KR101220030B1 - 수직형 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일방향 회전하는 회전익의 회전력을 통하여 전기를 발전하는 수직형 풍력 발전기에 있어서: 지면에 안착하여 수직 방향으로 주축(11)을 구비하는 베이스(10); 상기 주축(11)의 외부에 베어링(21a)을 통해 회전 가능하게 장착되는 슬리브(21)를 구비하고, 상기 슬리브(21) 상에 바람을 통해 회전하는 회전익(23)과 함께 상기 회전익(23)을 수용하여 가속력을 부여하는 가속로(22)를 구비하는 회전부(20); 상기 슬리브(21) 상에 일체로 회전하는 주기어(31)를 구비하고, 상기 주기어(31)와 선택적으로 맞물려 회전이 가능하게 다수의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)을 구비하는 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d); 상기 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)과 동축 상에 함께 회전하는 풀리(41)를 구비하고, 상기 풀리(41)에 의해 발전하는 발전기(42)를 구비하는 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d); 및 상기 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 풍량의 세기를 감지하는 센서부(51)를 구비하고, 상기 센서부(51)를 통해 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31) 상에 치합되게 유도하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 다수의 발전장치 중 하나가 센서에 의해 치합 회전할 수 있도록 구성하여 자연 소모되는 전기의 양을 줄이고, 적절한 용량의 발전을 유도할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

수직형 풍력 발전기{Vertical wind power generator}
본 발명은 수직형 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 발전장치 중 하나가 센서에 의해 치합 회전할 수 있도록 구성하여 강, 중, 약의 풍량 세기에 맞게 발전하게 됨으로 부하없이 자연 소모되는 전기의 양을 줄이고, 적절한 용량의 발전을 유도할 수 있도록 하는 수직형 풍력 발전기에 관한 것이다.
통상적으로, 풍력발전기는 바람의 힘을 이용하여 전기를 발전하는 장치로 다양하게 많이 사용되고 있다. 하지만, 풍력발전기는 산악지역의 바람은 수시로 강, 약의 지속성이 없이 불어 하나의 발전기를 통해 다양한 바람을 수용하기에는 역부족하였다.
일예로, 한국공개특허 제2007-0082104호에 의하면 ‘일측바람막이부가 방향타에 의해 바람의 방향에 일직선상에 장착구성되며, 중심축에 케이블과 고정바에 연결된 커풀링에 장착구성되고, 상기 일측바람막이부와 방향타의 사이의 중심축상에 다단의 날개깃을 배열된 회전부가 구성되어 바람의 진행방향을 다단의 날개깃으로 유도하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 파워 풍력 발전기.’의 구성을 제시한다.
하지만, 이러한 풍력 발전기는 하나의 발전기를 통해 전기를 발전하게 됨으로 강, 중, 약 등의 풍량의 세기에 따라 부하없이 발전하기에는 문제가 발생한다.
한국 공개특허 제2007-0082104호 “파워 풍력 발전기”
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 다수의 발전장치 중 하나가 센서에 의해 치합 회전할 수 있도록 구성하여 강, 중, 약의 풍량 세기에 맞게 발전하게 됨으로 부하없이 자연 소모되는 전기의 양을 줄이고, 적절한 용량의 발전을 유도할 수 있도록 하는 수직형 풍력 발전기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일방향 회전하는 회전익의 회전력을 통하여 전기를 발전하는 수직형 풍력 발전기에 있어서: 지면에 안착하여 수직 방향으로 주축을 구비하는 베이스; 상기 주축의 외부에 베어링을 통해 회전 가능하게 장착되는 슬리브를 구비하고, 상기 슬리브 상에 바람의 가속력을 부여하는 가속로와 함께 가속력에 의해 회전하는 회전익을 구비하여 회전하는 회전부; 상기 슬리브 상에 일체로 회전하는 주기어를 구비하고, 상기 주기어와 선택적으로 맞물려 회전이 가능하게 다수의 기어열을 구비하는 회전수단; 상기 회전수단의 기어열과 동축 상에 기어열의 회전력에 의해 회전하는 풀리를 구비하여 발전하는 발전장치; 및 상기 발전장치 상에 풍량의 세기를 감지하는 센서부를 구비하고, 상기 센서부를 통해 회전수단의 기어열 중 하나가 주기어 상에 치합되게 유도하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어수단은 베이스 상에 발전장치의 이동을 유도하면서 이탈을 방지하는 LM가이드를 구비하고, 센서부로부터 얻은 정보를 통해 발전장치를 전, 후진시키는 랙기어와 피니언을 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다수의 발전장치 중 하나가 센서에 의해 치합 회전할 수 있도록 구성하여 강, 중, 약의 풍량 세기에 맞게 발전하게 됨으로 부하없이 자연 소모되는 전기의 양을 줄이고, 적절한 용량의 발전을 유도할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기의 회전부를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기를 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기의 제어수단 및 발전장치를 나타내는 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기의 회전부를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 회전익의 회전력을 통하여 전기를 발전하는 수직형 풍력 발전기에 관련되며, 베이스(10), 회전부(20), 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d), 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d), 제어수단(50)을 주요구성으로 한다.
본 발명에 따른 베이스(10)는 지면에 안착하여 수직 방향으로 주축(11)을 구비한다. 베이스(10)는 원형 또는 사각형 등의 형태로 상기 주축(11)과 후술하는 슬리브(21) 등의 구성의 하중을 견딜 수 있도록 구성되어 안전하게 주축(11)을 지지할 수 있도록 구성된다.
또, 본 발명에 따른 회전부(20)는 상기 주축(11)의 외부에 베어링(21a)을 통해 회전 가능하게 장착되는 슬리브(21)를 구비하고, 상기 슬리브(21) 상에 바람의 가속력을 부여하는 가속로(22)와 함께 가속력에 의해 회전하는 회전익(23)을 구비하여 회전한다. 슬리브(21)는 상술한 주축(11)의 외부에 베어링(21a)을 개재한 상태에서 회전 가능하게 설치되는 것으로 가속로(22)와 회전익(23)을 구비한다. 상기 회전익(23)은 슬리브(21)와 일체로 형성되어 바람이 회전익(23)과 맞닿아 회전 시 함께 회전하게 되는 바, 이때, 상기 회전익(23)의 회전을 더욱 가속시키기 위하여 상기 회전익(23)이 회전 시 수용할 수 있는 공간부(도면부호 미부여)를 구비하는 가속로(22)를 구비하게 된다. 가속로(22)는 내부의 공간부를 통해 바람을 모아주는 역할을 수행하기 때문에 회전익(23)의 회전을 더욱 가속화 할 수 있게 된다. 또한, 가속로(22)는 일측에 테이퍼 진 형태로 큰 넓이의 입구를 구비하여 회전익(23)의 한방향 회전을 유도함과 동시에 슬리브(21)의 하부에는 클러치를 설치하여 슬리브(21)가 역방향으로 이동하는 것을 방지하게 된다.
또, 본 발명에 따른 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)은 상기 슬리브(21) 상에 일체로 회전하는 주기어(31)를 구비하고, 상기 주기어(31)와 맞물려 선택적인 발전이 가능하게 다수의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)을 각각 구비한다. 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)은 상술한 주축(10) 상에서 회전 가능한 슬리브(21)와 일체로 회전하는 주기어(31)와 맞물려 회전하는 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)을 구비하게 되는 바, 상기 각각의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)과 함께 주기어(31) 상에 맞물려 회전하는 것이 아니라 후술하는 제어수단(50)에 의해 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 맞물려 회전하도록 하는 것이다. 이는, 후술하여 자세히 설명토록 하겠다.
또, 본 발명에 따른 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)는 상기 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)과 동축 상에 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)의 회전력에 의해 회전하는 풀리(41)를 구비하여 발전하는 발전기(42)를 구비한다. 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)는 상기 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)을 각각 구비하여 풀리(41)에 의해 발전기(42)를 회전시켜 전기를 발생시키는 역할을 수행한다. 이러한, 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)는 제어수단(50)에 의해 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 맞물려 풍량의 세기에 따라 수용할 수 있도록 각각 다른 전력량의 100㎾～1000㎾ 발전기(42)를 구비하여 발전하게 된다. 이는, 동양 산악지역의 풍량이 수시로 강, 약의 지속성이 없는 문제가 커 용량이 설정되어 있는 하나의 발전기로는 부하로 인한 발전이 제대로 실행되지 않는 문제를 해결할 수 있도록 한다.
또, 본 발명에 따른 제어수단(50)은 상기 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 풍량의 세기를 감지하는 센서부(51)를 구비하여 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31) 상에 치합되게 유도한다. 제어수단(50)은 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 바람의 흐름 양을 알아낼 수 있는 풍량 센서인 센서부(51)를 구비하여 풍량의 세기에 알맞게 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31) 상에 치합하여 회전하게 된다. 이렇게 치합되어 회전하는 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)은 풀리(41)를 연동하여 발전기(42)의 회전으로 전기를 발생시키는 역할을 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 수직형 풍력 발전기의 제어수단 및 발전장치를 나타내는 사시도이다.
이때, 상기 제어수단(50)은 베이스(10) 상에 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)의 이동을 유도하면서 이탈을 방지하는 LM가이드(52)를 구비하고, 센서부(51)로부터 얻은 정보를 통해 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)를 전, 후진시키는 랙기어(53)와 피니언(54)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한, 제어수단(50)은 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)는 상술한 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31) 상에 치합되도록 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)를 이동시키는 역할을 수행하는 것으로 상기 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)의 하단에 LM가이드(52)를 구비하여 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)가 정확한 위치에서 이탈되지 않도록 이동할 수 있게 하고, 랙기어(53)와 피니언(54)을 구비하여 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)를 전, 후진시켜 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)과 주기어(31)가 치합할 수 있도록 한다. 이때, 센서부(51)로부터 풍량의 세기를 감지하여 그에 맞는 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)를 이동시키게 됨으로 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31)와 맞닿아 회전하게 된다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 사용에 있어서, 먼저 베이스(10)의 중앙에 수직 고정되는 주축(10)의 외부에 베어링(21a)을 통해 장착되는 슬리브(21)가 회전 가능하게 설치된다. 이때, 슬리브(21)는 바람에 의해 회전하는 회전익(23)을 통하여 함께 회전하게 되는 바, 회전익(23)은 가속로(22)를 통해 회전력을 더욱 증가 시킨 상태로 회전한다. 이렇게, 회전되는 슬리브(21)를 통해 주기어(31)도 함께 회전하여 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)에 의해 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 전기를 발생하게 된다. 이때, 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 발전기(42)는 각각 다른 전력량을 가지고 있어 풍량의 세기를 감지하는 센서부(51)를 통하여 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 중 하나가 조절수단(50)의 랙기어(53)와 피니언(54)이 모터(미도시)로부터 작동되어 주기어(31)와 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)이 맞닿아 풍량에 맞게 발전하게 된다.
이러한, 풍량은 주기어(31)와 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)의 결합을 통하여 회전하게 되는 바, 상기 풍량을 조절하기 위하여 기어열을 맞추어 고정하게 된다. 이러한, 기어열을 통한 회전으로 구성된다. 이때, 기어열은 주기어를 통하여 풍량을 조절하게 되는 것으로 주기어(31)의 회전을 통해 상기 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)이 구동된다.
이와 같이, 본 발명은 다수의 발전장치 중 하나가 센서에 의해 치합 회전할 수 있도록 구성하여 강, 중, 약의 풍량 세기에 맞게 발전하게 됨으로 부하없이 자연 소모되는 전기의 양을 줄이고, 적절한 용량의 발전을 유도할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 베이스 11: 주축
20: 회전부 21: 슬리브
22: 가속로 23: 회전익
30a, 30b, 30c, 30d: 회전수단 31: 주기어
32a, 32b, 32c, 32d: 기어열 40a, 40b, 40c, 40d: 발전장치
41: 풀리 50: 제어수단
51: 센서부 52: LM가이드
53: 랙기어 54: 피니언

Claims (2)

  1. 일방향 회전하는 회전익의 회전력을 통하여 전기를 발전하는 수직형 풍력 발전기에 있어서:
    지면에 안착하여 수직 방향으로 주축(11)을 구비하는 베이스(10);
    상기 주축(11)의 외부에 베어링(21a)을 통해 회전 가능하게 장착되는 슬리브(21)를 구비하고, 상기 슬리브(21) 상에 바람을 통해 회전하는 회전익(23)과 함께 상기 회전익(23)을 수용하여 가속력을 부여하는 가속로(22)를 구비하는 회전부(20);
    상기 슬리브(21) 상에 일체로 회전하는 주기어(31)를 구비하고, 상기 주기어(31)와 선택적으로 맞물려 회전이 가능하게 다수의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)을 구비하는 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d);
    상기 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d)과 동축 상에 함께 회전하는 풀리(41)를 구비하고, 상기 풀리(41)에 의해 발전하는 발전기(42)를 구비하는 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d); 및
    상기 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d) 상에 풍량의 세기를 감지하는 센서부(51)를 구비하고, 상기 센서부(51)를 통해 회전수단(30a)(30b)(30c)(30d)의 기어열(32a)(32b)(32c)(32d) 중 하나가 주기어(31) 상에 치합되게 유도하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단(50)은 베이스(10) 상에 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)의 이동을 유도하면서 이탈을 방지하는 LM가이드(52)를 구비하고, 센서부(51)로부터 얻은 정보를 통해 발전장치(40a)(40b)(40c)(40d)를 전, 후진시키는 랙기어(53)와 피니언(54)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력 발전기.
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