KR101346846B1 - 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전체가 하우징의 원통형 외주부에 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성됨에 따라 상기 회전체의 회전력을 전달하는 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 풍력발전기는, 지주, 상기 지주의 상부에 구비된 하우징, 복수의 블레이드가 구비되어 상기 하우징의 적어도 일측에 구비된 회전체 및 구동계통을 통해 상기 회전체의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하여 구성된 풍력발전기로서, 상기 회전체는 상기 하우징의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성되고, 상기 회전체의 중심부에 고정연결되어 상기 하우징의 내부를 관통하도록 연장된 회전축을 통해 상기 회전체의 회전력이 상기 발전기의 구동계통으로 전달되도록 구성된다.

Description

풍력발전기 {Wind power generator}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전체가 하우징의 원통형 외주부에 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성됨에 따라 상기 회전체의 회전력을 전달하는 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있고, 다수개의 블레이드가 설치됨에 따라 저풍속 환경에서도 효과적인 발전이 가능한 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 전력을 생산하기 위해서 사용되는 발전기를 가동하기 위해서는 석탄이나 기름 등의 화석연료를 연소시키거나 원자력, 태양열, 풍력 및 수력 등을 이용하여 획득한 회전에너지를 이용하여 발전기를 가동시켜 얻어 왔다.

화석연료를 이용한 발전기는 효율이 높아 널리 사용되어 왔으나 자원을 고갈시키고 환경의 오염을 초래하는 등의 많은 문제점이 있어 근래에는 원자력 등을 이용한 발전기의 활용이 늘고 있는 실정이다.

그러나 원자력은 누출 등의 사고가 발생할 경우 큰 피해가 우려되는 문제가 있어 설치되는 장소에 주민들의 반발이 심해 발전기의 설치 장소를 선정하기가 곤란하였다.

이에 따라 근래에는 효율이 낮아 널리 사용되지 못하였으나 자원의 고갈이나 환경오염의 우려가 없는 풍력, 수력, 태양광을 이용한 발전기의 효율을 높이려는 시도가 한창이다.

일예로, 풍력을 이용한 풍력발전기는 풍력에 의해 회전하는 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 전환시켜 각 수요자에게 전기를 공급하는 발전기이다.

풍력발전기는 축의 방향에 따라 프로펠라형 수평축 풍력발전기, 자이로밀형 및 다리우스형과 같은 수직축 풍력발전기, 수직-수평축 통합형 풍력발전기 등으로 구별된다.

풍력발전기는 원자력발전기나 수력발전기 및 화력발전기에 비해 설치비용 및 설치면적이 매우 경제적이며 환경오염을 유발하지 않는 이점이 있다.

본 발명의 발명자는 대한민국 등록특허 제1059497호에 개시된 바와 같이, 풍력 및 조력을 이용한 발전장치에 대하여 제안한 바 있다.

상기 등록특허 제1059497호는 상부의 풍력회전부와 하부의 조력회전부가 각각 풍력 및 조력에 의해 회전되면서 발전됨으로써, 발전효율을 향상시켜 많은 전기에너지를 축적할 수 있는 발전장치에 대해 개시하고 있다.

한편, 상술한 바와 같이 발전장치의 풍력회전부를 구성함에 있어서, 복수의 블레이드와 복수의 회전체의 하중에 의한 구동축의 휨이나 직경의 증가를 방지하는 기술이 더욱 요구되었다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 회전체가 하우징의 원통형 외주부에 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성됨에 따라 상기 회전체의 회전력을 전달하는 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있고, 다수개의 블레이드가 설치됨에 따라 저풍속 환경에서도 효과적인 발전이 가능한 풍력발전기를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 풍력발전기는, 지주, 상기 지주의 상부에 구비된 하우징, 복수의 블레이드가 구비되어 상기 하우징의 적어도 일측에 구비된 회전체 및 구동계통을 통해 상기 회전체의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하여 구성된 풍력발전기로서, 상기 회전체는 상기 하우징의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성되고, 상기 회전체의 중심부에 고정연결되어 상기 하우징의 내부를 관통하도록 연장된 회전축을 통해 상기 회전체의 회전력이 상기 발전기의 구동계통으로 전달되도록 구성된다.

바람직하게, 상기 회전체는, 상기 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성된 내측회전부, 연결프레임을 개재해서 상기 내측회전부의 외측에 동축상으로 구비된 중간회전부 및 연결프레임을 개재해서 상기 중간회전부의 외측에 동축상으로 구비된 외측회전부를 포함하여 구성되고, 상기 복수의 블레이드는, 각 블레이드의 일측에 구비된 연결축이 상기 외측회전부 및 중간회전부를 관통한 상태로 연결되어 상기 외측회전부의 외측에 방사상으로 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 회전체는, 상기 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성되되, 상기 회전체의 전단부가 상기 하우징의 단부측에서 소정 거리 더욱 돌출되도록 연장형성되며, 상기 복수의 블레이드는, 각 블레이드의 일측에 구비된 연결축이 상기 회전체를 관통한 상태로 상기 회전체의 전단부와 상기 하우징의 단부측 사이에 위치하도록 구비되어 상기 회전체의 외측에 방사상으로 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 각 연결축 상에 일체로 구비된 웜휠기어, 상기 웜휠기어와 치합되는 웜기어가 구비된 연동축, 이웃하는 연동축을 연결하는 유니버설 조인트, 상기 연동축을 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되어, 상기 각 블레이드의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 구동계통은 차동장치를 포함하여 구성되며, 상기 회전축의 회전력이 상기 차동장치를 통해 상기 발전기로 전달되도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 회전체는 상기 하우징의 양측에 각각 구비되고, 상기 구동계통은 차동장치를 포함하여 구성되며, 양측 회전체의 각 회전축의 회전력이 상기 차동장치를 통해 상기 발전기로 전달되도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 회전체가 하우징의 원통형 외주부에 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성됨에 따라 상기 회전체의 회전력을 전달하는 회전축은 상기 회전체의 회전력만을 전달하게 되므로 상기 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 상기 회전축의 직경이 최소화되어 회전축의 무게가 줄어듦으로써, 상기 회전축의 조립 및 분해가 간편해짐은 물론 상기 회전축과 연결된 회전체의 회전이 쉽게 이뤄진다는 이점이 있다.

또한, 상기 회전체가 동축상으로 확장되도록 분할구성됨에 따라 회전체의 반경이 커지도록 구성되고, 반경이 커진 회전체의 외측에 블레이드가 방사상으로 구비됨에 따라 상기 블레이드의 설치 개수를 늘릴 수 있어 효과적인 발전을 할 수 있다는 이점이 있다.

특히, 블레이드가 다수개로 설치되는 경우, 저풍속 환경에서도 효과적인 발전이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 각도조절수단을 통해 각 블레이드의 각도를 동시에 같은 각도로 조절할 수 있으므로, 바람의 세기에 맞게 블레이드의 각도를 조절하여 파손을 방지하고 발전을 효과적으로 할 수 있다는 이점이 있다.

특히, 상기 각도조절수단이 연결축 상에 일체로 구비된 웜휠기어, 웜휠기어와 치합되는 웜기어가 구비된 연동축, 이웃하는 연동축을 연결하는 유니버설 조인트, 연동축을 회전시키는 구동모터로 구성됨에 따라 협소한 공간에도 설치가 가능하다는 이점이 있다.

또한, 타워크레인 구조물로 지주를 구성함에 따라 지주의 설치와 분해를 간편하게 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 상기 하우징이 상기 지주의 상부에서 평면상 회전이 가능하므로 바람의 방향에 따라 하우징을 회전시켜 최적의 발전을 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 대형 풍력발전기의 경우 하우징의 일측에 회전체를 구성하고 상기 하우징의 내부에 증속기어(또는 차동장치) 및 발전장치를 설치함에 따라 구동계통을 간단하게 구성할 수 있고, 소형 풍력발전기의 경우 하우징의 양측에 회전체가 구비되도록 하여 발전량을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기의 단면 구성도.
도 2는 도 1의 'A'부분 확대도.
도 3은 도 1의 'B'부분 확대도.
도 4는 도 1의 'C'부분 확대도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 구성하는 회전체의 정면도.
도 6은 도 5의 A-A 방향에서 바라본 각도조절수단을 도시한 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 구성하는 차동장치의 세부구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 구성하는 롤러의 사시도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 구성하는 롤러의 분해사시도.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 풍력발전기의 단면 구성도.
도 11은 도 10의 'A'부분 확대도.
도 12는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 풍력발전기의 단면 구성도.
도 13은 도 12의 'A'부분 확대도.
도 14는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 풍력발전기의 단면 구성도.
도 15는 도 14의 'A'부분 확대도.
도 16은 도 14의 풍력발전기를 구성하는 회전체의 정면도.
도 17은 도 14의 풍력발전기의 각도조절수단의 연동축과 조인트부의 연결관계를 도시한 구성도.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기는, 지주, 상기 지주의 상부에 구비된 하우징, 복수의 블레이드가 구비되어 상기 하우징의 적어도 일측에 구비된 회전체, 구동계통을 통해 상기 회전체의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 회전체는 상기 하우징의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성되고, 상기 회전체의 중심부에 고정연결되어 상기 하우징의 내부를 관통하도록 연장된 회전축을 통해 상기 회전체의 회전력이 상기 발전기의 구동계통으로 전달되도록 구성된다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 일실시예의 풍력발전기에 대하여 설명하도록 한다.

본 실시예의 풍력발전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지주(100), 하우징(200), 회전체(300), 블레이드(310), 구동계통(410, 420, 430), 발전기(500)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 지주(100)의 높이는 대략 50M 로 구성될 수 있고, 상기 하우징(200)의 직경은 대략 2M, 길이는 대략 10M 로 구성될 수 있으며, 상기 블레이드(310)의 길이는 소형의 경우 대략 25M 내외, 대형의 경우 대략 45M 내외로 구성될 수 있다.

상기 지주(100)는 상기 하우징(200)을 지지하며, 예를 들어, 일반적인 풍력발전기를 구성하는 원통형 지주로 구성될 수도 있으며, 상기 원통형 지주의 내부에는 승강용 엘레베이터가 구비될 수 있다.

한편, 상기 지주(100)는 이동, 설치 및 분해의 용이성을 위해 타워크레인 구조물로 구성되는 것이 바람직하다.

타워크레인 구조물은, 예를 들어, 기초 앵커, 상기 기초 앵커 상에 설치되는 기초 마스트(Basic Mast), 상기 기초 마스트의 상부로 직렬 연결되는 복수의 마스트(Mast)를 포함하여 구성된 공지의 타워크레인의 기둥 부분으로 구성될 수 있다.

상기 타워크레인 구조물은 대략 3 ~ 5M 인 복수의 마스트를 핀 또는 연결볼트로 연결시킴에 따라 소정 높이로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 타워크레인 구조물로 지주(100)를 구성하면, 풍력발전기를 설치하고자 하는 현장으로 복수의 마스트를 이동시킨 후 설치 현장에서 조립하여 지주(100)로 구성할 수 있으므로, 이동, 설치 및 분해가 간편하다는 이점이 있다.

상기 하우징(200)은 대략 원통형으로 형성되며, 상기 지주(100)의 상부에 평면상 회전이 가능하도록 베어링 등의 구름수단을 개재하여 설치된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지주(100)의 상부와 연결되는 상기 하우징(200)의 연결부분에는 평면상으로 배열된 제1기어(202)가 구비되고, 상기 지주(100)의 상부에는 상기 제1기어(202)와 치합되는 제2기어(710)가 구비된 적어도 하나의 구동수단(700)이 구비된다.

따라서, 상기 구동수단(700)의 구동에 의해 상기 제2기어(710)가 정방향 또는 역방향으로 회전하게 되면, 상기 제2기어(710)와 치합된 제1기어(202)가 연동하여 회전하게 되고, 이에 따라 상기 하우징(200)이 평면상에서 회전될 수 있다.

상기 회전체(300)는 상기 하우징(200)의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성된다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(200)의 외주부에 베어링 등의 구름수단(330)이 구비되고, 상기 회전체(300)는 상기 구름수단(330)에 의해 상기 하우징(200)의 외주부에서 축회전이 가능하도록 지지될 수 있다.

상기 구름수단(330)은, 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 롤러(337)가 평행하게 배치되도록 구성된다.

구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 구름수단(330)은, 하측이 개구되고 측면을 관통하는 축홀(331h)이 형성된 케이싱(331), 상기 케이싱(331) 내에 삽입되고 중심축(333)이 관통하는 축홀(335h1)과 롤러(337)의 회전축이 삽입되는 축홀(335h2)이 형성된 브라켓(335), 상기 축홀(335h)에 조립되는 한 쌍의 롤러(337)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 브라켓에 조립된 한 쌍의 롤러(337)는 상기 브라켓(335)에 조립된 상태로 회전이 되고, 또한, 한 쌍의 롤러(337)가 상기 중심축(333)을 기준으로 약간의 회동이 가능하게 된다. 이를 통해, 완충 효과를 얻을 수도 있다.

상기 예시된 구름수단 이외에 다양한 공지의 베어링 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 회전체(300)는, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내측회전부(302), 중간회전부(304), 외측회전부(306)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 내측회전부(302)는 상기 하우징(200)의 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성되며, 구체적으로, 상기 하우징(200)의 단부측을 감싸도록 단면이, 예를 들어, 'ㄷ'자형으로 형성된다.

상기 중간회전부(304)는 연결프레임(300a)을 개재해서 상기 내측회전부(302)의 외측에 동축상으로 구비되고, 상기 외측회전부(306)는 연결프레임(300a)을 개재해서 상기 중간회전부(304)의 외측에 동축상으로 구비되며, 상기 중간회전부(304)와 외측회전부(306)는 대략 원통의 링 형상으로 형성된다.

한편, 복수의 블레이드(310)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 외측회전부(306)의 외측에 방사상으로 구비되며, 구체적으로, 각 블레이드(310)의 일측(하단부 중심측)에 구비된 연결축(312)이 상기 외측회전부(306) 및 중간회전부(304)를 관통한 상태로 연결되어 상기 외측회전부(306)의 외측에 방사상으로 구비된다.

상기 연결축(312)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(310)의 단면 형상에 대응하도록 원통형상으로 형성된 원통부(312a)와, 상기 원통부(312a)의 중심측에서 수직하게 연장된 축부(312b)를 포함하여 구성되며, 상기 연결축(312)의 원통부(312a)는 상기 외측회전부(306) 상에 위치되고, 상기 연결축(312)의 축부(312b)는 중간회전부(304) 상에 위치되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 복수의 블레이드(310)는 연결축(312)의 중심축선을 기준으로 축회전이 가능하도록 구성되며, 상기 회전체(300)에는 상기 복수의 블레이드(310)의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단이 구비된다.

한편, 상기 외측회전부(306)에는 상기 블레이드(310)의 축회전을 가이드하기 위한 복수의 롤러가 설치될 수도 있다.

도 6은 도 5의‘A-A’방향에서 바라본 참고도로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각도조절수단은, 상기 각 블레이드(310)의 연결축(312) 상에 축결합된 웜휠기어(612), 상기 웜휠기어(612)와 치합되는 웜기어(614a)가 구비된 연동축(614), 이웃하는 연동축(614)을 연결하는 유니버설 조인트부(616), 상기 연동축(614)을 회전시키는 구동모터(도 5의 ‘618’)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 상기 구동모터(618)의 구동에 의해 연동축(614)이 회전하여 웜기어(614a)가 회전하게 되면, 상기 웜기어(614a)와 치합된 웜휠기어(612)가 회전하게 되고, 상기 웜휠기어(612)의 회전에 의해 상기 블레이드(310)의 연결축(312)이 회전하여 블레이드(310)의 각도가 조절된다.

이때, 상기 블레이드(310)의 각 연결축(312)은 복수의 웜휠기어(612), 복수의 웜기어(614a), 복수의 연동축(614)에 의해 모두 연동하도록 구성됨에 따라 상기 구동모터에 의해 어느 하나의 연동축(614)이 회전하게 되면 각 블레이드(310)의 연결축(312)이 동시에 함께 연동하여 회전하게 된다.

한편, 상기 유니버설 조인트부(616)는 상기 연동축(614)과 일체로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 유니버설 조인트부(616)의 일측부가 제1 연동축에 일체로 형성되고, 상기 유니버설 조인트부(616)의 타측부가 제1 연동축과 이웃하는 제2 연동축에 일체로 형성되어 제1, 2 연동축이 상호 연동될 수 있다.

한편, 상기 회전체(300)에 구비된 구동모터(618)는 풍력에 의해 회전되는 회전체(300) 상에 설치되는 구성요소이므로, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 브러시(brush, 630a)와 슬립링(slip ring, 630b)과 같이 회전하는 구성요소에 구비되어 전기적인 연결이 가능하게 하는 공지의 전원공급수단을 통해 하우징(200) 측으로부터 전원을 공급받을 수 있다.

구체적으로, 전원공급부(미도시)의 전원을 공급받도록 하우징(200) 측에 고정설치된 브러시(630a)가 회전축(410)상에 축결합된 슬립링(630b)의 외주면에 구비된 전극부에 전기적으로 접촉됨에 따라 전원공급부의 전원이 상기 슬립링(630b)에 공급될 수 있고, 상기 슬립링(630b)으로 공급된 전원은 상기 슬립링(630b)의 전극부에 전기적으로 연결된 전선(미도시) 등을 통해 상기 구동모터(618)로 공급될 수 있다.

상술한 바와 같이, 회전체(300)에 구비된 각 블레이드(310)의 각도가 조절이 가능도록 구성됨에 따라 바람의 세기에 따라 블레이드(310)의 각도를 조절하여 파손을 방지하고 발전을 효과적으로 할 수 있게 된다.

상기 구동계통(410, 420, 430)은 상기 회전체(300)의 회전력이 상기 발전기(500)의 구동원으로 입력될 수 있도록 전달한다.

예를 들어, 상기 구동계통(410, 420, 430)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(410), 차동장치(420), 구동축(430)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 회전축(410)은, 일단이 상기 회전체(300)의 내측회전부(302)의 중심부에 고정연결되고, 타단이 상기 하우징(200)의 내부를 관통하도록 연장되어 상기 차동장치(420)에 연결된다.

한편, 상기 하우징(200) 내에는 상기 회전축(410)을 지지하는 지지브라켓(201)이 구비될 수 있으며, 상기 지지브라켓(201)은 원판형, 빔형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 차동장치(420)는 상기 하우징(200)의 내부에 구비되며, 수평하게 설치된 회전축(410)의 회전력을 수직하게 설치된 구동축(430)으로 전달한다.

구체적으로, 상기 차동장치(420)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(200)의 내부에 회전가능하게 설치된 디퍼런셜케이스(421), 상기 디퍼런셜케이스(421) 내부에 구비되되 회전축(410)의 타단에 기어회전축(423a)을 통해 연결되어 동축상으로 회전되는 구동기어(423), 상기 디퍼런셜케이스(421)를 관통하면서 상기 구동기어(423)에 치합되되 상기 구동기어(423)의 회전에 의해 디퍼런셜케이스(421)를 회전 구동시키는 디퍼런셜피니언(424), 상기 디퍼런셜케이스(421)에 일체로 설치된 링기어(422), 상기 링기어(422)에 치합되는 종동기어(425)를 포함하여 구성된다.

따라서, 양측의 회전축(410)이 각각 회전하게 되면, 한 쌍의 구동기어(423)가 각각 회전하게 되고, 상기 한 쌍의 구동기어(423)의 회전에 연동하여 상기 디퍼런셜피니언(424)이 회전하게 되며, 상기 디퍼런셜피니언(424)의 회전에 의해 상기 디퍼런셜케이스(421)가 회전하게 되고, 상기 디퍼런셜케이스(421)의 회전에 의해 상기 디퍼런셜케이스(421)와 일체인 링기어(422)가 회전하게 되며, 상기 링기어(422)의 회전에 의해 상기 종동기어(425)가 회전하게 되고, 상기 종동기어(425)의 회전의 의해 구동축(430)이 회전되어 상기 발전기(500)에 회전력이 전달될 수 있다.

상술한 바와 같은 차동장치(420)의 경우, 상기 링기어(422)와 상기 종동기어(425)의 치합으로 회전이 전달됨과 함께 회전이 증가될 수 있다.

한편, 상기 회전축(410)과 상기 구동기어(423)의 기어회전축(423a)의 사이에는 브레이크 수단(426)이 구비될 수 있으며, 상기 브레이크 수단(426)은 강한 바람에 의해 상기 회전체(300)가 과도하게 회전하는 것을 방지하도록 상기 회전축(410)의 회전을 제어하는 기능을 한다.

상기 구동축(430)은 상기 종동기어(425)와 일체로 연결되어 축회전하도록 구성되며, 상기 발전기(500)에 회전력을 전달하도록 구성된다.

따라서, 상기 구동축(430)의 회전력을 전달받은 발전기(500)가 발전을 하게 된다.

한편, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 차동장치(420)에 연결된 구동축(430)의 회전력이 하우징(200) 내에 구비된 기어박스(510)를 통해 하우징(200) 내에 구비된 발전기(500)의 구동축(520)으로 전달되어 발전이 이뤄질 수도 있다.

구체적으로, 상기 하우징(200) 내에 기어박스(510)와 발전기(500)가 구비되도록 구성될 수 있으며, 양측의 회전축(410)에서 전달된 회전력이 차동장치(420)를 통해 수직하게 설치된 구동축(430)으로 전달되고, 상기 구동축(430)의 회전력이 기어박스(510)를 통해 수평하게 설치된 연결축(520)으로 전달되며, 연결축(520)으로 전달된 회전력에 의해 발전기(500)의 발전이 이뤄질 수 있게 된다.

상기 기어박스(510)는, 예를 들어, 베벨기어 등으로 구성되어 수직방향의 회전력을 수평방향으로 전환시키는 공지의 기어박스(410)로 구성될 수 있다.

한편, 상기에서는 양측의 회전축(410)에서 전달된 회전력이 차동장치(420)를 통해 하나의 구동축(430)으로 출력되어 발전기(500)로 전달되는 경우에 대해 설명하였지만, 차동장치(420)가 없이 양측의 회전축(410)에 각각 증속기어와 발전기를 별도로 연결하여 각 회전축(410)에 의해 각각 발전이 이뤄지도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 하우징(200)의 일측에만 회전체(300)가 구비되도록 구성될 수도 있다.

구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(200) 내에 회전축(410)과 연결된 증속기(420a), 상기 증속기(420a)와 연동축(520a)으로 연결된 발전기(500)가 구비되도록 구성될 수 있으며, 하우징(200)의 일측에 구비된 회전체(300)의 회전축(410)의 회전 속도가 증속기(420a)를 통해 증속된 후 연동축(520a)을 통해 발전기(500)로 전달되어 발전기(500)의 발전이 이뤄질 수 있게 된다.

도 14 내지 도 17를 참조하여 또 다른 일실시예의 풍력발전기에 대하여 설명하도록 한다.

본 실시예의 회전체(300-1) 및 각도조절수단을 제외한 구성요소는 상술한 실시예의 풍력발전기의 해당 구성요소와 동일 내지 유사하므로, 본 실시예에서는 상기 회전체(300-1) 및 각도조절수단을 중심으로 설명하도록 한다.

본 실시예의 풍력발전기는, 도 14에 도시된 바와 같이, 지주(100), 하우징(200), 회전체(300-1), 블레이드(310), 구동계통(410, 420, 430), 발전기(500)를 포함하여 구성된다.

상기 지주(100)는 상기 하우징(200)을 지지하며, 예를 들어, 타워크레인 구조물로 구성될 수 있다.

상기 하우징(200)은 대략 원통형으로 형성되며, 상기 지주(100)의 상부에 평면상 회전이 자유롭도록 베어링 등의 구름수단을 개재하여 구비된다.

상기 회전체(300-1)는 상기 하우징(200)의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성된다.

구체적으로, 상기 회전체(300-1)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(200)의 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성되되, 상기 회전체(300-1)의 전단부가 상기 하우징(200)의 단부측에서 소정 거리 더욱 돌출되도록 연장형성된다.

따라서, 상기 회전체(300-1)의 내면과 상기 하우징(200)의 외면 사이에 소정의 공간이 형성될 수 있다.

한편, 상기 복수의 블레이드(310)는 상기 회전체(300-1)의 외측에 방사상으로 구비되며, 구체적으로, 각 블레이드(310)의 일측에 구비된 연결축(312)이 상기 회전체(300-1)를 관통한 상태로 상기 회전체(300-1)의 전단부와 상기 하우징(200)의 단부측 사이에 형성된 소정의 공간에 위치하도록 구비되어 상기 회전체(300-1)의 외측에 방사상으로 구비된다.

이때, 상기 복수의 블레이드(310)는 상기 회전체(300-1)를 관통한 상태에서 상기 연결축(312)의 중심축선을 기준으로 축회전이 가능하도록 구성되며, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 회전체(300-1)에는 상기 복수의 블레이드(310)의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단(612, 614, 616)이 구비된다.

상기 각도조절수단(612, 614, 616)은 전술한 실시예의 각도조절수단 구성과 동일 내지 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예와 같이 블레이드(310)의 갯수가 적어, 연동축(612) 간의 상호 교차 각도가 큰 각도로 구성되지 않는 경우에는, 도 17에 도시된 바와 같이, 연동축(612)의 사이에 유니버셜 조인트 구동 연결을 위한 별도의 전달축(615)이 구비될 수도 있다.

한편, 상기 웜휠기어(612)의 상하면에 마주하도록 블레이드 고정용 브레이크(도 15의 ‘617’)가 구비될 수 있다.

상기 브레이크(617)는 각도조절이 완료된 상태의 블레이드(310)를 고정시키기 위한 구성요소로서, 블레이드(310)의 각도가 조절완료된 상태에서 상기 웜휠기어(612)의 상하면에 밀착하도록 동작되어 블레이드(310)가 축회전하지 않도록 한다.

이러한 브레이크(617)로서, 예를 들어, 공지의 디스크형 브레이크가 채용될 수 있으며, 브레이크(617)와 맞물리는 부분의 웜휠기어(612)는 기어부가 일부 생략될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 회전체(300-1)에 구비된 각 블레이드(310)의 각도가 조절이 가능하게 구비됨에 따라 바람의 세기에 맞게 블레이드(310)의 각도를 조절하여 파손을 방지하고 발전을 효과적으로 할 수 있게 된다.

한편, 상술한 각도조절수단이 없이 상기 블레이드(310)가 상기 회전체(300-1)에 각도가 고정된 상태로 구성될 수도 있음은 물론이다.

상기 구동계통(410, 420, 430)은 상기 회전체(300-1)의 회전력이 상기 발전기(500)의 구동원으로 입력될 수 있도록 전달한다.

상기 구동계통(410, 420, 430)의 구성, 상기 하우징(200)의 양측에 회전체(300-1)가 각각 구비된 구성은 전술한 실시예와 동일 내지 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 실시예에서는 상기 회전체(300-1)가 상기 하우징(200)의 양측에 각각 구비된 경우의 풍력발전기를 기준으로 설명하였으나, 상기 하우징(200)의 일측에만 회전체(300-1)가 구비되도록 풍력발전기를 구성할 수도 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 복수의 블레이드(310)가 구비된 회전체(300, 300-1)가 상기 하우징(200)의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성되고, 상기 회전체(300, 300-1)의 중심부에 고정연결되어 상기 하우징(200)의 내부를 관통하도록 연장된 회전축(410)을 포함한 구동계통(410, 420, 430)을 통해 상기 회전체(300, 300-1)의 회전력이 상기 발전기(500)로 전달되도록 구성됨에 따라, 상기 회전체(300, 300-1)의 회전력을 전달하는 회전축(410)은 상기 회전체(300, 300-1)를 지지하지 않은 상태로 회전체(300, 300-1)의 회전력만을 구동계통(410, 420, 430)을 통해 발전기(500)로 전달하게 되므로 상기 회전체(300, 300-1)의 자중으로 인한 상기 회전축(410)의 휨이 방지됨은 물론 상기 회전축(410)의 직경을 최소화할 수 있게 된다.

구체적으로, 종래의 풍력발전기는, 회전축이 회전체의 하중을 지지하면서 회전력을 전달하도록 구성됨에 따라 회전체의 하중에 발생하는 회전축의 휨을 방지하기 위해 회전축의 직경을 크게 할 필요가 있었으며, 본 발명자는 이를 해결하고자 상술한 바와 같은 구조로 풍력발전기를 개선하여 회전축이 회전체의 하중에 상관없이 회전력만을 전달할 수 있도록 하여 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있도록 하였다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:지주 200:하우징
300, 300-1:회전체 302:내측회전체
304:중간회전체 306:외측회전체
300a:프레임 310:블레이드
410:회전축 420:차동장치
430:구동축 500:발전기

Claims (6)

1. 지주, 상기 지주의 상부에 구비된 하우징, 복수의 블레이드가 구비되어 상기 하우징의 적어도 일측에 구비된 회전체 및 구동계통을 통해 상기 회전체의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하여 구성된 풍력발전기로서,
   상기 회전체는 상기 하우징의 단부측 원통형 외주부를 감싸며 상기 원통형 외주부에 의해 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성되고,
   상기 회전체의 중심부에 고정연결되어 상기 하우징의 내부를 관통하도록 연장된 회전축을 통해 상기 회전체의 회전력이 상기 발전기의 구동계통으로 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는,
   상기 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성된 내측회전부, 연결프레임을 개재해서 상기 내측회전부의 외측에 동축상으로 구비된 중간회전부 및 연결프레임을 개재해서 상기 중간회전부의 외측에 동축상으로 구비된 외측회전부를 포함하여 구성되고,
   상기 복수의 블레이드는,
   각 블레이드의 일측에 구비된 연결축이 상기 외측회전부 및 중간회전부를 관통한 상태로 연결되어 상기 외측회전부의 외측에 방사상으로 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는,
   상기 원통형 외주부를 감싸도록 원통형으로 형성되되, 상기 회전체의 전단부가 상기 하우징의 단부측에서 소정 거리 더욱 돌출되도록 연장형성되며,
   상기 복수의 블레이드는,
   각 블레이드의 일측에 구비된 연결축이 상기 회전체를 관통한 상태로 상기 회전체의 전단부와 상기 하우징의 단부측 사이에 위치하도록 구비되어 상기 회전체의 외측에 방사상으로 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 각 연결축 상에 일체로 구비된 웜휠기어, 상기 웜휠기어와 치합되는 웜기어가 구비된 연동축, 이웃하는 연동축을 연결하는 유니버설 조인트부, 상기 연동축을 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되어, 상기 각 블레이드의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구동계통은 차동장치를 포함하여 구성되며,
   상기 회전축의 회전력이 상기 차동장치를 통해 상기 발전기로 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는 상기 하우징의 양측에 각각 구비되고, 상기 구동계통은 차동장치를 포함하여 구성되며,
   양측 회전체의 각 회전축의 회전력이 상기 차동장치를 통해 상기 발전기로 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.

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