌측으로 변위 시켜서 카운터기어(2)에만 카운터 샤프트(3-1)가 연결되고, 웜기어(6)는 해지되어 공회전 상태가 된다.

발전은 날개(블레이드(15))와 직결된 링기어(8)는 풍속만의 날개(블레이드)의 회전속도와 같은 속도로 회전되고, 메인기어(1)와 맞물린 카운터기어(2)가 회전되면서 동일 축으로 연결된 카운터샤프트(3)(스플라인 구조샤프트)가 회전되고,

(예를 들어, 링기어(8)가 좌측으로 회전한다면(제작시 결정) 헤리컬기어(5)가 회전하지 않는 경우, 헤리컬기어(5)에 부착된 유성기어(9)는 좌측으로 회전하며, 이때 유성기어(9)에 맞물린 선기어(10-1)은 우측으로 회전하며,

링기어(8)가 좌측으로 회전하고, 헤리컬기어(5)가 우회전하면, 헤리컬기어(5)를 따라 헤리컬기어(5)에 부착된 유성기어가 우회전(공전)함과 동시에 유성기어는 좌회전되어 선기어를 우측으로 가속시켜 회전하는 원리인 것이다.

이때, 링기어는 선기어보다 직경이 크고 기어잇수도 많아, 링기어 잇수 나누기 선기어 잇수 만큼 증속이 되여 몇 배 빨리 회전되며, 회전기어는 자전만하지 않 고 헤리컬기어와 함께 공전하므로, 헤리컬기어가 아이들기어로 링기어와 반대의 회전을 하면, 유성기어의 자전상태보다 속도가 2배 더 가속되는 원리인 것입니다.)

이때 풍속이 어느 정도 (기기에 손상영향이 없는 속도) 까지의 수치를 입력하여 제어된다.

3. 풍속의 변화가 심한 경우(출력 보조 장치 사용)

빈번한 풍속 변화로 발전축 속도 변화가 잦다 정격 발전 속도 보다 높은 것은 문제가 안되지만 풍속이 낮으면 컨트롤러 (제어반)가 즉각 반응하여 다시 모터 가동으로 변속을 시켜야 한다.

정지는 전력비 증가와 함께 소음 도 높아지고 기기의 수명도 짧아진다.

본 출원은 이에 대한 개선 기능을 다음과 같이 적용하였다

도2에 도시된 출력 보조기는 회전하는 영구 자석식 로터와 고정자(STATOR) 2가지가 조립된다.

도면상의 로터(20)와 고정자(21)는 이의 문제점을 보완 개선 시킨 기기로서, 최종 발전축 에 고정되어져 회전하는 로터(20)를 고정자(21)내부 공간에 삽입시키되, 삽입되는 로터(20)와 고정자(21) 사이에 미세한 틈새를 갖도록 조립하였다.

동일한 중심 위치 선상의 원형 고정자(21) 구조의 출력보조기 이다.

로터(20) 외경에는 영구 자석을 크기와 수에 구애 없이 심어져 있고,

하우징에는 로터(20)에 반대의 극성을 가진 (자석 N과S의 밀어내기 식 원리 )영구자석이 심어져서 비 전력으로 작동된다. 이 출력 보조기는 로터와 자석의 크 기에 따라 출력이 다르므로 정확한 회전 출력을 산출하여 여기서 발생되는 출력만큼 모터의 크기를 줄일 수 있게 된다.

전동 모터 의 구조와 비슷하나 전동 모터는 스태이터 코일에 전기를 넣어서 자력이 발생되면 로터가 회전되어 동력을 얻게 되는 원리지만 본 출원 기능은 전기를 사용하지 않고 자석의 힘만으로 (N 극 과S 극은 서로 맞닿으면 밀어냄) 회전 시켜 동력을 얻는 방식이다.

여기서 자석만으로 회전은 안되고 로터를 어느 다른 동력에 의해서 일정 방향으로 몇 바퀴 돌려주면 자석의 밀어내기 극성이 작용 하여 자력으로 회전 하는 원리를 이용한 것이다.

풍력 발전기의 최종 회전축 (발전축이라 명함) 에 로터를 KEY 와 볼트 방식으로 체결해주면 항상 회전하며, 고정자는 로터와 반대의 극성을 가지고 로터를 중심으로 미세한 간격을 둔 채 하우징 외부에 고정된다.

여기서 로터가 그냥회전만 하면 무게만 늘어나고 아무런 효과가 없지만, 로터와 고정자는 반대 극성의 자석 때문에 회전하는 로터 축(발전축) 에 힘을 더 높여주는 역할을 합니다. 이것을 출력이라 한다. 이 출력의 크기는 로터의 직경과 길이 그리고 자석의 크기에 따라 달라진다.

또한 풍속으로만 발전시 발전 한계 속도 부근 에서 빈번한 작동 전환 횟수를 줄여서 기기의 수명을 연장 시킬 있다. 이 출력 보조기는 기본적으로 항상 회전 하 는 발전 축에 설치돼 있으므로 별도의 회전 신호를 주지 않아도 모터 구동처럼 자석의 원리만 으로 작동되고 출력을 얻을 수 있다.

설치에서도 기존의 발전 회전축에 길이만 연장 하여 간결하게 설치할 수 있어서, 크기와 원가부담을 최소화 시키면서 높은 효율을 얻을 수 있는 것이다

출력 보조기는 필요에 따라서 고정자측에 자석 대신 전자석 코일을 적용하여 (모터 방식) 전기적 신호에 의해 가동시켜 더 높은 출력을 얻게 할 수도 있다.(소모되는 전력비 보다 높은 출력을 얻을 수 있을 때)

본 출원은 전기를 사용하지 않고 외부의 어느 힘을 빌리지 않고 풍력 발전기의 자체 회전샤프트에 적용시켰으며, 풍력 발전에서 풍력 속도가 조금만 떨어지면 발전이 전혀 안되므로 출력보조기로 큰 힘은 얻지 못하더라도 도움이 된다.

본 발명은 풍력이 모자랄 때 모터를 가동 시켜서 강제회전 시켜서라도 가동률이 높은 발전기를 개발하는데 제일 큰 목적이 있다.

물론 모터 발전 작동 전환 횟수도 줄어서 설비수명도 늘어나는 장점도 있다.

여기서 발생되는 출력의 크기는 로터의 직경과 길이 그리고 자석의 크기가 클수록 커지며, 구조도 간단하게 적용시켰다.

본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 본 발명의 풍력발전기 전체도, 도2 본 발명의 발전축과 그의 조립되는 각종기기들의 조립 및 분해 상세도를 도시한 것이며, 메인기어(1), 카운터기어(2), 콘트롤기어(3), 카운터사프트(3-1), 아이들기어(4), 헤리컬기어(5), 웜기어(6), 웜스크류(7), 링기어(8), 유성기어(9), 발전축(10), 선기어(10-1), 스피드센서(11), 아이들기어샤프트(12), 캠(13), 슬라이드(14), 날개(15), 날개연결부(16), 클러치슬리브(17), 발전기(18), 바테리(19), 로터(20), 고정자(21)를 나타낸 것임을 알 수 있다.

구조를 살펴보면, 도1내지 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 풍력발전기는 발전기(18)와, 상기 발전기(18) 전면 일측의 발전축(10)에 연결된 로터(20)와, 상기 로터(20)를 내장한 고정자(21)와, 상기 발전기(18)의 전면에 설치된 하우징(30)과,

상기 발전축(10)의 전면에 설치되며 하우징(18)의 하부 전면을 관통하여 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어(1)의 전면에 날개연결부(16)에 의해 연결된 날개(15)와,

상기 발전축(10)은 하우징(30)의 내부와, 후면 하부를 전후로 관통하여 설치되는 발전축(10)과, 발전축 후면 일측에 설치된 스피드센서(11)로 구성되며,

상기 하우징(30)은 박스형태이며, 내측 하부의 발전축(10)의 하부 전면에 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어의 후면에 일체형으로 구비된 링기어(8)와, 상기 링기어(8)의 내측에 맞물려 회전(자전운동)되는 4개의 유성기어(9)와, 상기 유성기어(9)의 후면에 설치되며 유성기어(9)와 일체형이며 중앙부에 통공이 구비되어 회전(자전운동)되는 헤리컬기어(5)와, 상기 헤리컬기어(5)의 중앙부 통공을 관통하 여 4개의 유성기어(16)에 맞물려 회전(자전운동)되며 발전축(10)의 중앙부에 설치된 선기어(22)로 구성되고,

중간부는 하우징 중앙부를 관통되어 설치된 카운터샤프트(3-1)와, 상기 카운터샤프트(3-1)의 전면 끝단부에 설치되어 메인헤리컬기어(19)의 상부에 연결되는 카운터기어(2))와, 상기 카운터샤프트(3-1)의 중간 일측에 설치된 웜기어(6)와,

상기 카운터샤프트(3-1)의 중앙 상부에 설치되며, 카운터기어(2)와 웜기어(6)로 이동되는 슬리브 클러치(17)와, 상기슬리브 클러치(17)의 상부에 설치된 슬라이드(포크)(14)와, 상기 슬라이드(포크)(14)의 상부에 설치되며 하우징의 중앙상부를 관통하여 설치된 캠(13)과,

상기 웜기어(6)의 하부에 설치된 웜스크류(7)와, 상기 웜스크류(7)의 일측에 연결된 모터(미도시)와,

상기 웜기어(6)의 후면에 설치된 콘트롤기어(3)와, 상기 콘트롤기어(3)의 하부에 연결된 아이들기어(4)와, 상기 아이들기어(4)의 일측 하우징에 고정된 아이들기어샤프트(12)로 구성된 구조임을 알 수 있다.

본 발명의 작동상태를 보다 상세히 설명하면,

첫 번째, 정상 풍력일 경우, 풍속의 힘만으로 발전을 하는 상태로서,

풍속에 의해 날개(블레이드)(15)가 회전되면 날개(15)와 연결된 메인기어(1)가 회 전되고 메인기어(1)의 후면에 연결된 발전축(10)이 회전되며, 발전축(10)의 후면에 연결된 발전기(18)를 발전시킨다.

이때, 기어들은 웜기어(6) 감속 구조 때문에 정지되어 회전을 못하게 되므로,

모터(미도시)에 맞물린 웜샤프트(7) 및 웜기어(6)를 공회전 상태로 만들어 줘야하는데, 이때도 스피드 센서(11)나 외부에 설치된 풍속기(미도시) 신호에 의해 캠(13)이 동작 되여 슬라이드(포크)(14)를 통해 슬리브 클러치(17)를 좌측으로 변위 시켜서 카운터기어(2)에만 카운터 샤프트(3-1)가 연결되어 웜기어(6)는 해지되어 공회전 상태가 된다.

발전은 날개(블레이드(15))와 직결된 링기어(8)는 풍속만의 날개(블레이드)속도와 같은 속도로 회전되고, 메인기어(1)와 맞물린 카운터기어(2)가 회전되면서 동일 축으로 연결된 카운터샤프트(3)(스플라인 구조샤프트)가 회전하여 발전한다.

헤리컬기어(5)도 링기어(8)와 반대 방향으로 회전 유성기어(9)를 공전시키면서 발전축(10)의 최대 증속비 통한 회전속도로 발전 한다.

이때 풍속이 어느 정도 (기기에 손상영향이 없는 속도) 까지의 수치를 입력하여 제어된다.

두 번째, 풍속으로 만 발전가능하나 풍속이 불안정할 경우

상기 첫 번째 방법과 동일한 방법을 사용한,

빈번한 풍속 변화로 발전축 속도 변화가 잦을 경우, (정격 발전 속도 보다 높은 것은 문제가 안되지만 풍속이 낮을 때) 컨트롤러 (제어반)가 즉각 반응하여 다시 모터 가동으로 변속을 시키면 잦은 변속으로, 소음도 높아지고 기기의 수명도 짧아지므로, 출력 보조 장치를 사용하여 상기와 같은 문제점을 해결하였다.

도면 상의 로터(20)와, 고정자(statot)(20)는 이의 문제점을 보완 개선시킨 기기로서, 발전축(10)에 고정되어져 회전하는 로터(20)를 고정자(21)내부 공간에 삽입시키되, 삽입되는 로터(20)와 고정자(21) 사이에 미세한 틈새를 갖도록 조립된 로터(20)와 고정자(21)를 작동하여 전력을 발생시켜, 발전축(10)의 속도를 가속시켜 일정하게 유지하도록 하였다.

세 번째, 풍력이 약하여 추가 동력이 필요한 경우(모터사용)

풍속이 낮아서 발전에 필요한 정격 회전수가 나오지 않을 때 웜샤프트(7)와 직결된 모터(미도시)는 발전축(10)에 설치된 스피드 센서(11)의 신호를 받아 가동을 시작하고, 모터(미도시)에 연결된 웜샤프트(7)와 웜기어(6)가 동시에 회전되며,

모터(미도시)에 가동 신호가 전달됨 과 동시 캠(13)도 동작신호를 받아서 슬라이드(포크)(14)에 의해 슬리브 클러치(17)가 우측으로 이동되어 공회전 상태인 웜기어(6)와 연결되면서 웜기어(6)의 후면에 설치된 콘트롤기어(3)도 회전되고,

웜기어(6)의 회전 동력이 카운터샤프트(3-1)에 전달되어 카운터샤프트(3-1)에 연결된 카운터기어(2)가 같이 회전하고, 카운터기어(2)의 하부에 연결된 메인기어(1)도 함께 회전하고,

메인기어(1)와 일체형인 링기어(8)도 메인기어(1)와 동일한 속도로 회전하며,

상기 콘트롤기어(3)의 회전에 따라 콘트롤기어(3)의 하부에 맞물린 아이들기어(4)가 회전되고, 아이들기어(4)의 하부에 연결된 헤리컬기어(5)가 링기어 회전의 반대 방향으로 회전하며,

(링기어는 메인기어(1)와 카운터기어(2) 2개의 축에서 발생되는 회전 방향이지만 유성기어와 일체형인 헤이컬기어(5)는 카운터샤프트축(3-1)의 콘트롤기어(3)와 헤리컬기어(5) 사이에 아이들 기어(4)가 한 개 더 있어서, 3개의 축(기어)상에서 회전 하므로 헤리컬기어(5)는 링기어와 반대의 방향으로 회전 한다).

헤리컬기어(5)에 연결된 유성기어(9)를 공전시켜 유성기어(9)의 사이에 설치된 선기어(10-1)를 회전시키고, 선기어(10-1)와 일체화된 발전축(10)을 최고의 증속비로 회전시켜, 발전기(18)에서 (증속비는 제작상 링기어 와 선기어의

크기 차이에 따라 달라짐) 정격 발전 속도를 얻어 발전을 한다.

도1 본 발명의 풍력발전기 전체도

도2 본 발명의 발전축과 그의 조립되는 각종기기들의 조립 및 분해 상세도

<도면의 부호 설명>

메인기어(1), 카운터기어(2), 콘트롤기어(3), 카운터사프트(3-1), 아이들기어(4), 헤리컬기어(5), 웜기어(6), 웜스크류(7), 링기어(8), 유성기어(9), 발전축(10), 선기어(10-1), 스피드센서(11), 아이들기어샤프트(12), 캠(13), 슬라이드(14), 날개(15), 날개연결부(16), 클러치슬리브(17), 발전기(18), 바테리(19), 로터(20), 고정자(21),

Claims (6)

1. 삭제
2. 풍력 발전기에 있어서,

   발전기(18)와, 상기 발전기(18) 전면 일측의 발전축(10)에 연결된 로터(20)와, 상기 로터(20)를 내장한 고정자(21)와, 상기 발전기(18)의 전면에 설치된 하우징(30)과,

   상기 발전축(10)의 전면에 설치되며 하우징(18)의 하부 전면을 관통하여 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어(1)의 전면에 날개연결부(16)에 의해 연결된 날개(15)와,

   상기 발전축(10)은 하우징(30)의 내부와, 후면 하부를 전후로 관통하여 설치되는 발전축(10)과, 발전축(10) 후면 일측에 설치된 스피드센서(11)로 구성되며,

   상기 하우징(30)은 박스형태이며, 내측 하부의 발전축(10)의 하부 전면에 설치된 메인기어(1)와, 상기 메인기어의 후면에 일체형으로 구비된 링기어(8)와, 상기 링기어(8)의 내측에 맞물려 회전(자전운동)되는 4개의 유성기어(9)와, 상기 유성기어(9)의 후면에 설치되며 유성기어(9)와 일체형이며 중앙부에 통공이 구비되어 회전(자전운동)되는 헤리컬기어(5)와, 상기 헤리컬기어(5)의 중앙부 통공을 관통하여 4개의 유성기어(16)에 맞물려 회전(자전운동)되며 발전축(10)의 중앙부에 설치된 선기어(22)로 구성되고,

   중간부는 하우징 중앙부를 관통되어 설치된 카운터샤프트(3-1)와, 상기 카운터샤프트(3-1)의 전면 끝단부에 설치되어 메인헤리컬기어(19)의 상부에 연결되는 카운터기어(2))와, 상기 카운터샤프트(3-1)의 중간 일측에 설치된 웜기어(6)와,

   상기 카운터샤프트(3-1)의 중앙 상부에 설치되며, 카운터기어(2)와 웜기어(6)로 이동되는 슬리브 클러치(17)와, 상기슬리브 클러치(17)의 상부에 설치된 슬라이드(14)와, 상기 슬라이드(14)의 상부에 설치되며 하우징의 중앙상부를 관통하여 설치된 캠(13)과,

   상기 웜기어(6)의 하부에 설치된 웜스크류(7)와, 상기 웜스크류(7)의 일측에 연결된 모터(미도시)와,

   상기 웜기어(6)의 후면에 설치된 콘트롤기어(3)와, 상기 콘트롤기어 하부에 연결된 아이들기어(4)와, 상기 아이들기어(4)의 일측 하우징에 고정된 아이들기어샤프트(12)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 풍력발전기.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 아이들기어(4)는 상부에 웜기어(6)가 설치되며, 하부에는 헤리컬기어(5)가 설치되어 있음을 특징으로 하는 풍력발전기.
4. 풍력 발전기의 작동방법에 있어서, 정상 풍력일 경우, 풍속에 의해 날개(15)가 회전되면 날개(15)와 연결된 메인기어(1)가 회전되고 메인기어(1)의 후면에 연결된 발전축(10)이 회전되며, 발전축(10)의 후면에 연결된 발전기(18)를 발전하되, 기어들은 웜기어(6) 감속 구조 때문에 정지되어 회전을 못하게 되므로,

   모터(미도시)에 맞물린 웜샤프트(7) 및 웜기어(6)를 공회전 상태로 만들어 줘야하는데, 이때도 스피드 센서(11)나 외부에 설치된 풍속기(미도시) 신호에 의해 캠(13)이 동작 되여 슬라이드(14)를 통해 슬리브 클러치(17)를 좌측으로 변위 시켜서 카운터기어(2)에만 카운터 샤프트(3-1)가 연결되어 웜기어(6)는 해지되어 공회전 상태가 되어,

   날개(15)와 직결된 링기어(8)는 풍속에 의한 날개속도와 같이 회전 되고, 메인기어(1)와 맞물린 카운터기어(2)가 회전되면서 동일 축으로 연결된 카운터샤프트(3)가 회전되고, 헤리컬기어(5)도 링기어(8)와 반대 방향으로 회전 유성기어(9)를 공전시키면서 발전축(10)의 최대 증속비 통한 회전속도로 발전함을 특징으로 하는 풍력발전기의 작동방법.
5. 풍력 발전기의 작동방법에 있어서, 풍속으로 만 발전가능하나 풍속이 불안정할 경우,

   풍속에 의해 날개(15)가 회전되면 날개(15)와 연결된 메인기어(1)가 회전되고, 메인기어(1)의 후면에 연결된 발전축(10)이 회전되며, 발전축(10)의 후면에 연결된 발전기(18)를 발전하되, 기어들은 웜기어(6) 감속 구조 때문에 정지되어 회전을 못하게 되므로,

   모터(미도시)에 맞물린 웜샤프트(7) 및 웜기어(6)를 공회전 상태로 만들어 줘야하는데, 이때도 스피드 센서(11)나 외부에 설치된 풍속기(미도시) 신호에 의해 캠(13)이 동작 되여 슬라이드(14)를 통해 슬리브 클러치(17)를 좌측으로 변위 시켜서 카운터기어(2)에만 카운터 샤프트(3-1)가 연결되어 웜기어(6)는 해지되어 공회전 상태가 되어,

   날개(15)와 직결된 링기어(8)는 풍속만의 날개 회전속도와 같은 속도로 회전 되고, 메인기어(1)와 맞물린 카운터기어(2)가 회전되면서 동일 축으로 연결된 카운터샤프트(3)가 회전 되며, 발전축(10)에 고정되어져 회전하는 로터(20)를 고정자(21)내부 공간에 삽입시키되, 삽입되는 로터(20)와 고정자(21) 사이에 미세한 틈새를 갖도록 조립된 로터(20)와 고정자(21)를 작동하여 전력을 발생시켜 발전축(10)의 속도를 가속시켜 일정하게 유지하면서 발전함을 특징으로 하는 풍력발전기의 작동방법.
6. 풍력 발전기의 작동방법에 있어서, 풍력이 약해 추가 동력이 필요한 경우는

   풍속이 낮아서 발전에 필요한 정격 회전 수가 나오지 않을 때 웜샤프트(7)와 직결된 모터(미도시)는 발전축(10)에 설치된 스피드 센서(11)의 신호를 받아 가동을 시작하고, 모터(미도시)에 연결된 웜 샤프트(7)와 웜기어(6)가 동시에 회전되며,

   모터(미도시)에 가동 신호가 전달됨 과 동시 캠(13)도 동작신호를 받아서 슬라이드(포크)(14)에 의해 슬리브 클러치(17)가 우측으로 이동되어 공회전 상태인 웜기어(6)와 연결되면서 웜기어(6)의 후면에 설치된 콘트롤기어(3)도 회전되고,

   웜기어(6)의 회전 동력이 카운터샤프트(3-1)에 전달되어 카운터샤프트(3-1)에 연결고정된 카운터기어(2)가 같이 회전하고, 카운터기어(2)의 하부에 연결된 메인기어(1)도 함께 회전하고,

   메인기어(1)와 일체형인 링기어(8)도 메인기어(1)와 동일한 속도로 회전하며,

   상기 콘트롤기어(3)의 회전에 따라 콘트롤기어(3)의 하부에 맞물린 아이들기어(4)가 회전되고, 아이들기어(4)의 하부에 연결된 헤리컬기어(5)가 링기어 회전의 반대 방향으로 회전하며,

   헤리컬기어(5)에 연결된 유성기어(9)를 공전시켜 유성기어(9)의 사이에 설치된 선기어(10-1)를 회전시키고, 선기어(10-1)와 일체화된 발전축(10)을 최고의 증속비로 회전시켜, 발전기(18)에서 정격 발전 속도를 얻어 발전함을 특징으로 하는 풍력발전기의 작동방법.

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