KR101462136B1 - 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람의 세기에 따라 발전기를 변칙적으로 가동되도록 함으로써 발전효율을 극대화시킬 수 있는 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것으로,
날개(30)와 일체형이 되어 날개와 동시 회전하는 회전축(20)과 축 삽입 고정된 구동기어(60)의 외측 방향으로 용량을 달리하는 다중 발전기 장치(100)가 하나 이상 배치 및 설치되며, 상기 다중 발전기 장치(100)는 구동기어(60)와 기어 물림 되어 회전되는 피동기어(110)와, 상기 피동기어(110)에 축 삽입고정되는 보조축(120)과, 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(130)와, 발전기(130)의 샤프트(131)와 보조축(120)을 축 이음 연결시켜 주는 프로펠러 샤프트(140)와, 상기 보조축(120)과 연결되어 피동기어(110)를 구동기어(60)에 인위적으로 기어물림 되게 하거나 기어물림이 해제되도록 보조축(120)을 일정구간 왕복 운동 되도록 하는 기어 물림 수단(150)이 포함하여 구성되되, 상기 기어 물림 수단(150)은 보조축(120)이 일정구간 왕복 운동 될 수 있도록 센서에 의해 작동되는 볼스크류 작동 방식 및 실린더 작동방식, 또는 스프링과 줄을 이용한 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 이루어진다.

Description

다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기{Wind turbine generator unit with a multi}

본 발명은 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것으로 더욱 상세히는 바람의 세기에 따라 발전기를 변칙적으로 가동되도록 함으로써 특히, 산악지대가 많은 동양에서는 과부하 발생 없이 발전효율을 극대화시킬 수 있는 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 풍력에 의해 회전되는 날개의 회전에너지를 전기에너지로 전환시켜 각 수요자에게 전기를 공급하는 장치를 일컫는다.

이러한 풍력발전기는 날개의 회전축 방향에 따라 프로펠라형 수평축 풍력발전기와, 자이로밀형 및 다리우스형과 같은 수직축 풍력발전기 등으로 구별되며, 원자력이나 수력 및 화력 등에 비해 설치 비용 및 설치면적 등이 매우 경제적이면서 환경오염을 유발시키지 않는 등의 이점이 있다.

상기와 같은 장점이 있는 종래 풍력발전기(S)를 살펴보면, 타워(10)의 상부에 회전가능하게 설치된 회전축(20)과, 상기 회전축(20)과 일체형으로 설치되며 바람에 의해 회전되는 날개(30)와, 이 날개의 회전력을 증속 시켜주는 기어박스(40) 및 기어박스(40)에서 증속 된 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(50) 등을 포함하여 구성되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 풍력발전기는 회전축(20)에 하나의 발전기(50)만 설치되어 있기 때문에 바람의 세기가 약한 경우에는 회전력이 약해 전기에너지를 생산함에 있어 한계가 있었다.

따라서, 바람의 세기에 따라 그에 알맞은 발전기가 작동될 수 있도록 하여 과부하 없이 효율적인 전기에너지를 생산할 수 있는 발전기장치가 필요하게 되었다.
본원발명의 풍력발전기와 관련된 선행기술로는 한국 공개특허 제2007-0082104호(발명의 명칭 : 파워 풍력 발전기)가 있다.

이에 본원 발명에서는 상기와 같은 문제점을 일소키 위해 안출한 것으로 수평방향으로 배치된 회전축의 구동기어에 용량을 달리하는 발전기장치를 하나 이상 기어물림이 되게 하되, 기어 물림 되는 발전기 장치는 구동기어가 회전하면서 전체가 동시에 회전되거나, 선택된 어느 하나의 발전기 장치만 제한적으로 작동이 되도록 하여 바람의 세기에 따라 발전기가 변칙적으로 가동되도록 함과 동시에 그에 따라 과부하를 방지하여 효율적인 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 다중발전기장치를 갖는 풍력발전기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기는,
회전축이 수평방향으로 배치된 수평형 풍력발전기에 있어서,
날개(30)와 일체형이 되어 날개와 동시 회전하는 수평형의 회전축(20)과 축 삽입 고정된 구동기어(60)의 외측 방향으로 용량을 달리하는 다중 발전기 장치(100)가 하나 이상 배치 및 설치되되, 상기 다중 발전기 장치(100)는 구동기어(60)와 기어 물림 되어 회전되는 피동기어(110)가 구비되며, 그 피동기어(110)에는 보조축(120)이 축 삽입고정되고, 상기 보조축(120)은 발전기와 연결된 샤프트(131)와 프로펠러 샤프트(140)로 축 이음 연결됨과 동시에 상기 샤프트(131)에는 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(130)가 연결 구성되는 한편,

상기 보조축(120)의 끝단에는 그 보조축(120)과 연결되어 피동기어(110)를 구동기어(60)에 인위적으로 기어물림 되게 하거나 기어물림이 해제되도록 보조축(120)을 일정구간 왕복 운동 되도록 하는 기어 물림 수단(150)이 구성되되, 상기 기어 물림 수단(150)은 보조축(120)이 일정구간 왕복 운동 될 수 있도록 센서에 의해 작동되는 볼스크류 작동 방식 및 실린더 작동방식, 또는 스프링과 줄을 이용한 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에서 제공하는 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기는 바람의 세기에 따라 용량을 달리하는 발전기가 전체 또는 선택적으로 개별 작동이 용이하기 때문에 과부하를 방지할 수 있음은 물론, 바람의 세기가 약한 경우에는 약한 만큼의 전기에너지를 생산할 수 있으며, 바람의 세기가 강한 경우에는 많은 양의 전기에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 풍력발전기를 도시한 정면도
도 2는 종래 풍력발전기를 도시한 단면구조도
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 정면도
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 평면도
도 5는 본 발명의 기어 물림 수단 중 볼스크류 방식을 도시한 사용상태도
도 6은 본 발명의 기어 물림 수단 중 실린더 방식을 도시한 사용상태도
도 7은 본 발명의 기어 물림 수단 중 스프링과 줄을 이용한 방식을 도시한 사용상태도
도 8은 본 발명의 다중 발전기장치 모두가 기어 물림 된 상태를 도시한 사용상태도

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본원 발명을 상세히 설명한다.

먼저 본원 발명에서 제공하는 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기는 도 3에서 도시된 바와 같이 날개(30)와 일체형이 되어 날개와 동시 회전하는 회전축(20)과 축 삽입 고정된 구동기어(60)의 외측 방향으로 용량을 달리하는 다중 발전기 장치(100)가 하나 이상 배치 및 설치한 것이 본원 발명의 핵심이다.

이때 상기 다중 발전기 장치(100)는, 구동기어(60)와 기어 물림 되어 회전되는 피동기어(110)와, 상기 피동기어(110)에 축 삽입고정되는 보조축(120)과, 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(130)와, 발전기(130)의 샤프트(131)와 보조축(120)을 축 이음 연결시켜 주는 프로펠러 샤프트(140)와, 상기 보조축(120)과 연결되어 피동기어(110)를 구동기어(60)에 인위적으로 기어물림 되게 하거나 기어물림이 해제되도록 보조축(120)을 일정구간 왕복 운동 되도록 하는 기어 물림 수단(150)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 발전기 장치(100)는 구동기어(60)가 회전할 때 전체가 동시에 회전 및 작동되거나, 선택된 어느 하나의 발전기 장치(100)만 제한적으로 회전 및 작동될 수도 있다.

즉, 풍력발전기의 중심 회전이 되는 구동기어(60)만 구동되어 전기에너지를 생산하는 경우도 있지만, 바람의 세기에 따라 보다 효율적인 전기에너지를 생산할 수 있도록 하기 위해 바람의 세기가 약할 경우에는 가장 작은 용량의 발전기 장치를 구동기어와 동시 회전되도록 기어물림을 시키고, 태풍과 같이 바람의 세기가 매우 강할 경우에는 구동기어를 중심으로 모든 피동기어를 기어 물림 시켜 많은 양의 전기에너지를 생산할 수 있도록 한 것이다.

이에 따라 발전기의 용량은 예를 들어 100kw, 300kw, 500kw, 1000kw 등으로 임의 선택할 수 있다는 것이며, 바람이 약할 경우에는 도 4에서 도시된 바와 같이 작은 용량의 100kw 발전기 장치를 선택하고, 강풍이 불 경우에는 1000kw의 발전기 장치를 선택하면 되며, 태풍이 불 때는 도 8에서 도시된 바와 같이 모든 발전기장치를 구동기어와 동시회전 되도록 하면 된다.

뿐만 아니라, 다중 발전기 장치는 구동기어와 동시 회전될 수도 있지만 회전되지 않는 경우도 있기 때문에 보조축(120)을 바람의 세기에 따라 수시로 구동기어와 기어물림이 되도록 왕복작동을 해주는 기어 물림 수단(150)이 필요한 것이며, 보조축이 일정구간 왕복작동을 할 수 있는 것은 발전기의 샤프트(131)와 프로펠러 샤프트(140)로 연결되기 때문이다.

상기 프로펠러 샤프트에 의해 보조축(120)이 일정구간 왕복운동을 함으로써 구동기어와 기어물림 및 물림 해제가 용이한 상태가 되지만, 실제 왕복운동을 하는 거리는 기어물림이 되지 않는 거리밖에 되지 않을 정도로 매우 짧은 거리가 되는 것이다.

상기와 같이 보조축을 일정구간 왕복작동 해주는 기어 물림 수단(150)은 센서에 의해 작동되는 볼스크류 작동 방식 및 실린더 작동방식, 또는 스프링과 줄을 이용한 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 이루어진다.

이때 상기 볼스크류(170) 방식은 너트(171)와 보조축(120)을 체결 고정시킨 것이며, 실린더(180) 방식은 실린더로드(181)와 보조축(120)을 연결 고정시킨 것이며, 스프링(190)과 줄(191)을 이용한 방식은 스프링의 탄성력에 의해 피동기어가 기어물림되는 것이며, 기어 물림을 해제할 때는 사용자가 보조축과 연결된 줄(191)을 당겨 기어물림이 해제되도록 한 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본원의 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기는 주축이 되는 회전축(20)과 구동기어(60)가 회전할 때 구동기어의 외측 둘레에 용량이 서로 다른 발전기 장치를 여러 개 다중으로 배치 및 설치하여 바람의 세기에 맞는 발전기가 선택과 동시에 작동되도록 함으로써 효율적인 전기에너지를 생산할 수 있도록 한 것이다.

10:타워 20:회전축
30:날개 40:기어박스
50:발전기 60:구동기어
100:다중 발전기 장치
110:피동기어 120:보조축
130:발전기 131:샤프트
140:프로펠러 샤프트
150:기어 물림 수단
170:볼스크류
171:너트 180:실린더
181:실린더로드 190:스프링
191:줄 S:풍력발전기

Claims (5)

1. 회전축(20)이 수평 방향으로 배치된 수평형 풍력발전기에 있어서,
   날개(30)와 일체형이 되어 날개와 동시 회전하는 수평형의 회전축(20)과 축 삽입 고정된 구동기어(60)의 외측 방향으로 용량을 달리하는 다중 발전기 장치(100)가 하나 이상 배치 및 설치되되, 상기 다중 발전기 장치(100)는 구동기어(60)와 기어 물림 되어 회전되는 피동기어(110)가 구비되며, 그 피동기어(110)에는 보조축(120)이 축 삽입고정되고, 상기 보조축(120)은 발전기와 연결된 샤프트(131)와 프로펠러 샤프트(140)로 축 이음 연결됨과 동시에 상기 샤프트(131)에는 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(130)가 연결 구성되는 한편,
   상기 보조축(120)의 끝단에는 그 보조축(120)과 연결되어 피동기어(110)를 구동기어(60)에 인위적으로 기어물림 되게 하거나 기어물림이 해제되도록 보조축(120)을 일정구간 왕복 운동 되도록 하는 기어 물림 수단(150)이 구성되되, 상기 기어 물림 수단(150)은 보조축(120)이 일정구간 왕복 운동 될 수 있도록 센서에 의해 작동되는 볼스크류 작동 방식 및 실린더 작동방식, 또는 스프링과 줄을 이용한 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 다중 발전기장치를 갖는 풍력발전기.
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