KR101461807B1 - 풍력발전기용 증속기 - Google Patents

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KR101461807B1
KR101461807B1 KR20130063310A KR20130063310A KR101461807B1 KR 101461807 B1 KR101461807 B1 KR 101461807B1 KR 20130063310 A KR20130063310 A KR 20130063310A KR 20130063310 A KR20130063310 A KR 20130063310A KR 101461807 B1 KR101461807 B1 KR 101461807B1
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박승동
박지영
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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 증속기에 관한 것으로서, 풍력발전기에 장착되는 증속기에 있어서, 고정판과; 상기 고정판의 상부에 장착되고 바람에 의해 회전작동하는 블레이드에서 전달되는 회전력을 공급받아 전달하는 원기어 축과; 상기 고정판의 하부에 장착되고 공급되는 회전력을 발전기에 전달하는 중심기어 축과; 상기 원기어 축에서 전달되는 회전력을 공급받아 증속시켜 상기 중심기어 축에 전달할 수 있도록 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 원기어 축과 결합되는 축 연결부가 형성되고 내면에는 기어 부가 형성되는 원기어와, 상기 중심기어 축과 결합되는 중심기어와, 상기 원기어와 중심기어의 사이에 간격을 두고 설치되면서 치합되는 연결기어로 구성되는 기어 수단과; 상기 고정판과 기어 수단을 감싸는 케이스;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 블레이드에서 전달되는 회전속도를 원기어와 연결기어 및 중심기어를 통해 증속시켜 고속으로 발전기를 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 많은 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

풍력발전기용 증속기{Speed Increaser of wind power generator}
본 발명은 풍력발전기용 증속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드에서 전달되는 회전속도를 증속시켜 고속으로 발전기를 구동할 수 있도록 한 풍력발전기용 증속기에 관한 것이다.
최근 들어 지구 환경의 보전에 대한 관심이 증가하면서 재생 가능 에너지 중 하나인 풍력을 이용한 풍력발전장치의 보급이 증가하고 있다.
그리고 풍력발전장치는 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 것으로, 원자력이나 수력 및 화력에 비해 설치비용 및 설치면적이 매우 경제적이며 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.
이러한 이점이 있는 상기 풍력발전장치는 샤프트 방향에 따라 프로펠라형 수평축 풍력 발전시스템(HAWT:horizontal axis wind turbine)과 자이로밀(GYROMILL)형 및 다리우스형과 같은 수직축 풍력 발전시스템(VAWT:vertical axis wind turbine) 등으로 구분된다.
그리고 종래의 풍력발전장치는 타워의 상부에 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치된 동체와, 상기 동체의 선단에 설치되어 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키기 위한 증속기와, 상기 증속기에서 증속된 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 발전기 등으로 구성되어 있다.
그러나 종래의 풍력발전장치를 구성하는 증속기는 블레이드의 통한 큰 동력의 전달시 동력을 전달하는 기어와 회전축을 지지하는 베어링 등의 쉽게 손상됨에 따라 안정적인 동력을 전달하기 어렵고 부품을 자주 교체해야하는 문제점이 있었다.
또한 종래의 풍력발전장치를 구성하는 증속기는 구조가 복잡함에 따라 부품의 교체 또는 파손에 따른 교체작업이 어렵고 유지보수에 많은 시간과 비용이 소비되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1233584호 대한민국 등록특허공보 제10-1181596호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 블레이드에서 전달되는 회전속도를 원기어와 연결기어 및 중심기어를 통해 증속시켜 고속으로 발전기를 구동시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 원기어와 중심기어의 사이에 치합결합되는 연결기어를 간격을 두고 세 개 이상장착하여 안정적으로 회전력을 전달할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 풍력발전기에 장착되는 증속기에 있어서, 고정판과; 상기 고정판의 상부에 장착되고 바람에 의해 회전작동하는 블레이드에서 전달되는 회전력을 공급받아 전달하는 원기어 축과; 상기 고정판의 하부에 장착되고 공급되는 회전력을 발전기에 전달하는 중심기어 축과; 상기 원기어 축에서 전달되는 회전력을 공급받아 증속시켜 상기 중심기어 축에 전달할 수 있도록 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 원기어 축과 결합되는 축 연결부가 형성되고 내면에는 기어 부가 형성되는 원기어와, 상기 중심기어 축과 결합되는 중심기어와, 상기 원기어와 중심기어의 사이에 간격을 두고 설치되면서 치합되는 연결기어로 구성되는 기어 수단과; 상기 고정판과 기어 수단을 감싸는 케이스;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연결기어는 중심기어보다 작은 지름을 가지고 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연결기어와 연결기어의 사이에는 결합판이 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 케이스는 원통 형상으로 하부가 개방되고 상기 고정판과 기어 수단을 감싸는 상부 커버와 상기 상부 커버의 하부와 결합되는 하부판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 블레이드에서 전달되는 회전속도를 원기어와 연결기어 및 중심기어를 통해 증속시켜 고속으로 발전기를 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 많은 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한 원기어와 중심기어의 사이에 치합결합되는 연결기어를 간격을 두고 세 개 이상장착하여 안정적으로 회전력을 전달할 수 있을 뿐만 아니라 기어 및 베어링의 손상을 방지하고 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 구성하는 기어 수단을 나타낸 개략 평단면도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 구성하는 기어 수단의 다른 실시 예를 나타낸 개략 평단면도.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 구성하는 기어 수단을 나타낸 개략 평단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기용 증속기를 구성하는 기어 수단의 다른 실시 예를 나타낸 개략 평단면도이다.
본원발명인 풍력발전기용 증속기(10)는 고정판(20)과, 상기 고정판(20)의 상부에 장착되는 원기어 축(30)과, 상기 고정판(20)의 하부에 장착되는 중심기어 축(40)과, 상기 원기어 축(30)에서 전달되는 공급받아 증속시켜 상기 중심기어 축(40)에 전달하는 기어 수단(50)과, 상기 고정판(20)과 기어 수단(50)을 감싸는 케이스(60) 등으로 구성된다.
상기 고정판(20)은 소정의 지름과 두께를 가지며, 중앙에는 축 결합홈(22a, 22b)이 각각 형성되고, 상기 기어 수단(50)을 구성하는 연결 기어와 대응하는 부분에는 기어 결합홈(24)이 각각 형성된다.
여기서 상기 고정판(20)은 원판 형상으로 상부 중앙에 원기어 축(30)과 결합되는 축 결합홈(22a)이 형성되고, 하부 중앙에는 중심기어 축(40)과 결합되는 축 결합홈(22b)이 형성되며, 하부 둘레에는 기어 결합홈(24)이 각각 형성된다.
상기 고정판(20)의 상부에 장착되는 원기어 축(30)은 소정의 길이와 지름을 가지며 블레이드(미도시)와 결합된다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 원기어 축(30)은 바람에 의해 회전작동하는 블레이드와 결합되어 상기 블레이드에서 전달되는 회전력을 상기 기어 수단(50)에 전달하게 되는 것이다.
이때 상기 고정판(20)의 축 결합홈(22a)에 삽입되는 원기어 축(30)의 끝단에는 원활한 회전작동 및 지지를 위하여 베어링(B)이 장착된다.
상기 고정판(20)의 하부에 장착되는 중심기어 축(40)은 소정의 길이와 지름을 가지며 발전기(미도시)와 결합된다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 중심기어 축(40)은 일 측 끝단이 고정판(20)에 결합되고 반대 측이 발전기와 결합되어, 상기 원기어 축(30)과 기어 수단(50)을 통해 전달되는 회전력을 공급받아 상기 발전기에 전달하게 되는 것이다.
이때 상기 고정판(20)의 축 결합홈(22b)에 삽입되는 중심기어 축(40)의 끝단에는 원활한 회전작동 및 지지를 위하여 베어링(B)이 장착된다.
상기 원기어 축(30)에서 전달되는 회전력을 공급받아 증속시켜 중심기어 축(40)에 전달하는 기어 수단(50)은 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 원기어 축(30)과 결합되는 축 연결부(52a)가 형성되고 내면에는 기어 부(52b)가 형성되는 원기어(52)와, 상기 중심기어 축(40)과 결합되는 중심기어(54)와, 상기 원기어(52)와 중심기어(54)의 사이에 간격을 두고 설치되면서 치합되는 연결기어(56)로 구성된다.
즉 상기 기어 수단(50)은 원기어(52)를 통해 전달되는 회전력이 연결기어(56)를 거쳐 중심기어(54)에 전달되도록 한 것이다.
여기서 원기어(52)는 상부커버(62)와 유사한 형태이면서도, 연결기어(56)와 접하는 내부면에는 기어 부(52b)가 형성되어 있어서, 원기어(52)의 회전력이 연결기어(56)로 전달될 수 있도록 하였다.
그리고 상기 기어 수단(50)을 구성하는 중심기어(54)와 연결기어(56)의 지름은 회전력의 증속과 함께 안전한 지지 등을 위하여 도시된 도 3과 같이 상기 연결기어(56)가 중심기어(54)의 지름보다 작게 형성되거나 또는 도시된 도 4와 같이 상기 연결기어(56)와 중심기어(54)와 동일하게 형성될 수 있으며, 이들 사이의 지름을 조절함으로서 증속기에 의해 종속되는 속도를 조절할 수 있다.
여기서 상기 기어 수단(50)을 구성하는 연결기어(56)는 안정적인 회전작동 및 고속회전작동을 위하여 상기 중심기어(54)의 지름보다 작게 형성되면서 120°간격으로 배치되는 예를 들어 설명하기로 한다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 연결기어(56)는 원기어(52)와 치합되어 상기 원기어(52)가 한 번 회전할 때 여러 번 회전작동함으로써 더 많은 회전력을 상기 중심기어(54)에 전달함과 동시에 120°간격으로 배치되어 안정적으로 회전작동할 수 있도록 한 것이다.
이때 상기 연결기어(56)의 중심에는 회전작동을 위한 축(58)이 장착되고 끝단은 원활한 회전작동 및 지지를 위하여 베어링(B)에 장착된다.
그리고 상기 연결기어(56)와 연결기어(56)의 사이에는 무게 또는 위치 배열을 통해 기어 수단(50)이 안정적으로 회전작동할 수 있도록 결합판(70)이 장착된다.
즉 상기 결합판(70)은 연결기어(56)와 연결기어(56)의 사이에 배치되면서 양측 끝단이 고정판(20)과 케이스(60)에 각각 결합되어 상기 기어 수단(50)의 작동시 무게 중심을 유지함과 동시에 회전에 따른 편심력이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 되는 것이다. 또한 결합판(70)은 고정판(20)과 케이스(60)에 각각 결합하게 되어서 본 발명에 의한 증속기의 기계적인 결합력을 증대시키고, 회전에 의한 진동이나 떨림에 의해 개개의 부품들이 지속적으로 흔들리는 것을 최소화시켜서 증속기의 수명을 극대화시킬 수 있다.
또한 상기 축(30, 40)과 결합되는 기어수단(50)은 슬립을 방지할 수 있도록 편심 축이나 기어 구조로 형성될 수 있다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 원기어 축(30) 및 원기어(52)와 상기 중심기어 축(40) 및 중심기어(54)의 결합부분에는 회전 작동시 슬립을 방지할 수 있도록 편심 축을 장착하거나 또는 상기 원기어 축(30) 및 원기어(52)와 상기 중심기어 축(40) 및 중심기어(54)의 결합부분을 기어 구조로 형성하여 슬립을 방지할 수 있도록 구성될 수 있음을 밝힌다.
상기 고정판(20)과 기어 수단(50)을 감싸는 케이스(60)는 원통 형상으로 하부가 개방되고 상기 고정판(20)과 기어 수단(50)을 감싸는 상부 커버(62)와 상기 상부 커버(62)의 하부와 결합되는 하부판(64)으로 구성된다.
즉 상기 케이스(60)는 상부 커버(62)를 이용하여 고정판(20)과 기어 수단(50)을 감싸며 하부판(64)으로 마감할 수 있도록 한 것이다.
이때 상기 상부 커버(62)와 하부판(64)의 중앙에는 원기어 축(30)과 중심기어 축(40)이 관통하는 축 관통공(66)이 각각 형성된다.
그리고 상기 하부판(64)의 상부에는 기어 수단(50)의 축(58)과 대응되는 부분에는 축 결합홈(64a)이 각각 형성된다.
상기와 같이 구성되는 풍력발전기용 증속기의 실시 예를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저 소정의 지름과 두께를 가지며, 중앙에는 축 결합홈(22a, 22b)이 각각 형성되고, 하부 둘레에는 120°간격으로 기어 결합홈(24)이 각각 형성되는 고정판(20)을 구성한다.
그리고 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 축 연결부(52a)가 형성되고 내면에는 기어 부(52b)가 형성되는 원기어(52)와, 상기 원기어(52)의 중심에 배치되는 중심기어(54)와, 상기 원기어(52)와 중심기어(54)의 사이에 간격을 두고 설치되면서 치합되는 연결기어(56)로 구성되는 기어 수단(50)을 장착한다.
이때 상기 기어 수단(50)을 구성하는 연결기어(56)는 안정적인 회전작동 및 고속회전작동을 위하여 상기 중심기어(54)의 지름보다 작게 형성되면서 120°간격으로 배치하고, 상기 연결기어(56)와 연결기어(56)의 사이에는 결합판(70)을 각각 장착한다.
다음으로 상기 고정판(20)과 기어 수단(50)의 외면으로 원통 형상으로 하부가 개방되고 상기 고정판(20)과 기어 수단(50)을 감싸는 상부 커버(62)와 상기 상부 커버(62)의 하부와 결합되는 하부판(64)으로 구성되는 케이스(60)를 장착한다.
그리고 상기 고정판(20)의 축 결합홈(22a)에 소정의 길이와 지름을 가지며 블레이드와 결합되는 원기어 축(30)을 장착한 후 상기 축결합홈(22b)에 소정의 길이와 지름을 가지며 발전기와 결합되는 중심기어 축(40)을 장착하면 풍력발전기용 증속기(10)의 조립은 완료되는 것이다.
여기서 상기 풍력발전기용 증속기의 조립 순서는 상기와 다르게 구성될 수 있음을 밝힌다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 풍력발전기용 증속기의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저 바람에 의해 회전작동하는 블레이드의 회전력이 원기어 축(30)에 전달되면, 상기 원기어 축(30)은 제자리에서 회전작동하고 원기어 축(30)과 결합되는 기어 수단(50)의 원기어(52)는 원기어 축(30)과 연동작동하면서 같은 회전수로 회전작동하게 된다.
그리고 상기 원기어(52)와 치합되는 세 개의 연결기어(56)는 원기어(52)의 작동시 연동작동하고 원기어(52)의 회전수보다 많이 회전작동하면서 상기 연결기어(56)의 회전력을 중심기어 축(40)과 연결된 중심기어(54)에 전달하게 된다.
이때 상기 원기어(52)와 중심기어(54)는 일정간격으로 장착되는 연결기어(56)를 통해 안정적으로 회전력을 전달하면서도 상기 중심기어(54)는 많은 회전력을 공급받을 수 있게 되는 것이다.
더불어 상기 연결기어(56)는 원기어(52)와 중심기어(54)를 통해 외면이 지지 되므로써 정확한 회전력을 전달하면서 베어링(B)에 가해지는 힘을 줄일 수 있게 되는 것이다.
다음으로 상기 중심기어(54)는 연결기어(56)를 통해 전달되는 회전력을 발전기에 전달하게 된다.
다시말해서, 본원발명의 풍력발전기에 장착되는 증속기는 원판 형상으로 상부면과 하부면의 중앙에 각각 형성되는 축 결합홈(22a,22b) 및 하부면에서 중심을 기준으로 외측으로 동일한 각도 간격으로 다수 형성된 기어 결합홈(24)을 포함하는 고정판(20)으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고정판(20)의 상부면의 축 결합홈(22a)에 장착되고 바람에 의해 회전 동작하는 블레이드에서 전달되는 회전력을 공급받아 전달하는 원기어 축(30)이 형성될 수 있으며, 상기 고정판(20)의 하부면의 축 결합홈(22b)에 장착되고 공급되는 회전력을 발전기에 전달하는 중심기어 축(40)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 원기어 축(30)에서 전달되는 회전력을 공급받아 증속시켜 상기 중심기어 축(40)에 전달하도록 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 원기어 축(30)과 결합되는 축 연결부(52a)가 형성되고 내면에는 기어부(52b)가 형성되는 원기어(52), 상기 중심기어 축(40)과 결합되는 중심기어(54), 및 상기 기어 결합홈(24)에 설치되면서 상기 원기어와 상기 중심기어 사이에 치합되고 상기 중심기어(54)보다 작은 지름을 가지며 120°간격으로 배치되어 형성되는 연결기어(56)로 구성되는 기어수단(50)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 연결기어(56)와 상기 연결기어(56) 사이에 장착되는 결합판(70) 및 원통형상으로 하부가 개방되고 상기 원기어(52)와 간격을 두고 형성되며 중앙에는 상기 원기어 축(30)이 관통하는 축관통공(66)이 형성된 상부커버(62), 및 상기 상부커버(62)의 하부와 결합하며 중앙에는 상기 중심기어 축(40)이 관통하는 축관통공(66)이 형성되고 상부에는 연결기어(56)의 회전동작을 위한 축(58)과 대응하는 부분에는 축 결합홈(64a)이 형성된 하부판(64)으로 구성되고, 내부에 상기 고정판(20)과 상기 기어수단(50)을 포함하며, 상기 상부커버(62)의 상부로는 원기어 축(30)이 돌출되고, 상기 하부판(64)의 하부로 상기 중심기어 축(40)이 돌출되는 케이스(60)를 포함할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 풍력발전기용 증속기를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 풍력발전기용 증속기, 20 : 고정판,
30 : 원기어 축, 40 : 중심기어 축,
50 : 기어 수단, 52 : 원기어,
54 : 중심기어, 56 : 연결기어,
60 : 케이스, 62 : 상부 커버,
64 : 하부판.

Claims (4)

  1. 풍력발전기에 장착되는 증속기에 있어서,
    원판 형상으로 상부면과 하부면의 중앙에 각각 형성되는 축 결합홈(22a,22b) 및 하부면에서 중심을 기준으로 외측으로 동일한 각도 간격으로 다수 형성된 기어 결합홈(24)을 포함하는 고정판(20);
    상기 고정판(20)의 상부면의 축 결합홈(22a)에 장착되고 바람에 의해 회전 동작하는 블레이드에서 전달되는 회전력을 공급받아 전달하는 원기어 축(30);
    상기 고정판(20)의 하부면의 축 결합홈(22b)에 장착되고 공급되는 회전력을 발전기에 전달하는 중심기어 축(40);
    상기 원기어 축(30)에서 전달되는 회전력을 공급받아 증속시켜 상기 중심기어 축(40)에 전달하도록 하부가 개방되는 원통 형상으로 상부 중앙에 원기어 축(30)과 결합되는 축 연결부(52a)가 형성되고 내면에는 기어부(52b)가 형성되는 원기어(52), 상기 중심기어 축(40)과 결합되는 중심기어(54), 및 상기 기어 결합홈(24)에 설치되면서 상기 원기어와 상기 중심기어 사이에 치합되고 상기 중심기어(54)보다 작은 지름을 가지며 120°간격으로 배치되어 형성되는 연결기어(56)로, 구성되는 기어수단(50);
    상기 연결기어(56)와 상기 연결기어(56) 사이에 장착되는 결합판(70); 및
    원통형상으로 하부가 개방되고 상기 원기어(52)와 간격을 두고 형성되며 중앙에는 상기 원기어 축(30)이 관통하는 축관통공(66)이 형성된 상부커버(62), 및 상기 상부커버(62)의 하부와 결합하며 중앙에는 상기 중심기어 축(40)이 관통하는 축관통공(66)이 형성되고 상부에는 연결기어(56)의 회전동작을 위한 축(58)과 대응하는 부분에는 축 결합홈(64a)이 형성된 하부판(64)으로 구성되고, 내부에 상기 고정판(20)과 상기 기어수단(50)을 포함하며, 상기 상부커버(62)의 상부로는 원기어 축(30)이 돌출되고, 상기 하부판(64)의 하부로 상기 중심기어 축(40)이 돌출되는 케이스(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 증속기.
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JP2005163666A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Komatsu Ltd 風力発電用増速機

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