KR101337115B1 - 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템 - Google Patents

보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템 Download PDF

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임재규
이인열
심충무
이강일
조일민
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 발전기가 몸체부의 내부가 아닌 상기 몸체부의 하부방향에 구비되기 때문에 상기 몸체부의 무게를 경량화시킬 수 있음은 물론 이로 인해 상기 몸체부가 상부에 구비되는 지주 또한 경량화시킬 수 있어 제조비용이 크게 절감될 수 있고, 나아가, 고가의 인버터를 사용할 필요없이 보조구동모터를 통해 상기 발전기가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템{WIND POWER GENERATION SYSTEM USING THE SECONDARY DRIVE MOTOR}
본 발명은 발전기가 몸체부의 내부가 아닌 상기 몸체부의 하부방향에 구비되기 때문에 상기 몸체부의 무게를 경량화시킬 수 있음은 물론 이로 인해 상기 몸체부가 상부에 구비되는 지주 또한 경량화시킬 수 있어 제조비용이 크게 절감될 수 있고, 나아가, 고가의 인버터를 사용할 필요없이 보조구동모터를 통해 상기 발전기가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 할 수 있는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기에너지는 석유나 석탄을 원료로 하는 화력발전, 수위차를 이용한 수력발전, 우라늄이나 플루토늄을 이용한 원자력발전 등에 의해 거의 대부분의 전력을 충당받고 있다.
한편, 화력발전은 증기터빈으로 공급되는 고압의 증기를 발생시키기 위해 석유나 석탄을 연소시키게 되는데, 이때 막대한 양의 매연이 발생되면서 대기를 오염시키게 되었으며,
수력발전은 다른 발전방식에 비해서 대기를 오염시키지는 않으나, 상류지역이 침수피해, 생태계 파괴 등의 부작용을 발생시키게 되었고,
원자력 발전은 방사능 폐기물에 의한 방사능 오염, 방사능 누출사고에 의한 대형 인명피해 등이 염려되었다.
이에 따라 환경친화적인 대체에너지를 개발하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있는데, 그 일예로 조수간만의 차를 이용한 조력발전, 파고차를 이용한 파력발전, 바람을 이용한 풍력발전, 태양열을 이용한 태양열 발전, 태양광을 이용한 태양전지발전, 연료로부터 직접 전기에너지를 얻어내는 연료전지발전 등이 있다.
이 중 바람을 이용한 풍력발전으로써 제안된 풍력발전기는 크게, 지주와; 상기 지주의 일측에 축결합되어 바람에 의해 정역회전하는 블레이드부와; 상기 지주의 상측에 구비되는 몸체부와; 상기 몸체부의 내부에 구비되어 상기 블레이드부로부터 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기;를 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기 몸체부내에 상기 발전기가 구비되어 상기 몸체부의 무게가 더욱 무거워지기 때문에 상기 몸체부를 보다 안정적으로 지지하기 위해 상기 지주 또한 중량화됨에 따라 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 풍속이 약할 경우 상기 발전기가 발생시키는 전력의 주파수가 송전불가한 수치의 주파수를 띄기 때문에 대게 인버터를 사용하여 상기 발전기가 발생시킨 전력의 주파수를 송전가능한 수치의 주파수로 증폭시키게 되는데, 이와 같은 인버터는 고가임으로 쉽게 구입하여 사용하기가 여의치 않은 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2010-0046466호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 발전기가 몸체부의 내부가 아닌 상기 몸체부의 하부방향에 구비되기 때문에 상기 몸체부의 무게를 경량화시킬 수 있음은 물론 이로 인해 상기 몸체부가 상부에 구비되는 지주 또한 경량화시킬 수 있어 제조비용이 크게 절감될 수 있고, 나아가, 고가의 인버터를 사용할 필요없이 보조구동모터를 통해 상기 발전기가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 할 수 있는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지주의 상부에 구비되는 몸체부내에 구비되고, 상기 몸체부의 일측에 구비되는 블레이드부의 축과 결합되는 상측펌프와, 상기 몸체부의 하부방향에 구비되는 발전기의 축과 결합된 상태로 상기 몸체부의 하부방향에 구비되는 하측펌프로 구성되는 펌프부와; 상기 상측펌프와 상기 하측펌프 사이에 구비되어 상기 상측펌프와 상기 하측펌프를 연결하고 상기 상측펌프에서 상기 하측펌프 방향 및 상기 하측펌프에서 상기 상측펌프 방향으로 순환공급되는 유체가 내부에 충진되는 공급라인과; 상기 하측펌프의 축과 상기 발전기의 축을 회전시키는 보조구동모터와; 상기 공급라인내에 충진되어 상기 상측펌프에서 상기 하측펌프 방향 및 상기 하측펌프에서 상기 상측펌프 방향으로 순환하는 유체의 측정압력값과 기준압력값을 비교하여 상기 보조구동모터를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
여기서, 상기 보조구동모터와 상기 하측펌프 사이에 상기 보조구동모터의 회전력을 상기 하측펌프의 축으로 전달하는 회전력전달부가 구비되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 회전력전달부는 상기 보조구동모터의 축에 결합되는 하측회전체와, 상기 하측펌프의 축에 결합되는 상측회전체로 구성되는 회전체와; 상기 하측회전체에 하측이 감겨지고, 상기 상측회전체에 상측이 감겨진 상태에서 상기 하측회전체의 회전력을 상기 상측회전체로 전달하는 회전력전달부재;로 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 회전체의 내측에 원웨이 베어링이 구비되는 것이 바람직하다.
또는, 상기 회전체로 상기 보조구동모터의 회전력전달여부를 상기 제어부의 제어에 의해 단속하는 클러치부가 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 회전체의 하측회전체의 일측의 반대측인 상기 하측회전체의 타측에 요철부가 형성되고, 상기 보조구동모터의 축의 내부에 보조축이 베어링결합되며, 상기 클러치부는 상기 보조구동모터의 축에 좌우이동가능하게 스플라인결합되고, 일측에 상기 하측회전체의 요철부와 치합되는 요철부가 형성되는 클러치허브와; 상기 제어부의 제어에 의해 상기 클러치허브를 좌우이동시키는 좌우이동부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또는, 상기 발전기의 축과 상기 하측펌프의 축 사이에 차동기어부가 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명은 발전기가 몸체부의 내부가 아닌 상기 몸체부의 하부방향에 구비되기 때문에 상기 몸체부의 무게를 경량화시킬 수 있음은 물론 이로 인해 상기 몸체부가 상부에 구비되는 지주 또한 경량화시킬 수 있어 제조비용이 크게 절감될 수 있고, 나아가, 고가의 인버터를 사용할 필요없이 보조구동모터를 통해 상기 발전기가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예인 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템의 설치예를 각각 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 4 및 도 5는 회전체의 내측에 원웨이 베어링이 구비된 상태를 개략적으로 각각 나타내는 구성도이고,
도 6은 제어부의 제어상태를 개략적으로 나타내는 블록도이고,
도 7 및 도 8은 클러치부의 작동상태를 개략적으로 각각 나타내는 구성도이고,
도 9 및 도 10은 차동기어부의 작동상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 물론 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 일실시예인 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템은 도 1에서 보는 바와 같이 크게, 펌프부(10), 공급라인(20), 보조구동모터(30) 및 제어부(도 6의 40)를 포함하여 이루어진다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예인 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템의 설치예를 각각 개략적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 상기 펌프부(10)는 유체펌프로 이루어질 수 있으며, 유체펌프는 오일 등의 유체를 압축하여 이송하는 장치로서, 회전익 또는 기어 등을 이용하여 펌핑하는 유체기계, 스크롤의 회전을 이용하여 펌핑하는 유체기계 및 기울림 원판을 이용하는 유체기계 등이 널리 알려져 있으며, 이와 같은 유체펌프는 공지된 기술임과 동시에 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 자명하게 이해하여 실시할 수 있는 사항에 해당됨으로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
유체펌프로 이루어질 수 있는 상기 펌프부(10)는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 크게, 상측펌프(110)와 하측펌프(120)로 구성될 수 있다.
상기 상측펌프(110)는 상하방향으로 일정길이로 연장되는 지주(3)의 상부에 구비되는 몸체부(5)내에 구비될 수 있다.
상기 상측펌프(110)의 일측에 형성되는 축(111)은 상기 몸체부(5)의 일측에 구비되어 바람에 의해 회전하는 블레이드부(7)의 축(71)과 축결합될 수 있다.
상기 하측펌프(120)는 상기 몸체부(5)의 내부가 아닌 상기 몸체부(5)의 하부방향에 구비되는 발전기(9)의 축(91)과 결합된 상태로 상기 몸체부(5)의 하부방향에 구비될 수 있다.
상기 하측펌프(120)의 일측의 반대측인 상기 하측펌프(120)의 타측에 형성된 축(121)이 상기 발전기(9)의 일측에 형성된 축(91)과 결합될 수 있다.
보다 구체적으로, 가령, 도 2에서 보는 바와 같이 상기 지주(3)의 하측에는 상기 지주(3)와 연통되는 사각함 형태 등의 하우징(2)이 일체형성될 수 있으며, 상기 하우징(2)은 지면에 안착고정될 수 있다.
또는, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 하우징(2)은 지면에 수직구비된 상기 지주(3)와 일정간격을 유지한 상태로 지면에 안착고정될 수 있다.
상기 하우징(2)내에는 상기 하측펌프(120), 발전기(9), 보조구동모터(30)가 구비될 수 있다.
도면에서는 도시되지 않았으나, 상기 하우징(2)내에는 상기 발전기(9)가 발생시킨 전력이 축전되는 축전지가 더 구비될 수도 있다.
다음으로, 상기 공급라인(20)은 상기 상측펌프(110)와 상기 하측펌프(120) 사이에 구비되어 상기 상측펌프(110)와 상기 하측펌프(120)를 연결하게 된다.
상기 공급라인(20)은 호스, 파이프관 등으로 이루어질 수 있다.
상기 공급라인(20)내에는 오일 등을 포함한 유체가 충진될 수 있다.
상기 공급라인(20)은 상측공급라인(210)과 하측공급라인(220)으로 구성될 수 있다.
상기 상측공급라인(210)의 일측은 상기 상측펌프(110)의 상측에 수밀하게 연결고정될 수 있다.
상기 상측공급라인(210)의 타측은 상기 하측펌프(120)의 상측에 수밀하게 연결고정될 수 있다.
상기 하측공급라인(220)의 일측은 상기 상측펌프(110)의 하측에 수밀하게 연결고정될 수 있다.
상기 하측공급라인(220)의 타측은 상기 하측펌프(120)의 하측에 수밀하게 연결고정될 수 있다.
상기 블레이드부(7)가 바람에 의해 정역회전할 시 상기 상측펌프(110)의 축(111)은 상기 블레이드부(7)를 따라 정역회전하게 된다.
이때, 상기 공급라인(20)내에 충진된 오일은 상기 상측공급라인(210)과 상기 하측공급라인(220)을 통해 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되며,
이 과정 중에 상기 하측펌프(120)의 축(91)은 정역회전하여 상기 발전기(9)의 축(91)을 정역회전시켜 상기 발전기(9)가 전력을 발생시킬 수 있도록 하게 된다.
한편, 상기 상측공급라인(210)의 일측에는 상기 상측공급라인(210)의 내부를 통과하는 오일 등을 포함한 유체를 감압시키기 위한 팽창밸브(211)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 상측공급라인(210)의 타측에는 오일 등을 포함한 유체를 보충공급하기 위한 탱크부(212)가 구비될 수 있으며, 상기 상측공급라인(210)의 타측과 상기 탱크부(212) 사이에는 상기 상측공급라인(210)의 타측과 상기 탱크부(212)를 연결하기 위한 호스, 파이프관 등의 별도의 연결라인(213)이 구비될 수 있다.
별도의 상기 연결라인(213)에는 상기 제어부(40)의 제어에 의해 별도의 상기 연결라인(213)을 개폐하는 개폐밸브(214)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 하측공급라인(220)의 중간부에는 상기 하측공급라인(220)의 내부를 통과하는 오일 등을 포함한 유체를 냉각시키기 위한 오일냉각기 등의 냉각기(215)가 구비될 수 있다.
상기 팽창밸브(211), 탱크부(212) 및 냉각기(215) 또한 공지된 기술임과 동시에 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 자명하게 이해하여 실시할 수 있는 사항에 해당됨으로, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 상기 보조구동모터(30)는 상기 하측펌프(120)의 하부방향에 위치하여 상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축을 정역회전시키게 된다.
다음으로, 상기 제어부(40)는 상기 공급라인(20)내에 충진되어 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환하는 유체의 측정압력값과 상기 제어부(40)에 미리 설정된 기준압력값을 비교하여 상기 보조구동모터(30)를 제어하게 된다.
보다 구체적으로, 강풍에 의해 상기 블레이드부(7)가 고속으로 정역회전할 시 상기 상측펌프(110)의 축(111) 또한 고속으로 정역회전하게 되고,
이때, 상기 공급라인(20)내에 충진된 오일 등을 포함한 유체는 상기 공급라인(20)을 따라 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 고속으로 순환함과 더불어,
상기 하측펌프(120)의 축(121) 또한 고속으로 정역회전하여 상기 발전기(9)의 축(91)을 고속으로 정역회전시킴으로서, 상기 발전기(9)가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시키게 된다.
이와 반면에 약풍에 의해 상기 블레이드부(7)가 저속으로 정역회전할 시 상기 상측펌프(110)의 축(111) 또한 저속으로 정역회전하게 되고,
이때, 상기 공급라인(20)내에 충진된 오일 등을 포함한 유체는 상기 공급라인(20)을 따라 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 저속으로 순환함과 더불어,
상기 하측펌프(120)의 축(121) 또한 저속으로 정역회전하여 상기 발전기(9)의 축(91)을 저속으로 정역회전시킴으로서, 상기 발전기(9)가 송전불가능한 주파수 수치의 전력을 발생시키게 된다.
즉, 상기 공급라인(20)을 통해 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되는 오일등을 포함한 유체의 유속이 빠를수록 상기 발전기(9)가 발생시키는 전력의 주파수 수치가 상승하게 되고,
상기 공급라인(20)을 통해 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되는 오일등을 포함한 유체의 유속이 느릴수록 상기 발전기(9)가 발생시키는 전력의 주파수 수치가 낮아지게 되는 것이다.
상기 공급라인(20)에는 상기 공급라인(20) 내부를 통과하는 오일 등을 포함한 유체의 압력을 측정하는 압력계 또는 압력센서 등을 포함하여 이루어지는 압력측정부(도 6의 80)가 구비될 수 있다.
오일 등을 포함한 유체의 유속과 유체의 압력은 베르누이의 정리에 따라 반비례관계이다.
즉, 오일 등을 포함한 유체의 유속이 빠를수록 유체의 압력은 작아지고, 오일 등을 포함한 유체의 유속이 느릴 수록 유체의 압력은 커지는 것이다.
상기 압력측정부(80)가 측정한 오일 등을 포함한 유체의 압력값이 상기 제어부(40)에 미리 설정된 기준압력값 미만인 경우,
상기 제어부(40)는 상기 공급라인(20)을 통해 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되는 오일등을 포함한 유체의 유속이 빨라서 상기 발전기(9)가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시키는 것으로 판단하여 상기 보조구동모터(30)의 작동이 중지되도록 제어하게 된다.
상기 압력측정부(80)가 측정한 오일 등을 포함한 유체의 압력값이 상기 제어부(40)에 미리 설정된 기준압력값 이상인 경우,
상기 제어부(40)는 상기 공급라인(20)을 통해 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되는 오일 등을 포함한 유체의 유속이 느려서 상기 발전기(9)가 송전불가능하나 주파수 수치의 전력을 발생시키는 것으로 판단하게 되고,
이때, 상기 발전기(9)의 축(91)이 고속으로 정역회전하여 상기 발전기(9)가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 상기 보조구동모터(30)가 상기 제어부(40)의 제어에 의해 외부의 전원공급부(도 6의 90)로부터 전원을 공급받아 상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축(91)을 정역회전시키게 된다.
다음으로, 도 1에서 보는 바와 같이 상기 보조구동모터(30)와 상기 하측펌프(120) 사이에는 상기 보조구동모터(30)의 정역회전력을 상기 하측펌프(120)의 축(121)으로 전달하는 회전력전달부(50)가 구비될 수 있다.
상기 회전력전달부(50)는 크게, 회전체(510)와 회전력전달부재(520)로 이루어질 수 있다.
상기 회전체(510)는 하측회전체(511)와 상측회전체(512)로 구성될 수 있다.
상기 하측회전체(511)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)에 결합될 수 있다.
상기 상측회전체(512)는 상기 하측펌프(120)의 축(121) 또는 상기 발전기(9)의 축(91)에 결합될 수 있다.
상기 회전력전달부재(520)의 하측은 상기 하측회전체(511)의 외주면에 감겨지고, 상기 회전력전달부재(520)의 상측은 상기 상측회전체(512)의 외주면에 감겨질 수 있다.
상기 회전력전달부재(520)는 상기 보조구동보터(30)의 축(310)을 따라 정역회전하는 상기 하측회전체(511)의 정역회전력을 상기 상측회전체(512)로 전달하게 된다.
상기 회전체(510)는 풀리, 스프로켓, 타이밍 기어 등으로 이루어질 수 있다.
상기 회전력전달부재(520)는 상기 풀리의 외주면에 감겨지는 벨트, 상기 스프로켓의 외주면에 감겨지는 체인, 상기 타이밍 기어의 외주면에 감겨지는 타이밍벨트 등으로 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5는 회전체(510)의 내측에 원웨이 베어링(513)이 구비된 상태를 개략적으로 각각 나타내는 구성도이고, 도 6은 제어부(40)의 제어상태를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 7 및 도 8은 클러치부(60)의 작동상태를 개략적으로 각각 나타내는 구성도이다.
다음으로, 강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 상기 하측펌프(120)의 축(121)의 고속으로 정역회전할 시 작동정지상태인 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 고속으로 정역회전하여 상기 보조구동모터(30)에 과부하가 발생되는 것을 방지하기 위해,
도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 상기 회전체(510)의 내측에는 원웨이 베어링(513)이 구비되거나 도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같이 상기 회전체(510)로 상기 보조구동모터(30)의 회전력전달여부를 상기 제어부(40)의 제어에 의해 단속하는 클러치부(60)가 구비될 수 있다.
먼저, 상기 원웨이 베어링(513)은 도 4에서 보는 바와 같이 상기 회전체(510)의 상측회전체(512)와 상기 하측펌프(120)의 축(121) 사이에 위치하도록 상기 상측회전체(512)의 내측에 구비될 수 있다.
강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 상기 하측펌프(120)의 축(121)이 고속으로 정역회전할 시 상기 상측회전체(512)가 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 고속으로 정역회전되지 않도록 상기 상측회전체(512)의 내측에 구비된 상기 원웨이 베어링(513)은 공회전하게 되고, 이로 인해 상기 하측회전체(512) 및 상기 제어부(40)의 제어에 의해 작동정지상태인 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 정역회전되지 않게 된다.
상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 정역회전할 시 상기 보조구동모터(30)의 축(310)을 따라 정역회전하는 상기 회전력전달부재(520)를 따라 상기 원웨이 베어링(513)이 정역회전하게 됨과 더불어 상기 원웨이 베어링(513)을 따라 상기 상측회전체(512)가 정역회전됨으로서, 상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축(91)이 고속으로 정역회전될 수 있게 된다.
또는, 상기 원웨이 베어링(513)은 도 5에서 보는 바와 같이 상기 회전체(510)의 하측회전체(511)와 상기 보조구동모터(30)의 축(310) 사이에 위치하도록 상기 하측회전체(511)의 내측에 구비될 수 있다.
강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 상기 하측펌프(120)의 축(121)이 고속으로 정역회전할 시 상기 상측회전체(512)와 상기 회전력전달부재(520) 및 상기 하측회전체(511)는 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 고속으로 정역회전하나, 상기 하측회전체(511)의 내측에 구비된 상기 원웨이 베어링(513)은 공회전하게 되고,
이로 인해 상기 제어부(40)의 제어에 의해 작동정지상태인 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 정역회전되지 않게 된다.
상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 정역회전할 시 상기 원웨이 베어링(513)은 상기 보조구동모터(30)의 축(310)을 따라 정역회전하게 됨과 더불어 상기 원웨이 베어링(513)을 따라 상기 하측회전체(511)와 상기 회전력전달부재(520) 및 상기 상측회전체(512)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)을 따라 정역회전하게 되고, 이로 인해 상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축(91)이 고속으로 정역회전될 수 있게 된다.
다음으로, 상기 클러치부(60)는 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이 크게 클러치허브(610)와 좌우이동부재(620)를 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 회전체(510)의 하측회전체(511)의 일측의 반대측인 상기 하측회전체(511)의 타측면에는 요철부(514)가 일정간격으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 보조구동모터(30)의 축(310)의 일측의 반대측인 상기 보조구동모터(30)의 축(310)의 타측 내부에는 보조축(320)의 일측이 베어링결합될 수 있다.
상기 클러치허브(610)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)의 외주면에 좌우이동가능하게 스플라인결합될 수 있다.
상기 클러치허브(610)의 일측면에는 상기 하측회전체(511)의 요철부(514)와 치합되는 요철부(611)가 일정간격으로 형성될 수 있다.
상기 좌우이동부재(620)는 실린더(621)와 수직바(622)로 구성될 수 있다.
상기 실린더(621)는 상기 보조구동모터(30)의 하부방향에 수평구비될 수 있다.
상기 수직바(622)의 상부 타측과 상기 수직바(622)의 상부 일측에는 각각 타측 보조판(623)과 일측 보조판(624)이 일체형성될 수 있다.
상기 타측 보조판(623)은 상기 수직바(622)의 상부 타측에서 상기 하측회전체(511) 방향으로 수평연장된 후 상기 수직바(622)의 상부방향으로 수직절곡될 수 있다.
상기 일측 보조판(624)은 상기 수직바(622)의 상부 일측에서 상기 보조구동모터(30)방향으로 수평연장된 후 상기 수직바(622)의 상부방향으로 수직절곡될 수 있다.
상기 타측 보조판(623)과 상기 일측 보조판(624) 사이에 상기 클러치허브(610)의 하측이 수용될 수 있다.
상기 수직바(622)의 하측은 상기 실린더(621)의 로드(621a)에 일체연결될 수 있다.
상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 실린더(621)의 로드(621a)의 좌우길이가 신장됨에 따라 상기 클러치허브(610)가 좌우이동될 수 있게 된다.
강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 상기 하측펌프(120)의 축(121)이 고속으로 정역회전할 시 상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 좌우이동부재(620)의 실린더(621)의 로드(621a)의 길이는 줄어들어 도 7에서 보는 바와 같이 상기 클러치허브(610)가 상기 하측회전체(511)에서 상기 보조구동모터(30)방향으로 이동하게 된다.
이로서, 상기 하측회전체(511)의 요철부(514)와 상기 클러치허브(610)의 요철부(611)의 치합상태가 해제되고,
이로 인해 강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 고속으로 정역회전하는 상기 하측펌프(120)의 축(121)의 회전력이 상기 회전력전달부(50)의 하측회전체(511)를 통해 상기 보조구동모터(30)로 전달될 수 없게 된다.
상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 정역회전할 시 상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 좌우이동부재(620)의 실린더(621)의 로드(621a)의 길이는 늘어나 도 8에서 보는 바와 같이 상기 클러치허브(610)가 상기 보조구동모터(30)에서 상기 하측회전체(511)방향으로 이동하게 된다.
이로서, 상기 하측회전체(511)의 요철부(514)와 상기 클러치허브(610)의 요철부(611)가 서로 치합될 수 있게 된다.
이로 인해, 상기 하측회전체(511)와 상기 회전력전달부재(520) 및 상기 상측회전체(512)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)을 따라 고속으로 정역회전하게 되고, 이와 동시에 상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축(91)이 고속으로 정역회전될 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 차동기어부(70)의 작동상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
다음으로, 상기 보조구동모터(30)가 상기 발전기(9)의 축(91)을 고속으로 정역회전시키는 과정 중에 약풍에 의해 저속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)가 상기 발전기(9)의 축(91)을 따라 고속으로 정역회전되어 상기 블레이드부(7)에 과부하가 발생되는 것을 방지하기 위해,
도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이 상기 발전기(9)의 축(91)과 상기 하측펌프(120)의 축(121) 사이에 차동기어부(70)가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 회전체(510)의 상측회전체(511)의 내측에는 상기 원웨이 베어링(513)이 구비될 수 있다.
상기 차동기어부(70)는 디퍼런셜 기어라고도 불리우며, 하나의 기어가 다른 기어 주위를 돌면서 동력을 전달하는 장치로서, 크게, 회전케이스(710)와 베벨기어(720)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전케이스(710)는 사각틀 형상 등으로 형성될 수 있다.
상기 회전케이스(710)의 타측면에는 상기 상측회전체(511)가 일체형으로 부착구비될 수 있다.
상기 발전기(9)의 축(91)은 상기 회전케이스(710)의 타측 중간부를 관통한 상태로 상기 회전케이스(710)의 타측 내부로 일정길이로 인입될 수 있다.
상기 회전케이스(710)의 일측 중간부는 상기 하측펌프(120)의 축(121)에 베어링결합될 수 있다.
상기 하측펌프(120)의 축(121)은 상기 회전케이스(710)의 일측 중간부를 관통한 상태로 상기 회전케이스(710)의 일측 내부로 일정길이 인입될 수 있다.
상기 베벨기어(720)는 일측베벨기어(721), 타측베벨기어(722), 상측베벨기어(723) 및 하측베벨기어(724)로 구성될 수 있다.
상기 일측베벨기어(721)는 상기 하측펌프(120)의 축(121)에 결합된 상태로 상기 회전케이스(710)의 일측 내부에 수직구비될 수 있다.
상기 타측베벨기어(722)는 상기 발전기(9)의 축(91)에 결합된 상태로 상기 회전케이스(710)의 타측 내부에 수직구비될 수 있다.
상기 상측베벨기어(723)는 일측이 상기 일측베벨기어(721)의 상측과 치합되고, 타측이 상기 타측베벨기어(722)의 상측과 치합된 상태로 상기 회전케이스(710)의 상측 중간부에 수평으로 축결합될 수 있다.
상기 하측베벨기어((724)는 일측이 상기 일측베벨기어(721)의 하측과 치합되고, 타측이 상기 타측베벨기어(722)의 하측과 치합된 상태로 상기 회전케이스(710)의 하측 중간부에 수평으로 축결합될 수 있다.
강풍에 의해 고속으로 정역회전하는 상기 블레이드부(7)를 따라 상기 하측펌프(120)의 축(121)이 고속으로 정역회전할 시 상기 하측펌프(120)의 축(121)의 정역회전력은 상기 베벨기어(720)를 통해 상기 발전기(9)의 축(91)으로 전달될 수 있고,
이 과정 중에 상기 상측회전체(512)의 내측에 구비된 상기 원웨이 베어링(513)이 공회전하기 때문에 상기 상측회전체(512)가 상기 발전기(9)의 축(91)을 따라 정역회전될 수 없게 된다.
상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 보조구동모터(30)의 축(310)이 정역회전할 시 상기 보조구동모터(30)의 축(310)을 따라 정역회전하는 상기 회전력전달부재(520)를 따라 상기 원웨이 베어링(513)이 정역회전하게 됨과 더불어 상기 원웨이 베어링(513)을 따라 상기 상측회전체(512)가 정역회전되고,
이때, 도 10에서보는 바와 같이 상기 차동기어부(70)의 회전케이스(710)와 상기 상측베벨기어(723)와 상기 하측베벨기어(724)는 상기 상측회전체(512)를 따라 공회전하기 때문에 상기 발전기(9)의 축(91)은 고속으로 정역회전되는 반면에 상기 하측펌프(120)의 축(121)은 저속으로 정역회전하게 되고, 상기 상측펌프(110)의 축(111) 및 상기 블레이드부(7) 또한 상기 하측펌프(120)의 축(121)을 따라 저속으로 정역회전하게 된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 상기 발전기(9)가 상기 몸체부(5)의 내부가 아닌 상기 몸체부(5)의 하부방향에 구비되기 때문에 상기 몸체부(5)의 무게를 경량화시킬 수 있음은 물론 이로 인해 상기 몸체부(5)가 상부에 구비되는 상기 지주(3) 또한 경량화시킬 수 있어 제조비용이 크게 절감될 수 있고, 나아가, 고가의 인버터를 사용할 필요없이 상기 보조구동모터(30)를 통해 상기 발전기(9)가 송전가능한 주파수 수치의 전력을 발생시킬 수 있도록 할 수 있는 이점이 있다.
10; 펌프부, 20; 공급라인,
30; 보조구동모터, 40; 제어부.

Claims (7)

  1. 지주(3)의 상부에 구비되는 몸체부(5)내에 구비되고, 상기 몸체부(5)의 일측에 구비되는 블레이드부(7)의 축(71)과 결합되는 상측펌프(110)와, 상기 몸체부(5)의 하부방향에 구비되는 발전기(9)의 축(91)과 결합된 상태로 상기 몸체부(5)의 하부방향에 구비되는 하측펌프(120)로 구성되는 펌프부(10)와;
    상기 상측펌프(110)와 상기 하측펌프(120) 사이에 구비되어 상기 상측펌프(110)와 상기 하측펌프(120)를 연결하고 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환공급되는 유체가 내부에 충진되는 공급라인(20)과;
    상기 하측펌프(120)의 축(121)과 상기 발전기(9)의 축(91)을 회전시키는 보조구동모터(30)와;
    상기 공급라인(20)내에 충진되어 상기 상측펌프(110)에서 상기 하측펌프(120) 방향 및 상기 하측펌프(120)에서 상기 상측펌프(110) 방향으로 순환하는 유체의 측정압력값과 기준압력값을 비교하여 상기 보조구동모터(30)를 제어하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 보조구동모터(30)와 상기 하측펌프(120) 사이에 상기 보조구동모터(30)의 회전력을 상기 하측펌프(120)의 축(121)으로 전달하는 회전력전달부(50)가 구비되고,
    상기 회전력전달부(50)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)에 결합되는 하측회전체(511)와, 상기 하측펌프(120)의 축(121)에 결합되는 상측회전체(512)로 구성되는 회전체(510)와;
    상기 하측회전체(511)에 하측이 감겨지고, 상기 상측회전체(512)에 상측이 감겨진 상태에서 상기 하측회전체(511)의 회전력을 상기 상측회전체(512)로 전달하는 회전력전달부재(520);로 이루어지고,
    상기 회전체(510)로 상기 보조구동모터(30)의 회전력전달여부를 상기 제어부(40)의 제어에 의해 단속하는 클러치부(60)가 구비되고,
    상기 회전체(510)의 하측회전체(511)의 일측의 반대측인 상기 하측회전체(511)의 타측에 요철부(514)가 형성되고,
    상기 보조구동모터(30)의 축(310)의 내부에 보조축(320)이 베어링결합되며,
    상기 클러치부(60)는 상기 보조구동모터(30)의 축(310)에 좌우이동가능하게 스플라인결합되고, 일측에 상기 하측회전체(511)의 요철부(514)와 치합되는 요철부(611)가 형성되는 클러치허브(610)와;
    상기 제어부(40)의 제어에 의해 상기 클러치허브(610)를 좌우이동시키는 좌우이동부재(620);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전체(510)의 내측에 원웨이 베어링(513)이 구비되는 것을 특징으로 하는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기(9)의 축(91)과 상기 하측펌프(120)의 축(121) 사이에 차동기어부(70)가 구비되는 것을 특징으로 하는 보조구동모터를 이용한 풍력발전시스템.
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