KR101562384B1 - 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치 - Google Patents

방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101562384B1
KR101562384B1 KR1020140175801A KR20140175801A KR101562384B1 KR 101562384 B1 KR101562384 B1 KR 101562384B1 KR 1020140175801 A KR1020140175801 A KR 1020140175801A KR 20140175801 A KR20140175801 A KR 20140175801A KR 101562384 B1 KR101562384 B1 KR 101562384B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wind
generator
nacelle
brake
wing
Prior art date
Application number
KR1020140175801A
Other languages
English (en)
Inventor
허이희파
Original Assignee
허이희파
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허이희파 filed Critical 허이희파
Priority to KR1020140175801A priority Critical patent/KR101562384B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101562384B1 publication Critical patent/KR101562384B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로, 나셀부의 전, 후방측 단부에 브레이크가 각각 설치되어 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상의 바람이 불 경우, 전, 후방날개의 회전을 개별적 또는 동시에 강제적으로 감속 또는 정지시킬 수 있으며, 요잉바디에 방향타를 설치하되, 좌, 우 45°의 각도범위 내에서 자유로운 전환이 가능하여 저풍속의 바람에도 바람의 방향에 따라 나셀부가 자유롭고 신속한 요잉이 가능함과 동시에 후방에서 부는 바람의 방향에 따라 나셀부의 방향 및 위치 설정을 변환하여 나셀부가 바람의 방향과 동일하도록 요잉시키며, 이로 인해 발전효율을 향상시킬 수 있는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 특징은, 상호 독립되게 반대방향으로 회전하되, 전, 후방허브에 결합되는 전방날개 및 후방날개의 회전력으로 발전하는 전방발전기 및 후방발전기를 나셀부의 내부 전, 후방에 설치하고, 타워의 상부에 결합된 요잉바디의 요잉축 상부에 나셀부가 회전가능하게 설치되는 풍력발전장치에 있어서, 나셀부의 전, 후방측에 전, 후방날개의 회전을 감소시킴과 동시에 정지시키기 위한 전, 후방 브레이크가 각각 구비되되, 전, 후방 브레이크는 개별 또는 일체로 동작되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치{A rudder and brake with wind power generator}
본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상호 독립되게 반대방향으로 회전되는 전, 후방날개에 브레이크를 각각 설치하여 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상일 경우, 전, 후방날개의 회전을 강제적으로 감속 또는 정지시켜 전, 후방날개가 파손 및 손상되는 것을 방지하고, 요잉바디에 방향타를 설치하여 저풍속의 바람에도 바람의 방향에 따라 프리요잉이 용이함과 동시에 후방에서 부는 바람에 따라 나셀부를 회전시켜 바람의 방향과 동일하도록 설정하며, 발전효율을 향상시킬 수 있는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치에 관한 것이다.
최근 들어, 여러 가지 국제적인 상황으로 인한 유가의 불안정, 기후변화 협약 및 온실가스 배출협약 등의 각종 규제로 인해 신재생 에너지의 중요성이 재인식되면서 보다 효과적이고 효율적인 신재생 에너지의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
여기서, 신재생 에너지란, 재생이 가능한 에너지(Renewable Energy)를 의미하는 것으로서, 태양열, 태양광, 풍력, 조력 및 지열 등의 자연 상태에서 만들어진 에너지를 일컫는 말이다.
이러한 신재생 에너지의 기술적 범위는 태양 에너지, 풍력 에너지, 수력발전 에너지 및 바이오 연료 에너지 등 그 범위가 매우 넓으며, 기후 변화 문제의 심화와 화석 연료의 고갈 등으로 인해 신재생 에너지의 중요성과 비중이 점차적으로 높아지고 있는 실정이다.
이렇게 신재생 에너지 중 프로펠러(Propeller) 또는 블레이드(Blade) 등의 회전체를 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전장치(Wind power generator)의 경우, 오염 물질을 배출하지 않는 청정 에너지를 제공함과 동시에 친환경적인 에너지를 제공할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 등의 장점으로 인해 최근 들어 풍력발전장치가 재조명되고 있는 실정이나, 항상 일정한 세기 이상의 바람이 지속적 또는 연속적으로 발생되는 위치 및 장소에만 건설할 수 있다는 등 풍력발전장치를 건설하기 위한 입지 조석 및 장소가 한정되어 있다는 등 국내의 지리적 여건에 적합하지 않다는 문제점이 있었다.
한편, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허 제 10-1087078호에 "프리요잉 및 강제요잉이 겸비된 저풍속 고효율 풍력발전장치"가 개시되어 있다.
여기서, 프리요잉 및 강제요잉이 겸비된 저풍속 고효율 풍력발전장치는, 메인바디의 전, 후단에 바람에 대하여 서로 반대방향으로 회전하는 앞날개와 뒷날개를 축결합하고, 메인바디의 내부에는 상기 앞날개를 통해 전달되는 회전력으로 회전하는 영구자석과 상기 뒷날개를 통해 전달되는 회전력으로 영구자석에 대해 반대방향으로 회전하는 코일체가 설치되며, 메인바디의 후단에 조향날개가 설치되고, 상기 메인바디는 일정높이의 타워기둥에 설치되는 것을 포함하는 풍력발전기에 있어서, 상기 타워기둥의 상단에 메인바디와 연결되는 타워결합부를 설치하고, 상기 타워결합부의 내부에 메인바디를 회전시키는 바디회전축을 베어링으로 결합하되, 바디회전축의 상단이 메인바디의 내부로 돌출되도록 하고, 상기 메인바디 내부로 돌출된 바디회전축의 외주연에 워엄기어를 베어링으로 결합하고, 상기 워엄기어에 워엄을 연결하며, 상기 워엄을 감속모터의 축에 축지시켜 감속모터의 정, 역구동에 의해 워엄기어가 바디회전축에 독립적으로 정방향 또는 역방향으로 회전하도록 구성하며, 워엄기어의 상부에 워엄기어의 회전력을 선택적으로 바디회전축에 전달하는 마그네트 클러치를 설치하는 구성으로 이루어진다.
상술한 바와 같은 종래기술은, 서로 상반된 방향으로 회전하는 앞, 뒤날개의 회전력으로 영구자석 및 코일체가 상호 반대방향으로 회전하면서 높은 발전효율을 제공하는 풍력발전장치를 구현하고, 감지풍속이 미리 설정된 3~10m/sec의 풍속으로 바람이 불 때에는 풍력발전장치가 바람의 방향에 따라 자유회전하면서 바람을 정면으로 맞이하고(프리요잉), 감지풍속이 12m/sec~18m/sec의 풍속으로 바람이 불 때에는 감속모터의 동력을 이용하여 풍력발전장치를 강제회전시켜 풍력발전장치가 바람을 비스듬히 맞이하도록 하는 저풍속 고효율의 풍력발전장치를 제공하며, 풍력발전장치를 프리요잉 또는 강제요잉시키는 수단인 마그네트클러치와 워엄기어를 메인바디 내부에 내장시켜 제품의 설치가 용이한 구성으로 이루어진다.
이렇게, 상호 반대방향으로 회전되는 전, 후방날개의 상반된 회전역에 의해 영구자석과 코일체가 상호 반대방향으로 회전되어 높은 발전 효율을 얻을 수 있으며, 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상일 경우, 감속모터 등을 이용해 나셀부를 강제로 회전시켜 바람을 비스듬히 맞이하도록 하여 전, 후방날개가 빠르게 회전되어 파손 및 손상되는 것을 방지함과 동시에 풍력발전장치의 파손을 방지하는 구성으로 이루어진다.
또한, 대한민국 등록특허 제 10-1424512호에 "풍력발전장치"가 개시되어 있으며, 상기 풍력발전장치는, 서로 독립되게 반대방향으로 회전하는 전방날개와 후방날개의 회전력으로 발전하는 전방발전기와 후방발전기를 나셀부의 전, 후방에 설치하고, 타워의 상부에 결합된 요잉축의 상부에 나셀부를 회전가능하게 설치하는 것을 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 풍력발전장치의 무게중심으로부터 전방날개 측으로 편심되도록 요잉축을 나셀부의 저면부에 결합하고, 강풍에 의해 전방발전기와 후방발전기에서 생성되는 전력이 기준치 이상일 경우 후방발전기에 부하를 인가하여 후방날개가 정지되도록 제어하여 전방날개의 원심력에 의해 나셀부가 일방향으로 회전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서, 전방발전기 및 후방발전기에서 출력되는 전력이 기준치 이상일 경우, 풍력발전장치가 강풍 속에서 작동하는 것으로 판단하여 후방날개를 정지시키기 위한 제어신호를 출력하여 후방발전기를 정지시키는 구성으로 이루어진다.
상술한 바와 같은 풍력발전장치는 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상이거나, 발전기에서 출력되는 전력이 기준치 이상일 경우, 전, 후방날개를 강제 또는 임의로 회전시켜 전, 후방날개가 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상의 바람을 정면으로 맞지 않도록 하여 전, 후방날개의 파손 및 풍력발전장치의 파손을 방지하는 구성으로 이루어지거나, 후방발전기의 출력라인을 쇼트시키다가 점진적으로 쇼트시키는 빈도수를 늘려 후방날개를 서서히 정지시키는 구성으로 이루어지나, 태풍 등 너무 강한 풍속의 바람이 불 경우, 이 또한 전, 후방날개가 계속 회전되거나, 이로 인해 발전기에 기준치 이상의 전력이 생성되는 등 전, 후방날개 및 풍력발전장치가 파손 및 손상될 수 있다는 문제점이 있었다.
한편, 높은 발전 효율을 얻을 수 있고, 바람의 방향에 따라 자유회전하면서 바람을 정면으로 맞이하기 용이함과 동시에 저풍속의 바람에도 프리요잉이 용이하며, 발전효율을 향상시킬 수 있는 구조의 풍력발전장치가 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 나셀부의 전, 후방측 단부에 브레이크가 각각 설치되어 강한 풍속 또는 기설정된 감지풍속 이상의 바람이 불 경우, 전, 후방날개의 회전을 개별적 또는 동시에 강제적으로 감속 또는 정지시킬 수 있으며, 요잉바디에 방향타를 설치하되, 좌, 우 45°의 각도범위 내에서 자유로운 전환이 가능하여 저풍속의 바람에도 바람의 방향에 따라 나셀부가 자유롭고 신속한 요잉이 가능함과 동시에 후방에서 부는 바람의 방향에 따라 나셀부의 방향 및 위치 설정을 변환하는 방향키의 역할을 수행하여 나셀부가 바람의 방향과 동일하도록 요잉시키며, 이로 인해 발전효율을 향상시킬 수 있는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상호 독립되게 반대방향으로 회전하되, 전, 후방허브에 결합되는 전방날개 및 후방날개의 회전력으로 발전하는 전방발전기 및 후방발전기를 나셀부의 내부 전, 후방에 설치하고, 타워의 상부에 결합된 요잉바디의 요잉축 상부에 나셀부가 회전가능하게 설치되는 풍력발전장치에 있어서, 나셀부의 전, 후방측에 전, 후방날개의 회전을 감소시킴과 동시에 정지시키기 위한 전, 후방 브레이크가 각각 구비되되, 전, 후방 브레이크는 자석 브레이크로 이루어져 개별 또는 일체로 동작되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 전, 후방 브레이크는 플랜지형상으로 형성되되, 전, 후방날개를 회전시키는 회전축에 삽입결합되기 위하여 그 중심축에 홀이 관통형성되고, 컨트롤러에 제어가능하게 연결되되, 전, 후방발전기에서 생산되는 전기량이 발전기의 용량에 근접 또는 초과할 경우, 컨트롤러에서 공급되는 역방향 전류에 의해 역방향 토오크가 발생되는 회전체를 포함하는 구성으로 이루어진다.
한편, 요잉바디의 후방측 외주연에 방향타가 구비된다.
여기서, 방향타는 요잉바디의 외주연 일측에 연결되되, 판형상체로 형성되는 한 쌍의 연결편이 상호 대향되게 각각 구비되는 연결부재와, 연결부재의 연결편 사이에 개재되는 연결봉과 연결봉에 회전가능하게 연결되는 회전봉 및 회전봉에 연결되는 날개부재를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 한 쌍의 연결편의 타측 단부에 일정각도로 절곡형성되는 스토퍼가 일체로 연장형성되고, 스토퍼 사이에 날개부재의 일측 단부가 일정부분 삽입되게 위치되되, 스토퍼에 의해 날개부재의 회전이 일정각도로 한정된다.
바람직하게는, 스토퍼는 30° 내지 60°로 절곡형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 강한 풍속 또는 미리 설정된 감지풍속 이상의 바람이 불 경우, 전, 후방날개의 회전을 강제적으로 감속 또는 정지시킬 수 있으며, 이로 인해 전, 후방날개의 파손 및 손상을 방지함과 동시에 풍력발전장치의 파손을 방지할 수 있으며, 자석 브레이크로 이루어져 비접촉식으로 전, 후방날개의 회전속도를 용이하게 감속 및 정지시킬 수 있으며, 날개의 형상으로 형성되는 방향타가 방향키의 역할을 수행하여 후방에서 부는 바람에 따라 나셀부를 회전시켜 바람의 방향과 동일한 방향으로의 신속한 요잉이 가능할 뿐만 아니라, 저풍속의 바람에도 자유로운 요잉이 가능하고, 이로 인해 풍력발전장치의 발전효율을 향상시킬 수 있다는 등의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 풍력발전장치를 개략적으로 나타내는 측단면도,
도 2는 본 발명에 의한 풍력발전장치의 방향타의 동작과정을 개략적으로 나타내는 사시도.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 풍력발전장치를 개략적으로 나타내는 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 풍력발전장치의 방향타의 동작과정을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치(100)는 상호 독립되게 반대방향으로 회전하는 전, 후방날개(63, 73)와 상기 전방날개(63) 및 후방날개(73)의 회전력으로 발전하는 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)가 그 내부 전, 후방에 각각 설치되는 나셀부(5) 및 상기 나셀부(5)가 설치되는 요잉축(2)을 그 상부에 갖되, 상기 요잉축(2)의 상부에 나셀부(5)가 회전가능하게 설치되는 타워(1)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 풍력발전장치(100)는 전방날개(63) 및 후방날개(73)가 바람방향에 대하여 상호 반대방향으로 회전되고, 상기 전방날개(63) 및 후방날개(73)의 회전력을 이용하여 발전이 수행된다.
여기서, 상기 타워(1)의 상부에 구비되는 요잉축(2)의 상단에는 요잉베어링(3)에 의해 요잉바디(4)가 회전가능하게 결합되고, 상기 요잉바디(4)의 상부에 나셀부(5)가 결합된다.
한편, 상기 나셀부(5)는 그 내부 전, 후방에 전방발전기(6)와 후방발전기(7)를 설치하기 위하여 그 상부면에 나셀프레임(51)이 구비되되, 상기 요잉축(2)에 요잉베어링(3)으로 회전가능하게 결합되는 요잉바디(4)가 나셀프레임(51)의 저면부에 결합되고, 상기 나셀프레임(51)의 하측으로부터 끼워져 나셀프레임(51)의 측면부를 감싸도록 결합되는 나셀하부커버(52) 및 상기 나셀하부커버(52)의 상측으로 볼트결합에 의해 결합되는 나셀상부커버(53)를 포함하여 구성된다.
상기 나셀하부커버(52)의 하단부를 나셀프레임(51)의 측면부에 밀착시킨 상태에서 볼트(미도시)로 결합하여 나셀하부커버(52)를 나셀프레임(51)에 결합시키고, 상기 나셀하부커버(52)의 상단부 및 나셀상부커버(53)의 하단부가 상호 결쳐지도록 위치시킨 후 볼트 등의 체결부재로 결합된다.
여기서, 상기 나셀상부커버(53)의 상부에는 상부 꼬리날개(55)가 수직방향으로 직립된 상태로 결합되고, 상기 나셀프레임(51)의 비틀림을 방지하기 위하여 나셀앵글(54)이 나셀부(5)의 길이방향에 결합된다.
그리고, 상기 나셀상부커버(53)와 나셀하부커버(52)의 전, 후단에는 후설되는 전방발전기(6)와 후방발전기(7)의 전방회전축(61)과 후방회전축(71)이 외부로 인출되기 위한 반원형상의 축홀(미도시)이 형성된다.
한편, 상기 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)는 코일체(8)와 영구자석(9)으로 이루어지며, 전방회전축(61) 또는 후방회전축(71)과 함께 영구자석(9)이 회전되면서 코일체(8)에 전원이 유기되어 발전된다.
여기서, 상기 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)는 통상의 3상 영구자석 교류발전기가 적용되나, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 상기 전방회전축(61)의 종단과 후방회전축(71)의 종단에는 전방허브(62)와 후방허브(72)가 각각 형성되고, 상기 전방허브(62) 및 후방허브(72)에 전방날개(63) 및 후방날개(73)가 각각 결합된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전방날개(63) 및 후방날개(73)의 회전력이 상기 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)로 전달되면서 독립적으로 발전이 이루어진다.
여기서, 상기 나셀부(5)의 전, 후방측에 전방 브레이크(20a) 및 후방 브레이크(20b)가 각각 구비된다.
이로 인해, 강풍 또는 기준 설정치 이상의 강한 바람이 불 경우, 전방날개(63) 및 후방날개(73)의 회전을 임의로 또는 강제적으로 감속 및 정지시키기 위하여 상기 나셀부(5)의 전, 후방측에 전방 브레이크(20a) 및 후방 브레이크(20b)가 각각 구비된다.
이때, 상기 전, 후방 브레이크(20a, 20b)는 자석을 이용하여 역기전력을 발생시켜 전방날개(63) 및 후방날개(73)의 회전을 감속 및 정지시키는 자석 브레이크로서, 전, 후방날개(63, 73)의 회전에 의해 상호 반대방향으로 회전하는 영구자석(9) 및 코일체(8)에 역방향의 전류를 흐르게 함으로써 역방향 토오크를 발생시키는 구성으로 이루어진다.
이를 위하여, 상기 전, 후방 브레이크(20a, 20b)는 플랜지형상으로 형성되되, 전, 후방날개(63, 73)를 회전시키는 회전축에 삽입결합되기 위하여 그 중심축에 홀(23)이 관통형성되고, 전류의 공급 시 역방향 토오크가 발생되는 회전체(21)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 강한 풍속 또는 기준 설정치 이상의 강한 바람이 불거나, 전기의 생산량이 발전기의 용량에 근접 또는 초과할 경우, 회전체(21)에 역방향 전류를 공급하여 역방향 토오크를 발생시킴으로써 영구자석(9)의 회전을 감속 및 정지시킴과 동시에 전, 후방날개(63, 73)의 회전을 감속 및 정지시킨다.
이로 인해, 강풍 또는 기준치 설정 이상의 바람이 불 경우, 상기 나셀부(5)의 전방측에 구비되는 전방 브레이크(20a)의 자석 브레이크가 전방날개(63)의 회전만을 감속 및 정지시키거나, 상기 나셀부(5)의 후방측에 구비되는 후방 브레이크(20b)의 자석 브레이크가 후방날개(73)의 회전만을 감속 및 정지시키거나, 상기 나셀부(5)의 전, 후방측에 각각 구비되는 전, 후방 브레이크(20a, 20b)의 자석 브레이크가 전, 후방날개(63, 73)의 회전을 모두 감속 및 정지시킨다.
이때, 상기 전, 후방 브레이크(20a, 20b)는 컨트롤러(미도시)에 제어가능하게 연결되고, 상기 컨트롤러에서 강한 풍속 또는 기준 설정치 이상의 강한 바람이 불거나, 전기의 생산량이 발전기의 용량에 근접 또는 초과하는 것을 감지하고, 이를 통해 상기 전방발전기(6) 또는 후방발전기(7)에서 생산되는 전기의 생산량이 발전기의 용량에 근접되거나, 초과할 경우, 상기 전방발전기(6) 또는 후방발전기(7)에 연결되되, 나셀부(5)의 전방측 또는 후방측에 구비되는 전방 브레이크(20a) 또는 후방 브레이크(20b)를 동작시켜 전방날개(63) 또는 후방날개(73)의 회전을 감속 및 정지시키고, 상기 컨트롤러에 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)에서 생산되는 전기의 생산량이 발전기의 용량에 근접되거나, 초과할 경우, 상기 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)에 연결되되, 나셀부(5)의 전방측 및 후방측에 구비되는 전방 브레이크(20a) 및 후방 브레이크(20b)를 동작시켜 후방날개(73)의 회전을 감속 및 정지시킨다.
여기서, 상기 회전체(21)의 일측 또는 양 측면에 적어도 하나 이상의 자석(미도시)이 원주상으로 일정간격 이격되게 배열설치되어 상기 컨트롤러에서 전류의 공급 시 역방향 토오크가 발생되도록 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
한편, 상기 요잉바디(4)의 후방측 외주연에 날개의 형상으로 형성되는 방향타(30)가 구비된다.
여기서, 상기 방향타(30)는 요잉바디(4)의 외주연에 그 일측이 연결되되, 판형상체로 형성되는 한 쌍의 연결편(32a, 32b)이 상호 대향되게 각각 구비되는 연결부재(31)와 상기 연결부재(31)의 연결편(32a, 32b) 사이에 개재되는 연결봉(35)과 상기 연결봉(35)에 회전가능하게 연결되는 회전봉(37) 및 상기 회전봉(37)에 연결되는 날개부재(38)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 한 쌍의 연결편(32a, 32b)의 타측 단부에 일정각도로 절곡형성되는 스토퍼(33a, 33b)가 일체로 연장형성되고, 상기 스토퍼(33a, 33b) 사이에 날개부재(38)의 일측 단부가 일정부분 삽입되게 위치되며, 상기 각 스토퍼(33a, 33b)에 의해 날개부재(38)의 회전이 일정각도로 한정된다.
상기한 바와 같이, 상기 한 쌍의 연결편(32a, 32b)의 타측 단부에 일체로 절곡형성되는 각 스토퍼(33a, 33b)에 의하여 상기 회전날개의 회전 시 회전날개의 양 측면이 각 스토퍼(33a, 33b)의 내측면에 맞닿도록 이루어짐으로써 날개부재(38)의 회전이 일정각도 내에서 한정된다.
여기서, 상기 각 스토퍼(33a, 33b)의 타측 단부는 30° 내지 60°로 절곡형성된다.
이로 인해, 상기 날개부재(38)는 한 쌍의 연결편(32a, 32b)의 타측 단부에 일체로 절곡형성되는 각 스토퍼(33a, 33b)에 맞닿으면서 60° 내지 120°의 전체 회전각도 내에서만 회전된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 바람이 불 경우, 바람의 방향에 맞닿아 상기 날개부재(38)가 회전되고, 상기 날개부재(38)의 회전에 따라 날개부재(38)에 연결되는 회전봉(37)이 연결봉(35)을 중심으로 회전되는 등 상기 방향타(30)가 바람의 방향에 따라 시계 또는 반시계방향으로 일정각도 회전됨으로써 요잉축(2) 및 나셀부(5)가 자유롭고 신속하게 회전된다.
또한, 상기 나셀부(5)의 후방에서 바람이 불 경우, 바람의 방향에 따라 시계 또는 반시계방향으로 방향타(30)가 회전되어 나셀부(5)가 바람의 방향에 정면으로 맞이하도록 방향키의 역할을 수행하여 후방에서 부는 바람에 대한 나셀부(5)의 비틀림을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 각 스토퍼(33a, 33b)가 30° 내지 60°로 절곡형성되어 60° 내지 120°의 전체 회전각도를 갖도록 이루어져 있으나, 상기 각 스토퍼(33a, 33b)가 45°로 절곡형성되어 90°의 전체 회전각도를 이루어지는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
여기서, 상기 방향타(30)의 날개부재(38) 전방측 하부가 라운딩 또는 유선형의 형상으로 형성되고, 후방측 상부의 일부분이 절개된 형상으로 형성되어 있으나, 상기 날개부재(38)의 형상 및 형태는 다양하게 변경실시가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 날개부재(38)가 하나로 이루어져 있으나, 상기 날개부재(38)가 2개 이상의 다수개로 이루어져 바람의 방향에 따라 다양한 방향으로 회전되는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 상부 꼬리날개(55)가 나셀부(5)의 상부에 고정설치되어 있으나, 상기 상부 꼬리날개(55) 또한 시계 또는 반시계방향으로 회전하는 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
이때에도, 상기 상부 꼬리날개(55)는 방향타(30)와 동일하게 회전가능한 구조로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 방향타(30)가 요잉바디(4)에 구비되어 있으나, 전, 후방에서 부는 바람에 나셀부(5)의 회전을 용이하게 함과 동시에 방향키의 역할을 수행하기 용이하다면 상기 방향타(30)가 나셀부(5)의 하부에 구비되는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다.
이하, 본 발명에 의한 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치의 동작과정을 설명한다.
먼저, 바람이 정상적이 세기일 경우, 전방날개(63)와 후방날개(73)가 상호 반대방향으로 회전되고, 상기 전방날개(63)와 후방날개(73)의 회전력이 전방회전축(61)과 후방회전축(71)을 통하여 전방발전기(6)와 후방발전기(7)로 전달되면서 코일에 전기가 생성되어 발전한다.
상기한 바와 같이, 상기 전방날개(63)와 후방날개(73)가 상호 반대방향으로 회전 시 전방날개(63)에서 발생되는 원심력과 후방날개(73)에서 발생되는 원심력이 상호 상쇄되어 나셀부(5)가 바람방향에 따라 자유롭게 자동으로 요잉되면서 바람을 정면으로 맞이한다.
이렇게 상기 전방발전기(6)와 후방발전기(7)에서 전력이 출력되면 전방발전기 전력검출부(미도시)와 후방발전기 전력검출부(미도시)는 전방발전기(6) 및 후방발전기(7)에서 출력되는 전력을 검출하고, 검출된 전력을 컨트롤러에 출력한다.
상기 컨트롤러는 전방발전기(6) 또는 후방발전기(7)에서 출력되는 전력이 기준치 이상 또는 이하 여부를 판단하고, 기준치 이하일 경우, 상기 풍력발전장치(100)가 저풍속 또는 중풍속의 환경에서 안정적으로 작동하는 것으로 판단하여 대기상태를 유지하며, 상기 전방발전기(6) 또는 후방발전기(7)에서 출력되는 전력이 기준치 이상일 경우, 상기 풍력발전장치(100)가 강풍속의 환경에서 작동하는 것으로 판단하되, 상기 전방발전기(6)에서 출력되는 전력이 기준치의 상회 시 상기 컨트롤러가 나셀부(5)의 전방측에 구비되는 전방 브레이크(20a)에 역방향의 전류를 흐르게 함으로써 역방향 토오크를 발생시켜 전방날개(63)의 회전을 감속 및 정지시키거나, 상기 후방발전기(7)에서 출력되는 전력이 기준치의 상회 시 상기 컨트롤러가 나셀부(5)의 후방측에 구비되는 후방 브레이크(20b)에 역방향의 전류를 흐르게 함으로써 역방향 토오크를 발생시켜 후방날개(73)의 회전을 감속 및 정지시키거나, 상기 전방발전기(6) 및 후방발전기(7) 모두에서 출력되는 전력이 기준치의 상회 시 상기 컨트롤러가 나셀부(5)의 전, 후방측에 각각 구비되는 전방 브레이크(20a) 및 후방 브레이크(20b)에 역방향의 전류를 흐르게 함으로써 역방향 토오크를 발생시켜 전, 후방날개(63, 73)의 회전을 감속 및 정지시킨다.
한편, 상기 요잉바디(4)의 후방측 외주연에 구비되는 방향타(30)의 회전에 의해 요잉축(2) 및 나셀부(5)가 자유롭고 신속하게 회전됨과 동시에 후방에서 바람이 불 경우, 바람의 방향에 따라 방향타(30)가 회전되어 나셀부(5)가 바람의 방향에 정면으로 맞이하도록 방향키의 역할을 수행한다.
즉, 상기 한 쌍의 연결편(32a, 32b)의 타측 단부에 일체로 절곡형성되는 각 스토퍼(33a, 33b)에 의하여 날개부재(38)가 60° 내지 120°의 전체 회전각도 내에서 시계 또는 반시계방향으로 회전되어 요잉축(2) 및 나셀부(5)가 자유롭고 신속하게 회전됨과 동시에 후방에서 바람이 불면 방향타(30)가 방향키의 역할을 수행하여 나셀부(5)가 바람의 방향에 정면으로 맞이하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 스토퍼(33a, 33b)가 30° 내지 60°로 절곡형성되어 60° 내지 120°의 전체 회전각도를 갖도록 이루어져 있으나, 상기 각 스토퍼(33a, 33b)가 45°로 절곡형성되어 90°의 전체 회전각도를 갖도록 이루어져 전, 후방에서 부는 바람에 대하여 날개부재(38)가 90°의 전체 회전각도 내에서만 시계 또는 반시계방향으로 회전되도록 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1 : 타워, 2 : 요잉축,
3 : 요잉베어링, 4 : 요잉바디,
5 : 나셀부, 6 : 전방발전기,
7 : 후방발전기, 8 : 코일체,
9 : 영구자석, 20a : 전방 브레이크,
20b : 후방 브레이크, 21 : 회전체,
23 : 홀, 30 : 방향타,
31 : 연결부재, 32a, 32b : 연결편,
33a, 33b : 스토퍼, 35 : 연결봉,
37 : 회전봉, 38 : 날개부재,
51 : 나셀프레임, 52 : 나셀하부커버,
53 : 나셀상부커버, 54 : 나셀앵글,
55 : 상부 꼬리날개, 61 : 전방회전축,
62 : 전방허브, 63 : 전방날개,
71 : 후방회전축, 72 : 후방허브,
73 : 후방날개, 100 : 풍력발전장치.

Claims (6)

  1. 상호 독립되게 반대방향으로 회전하되, 전, 후방허브에 결합되는 전방날개 및 후방날개의 회전력으로 발전하는 전방발전기 및 후방발전기를 나셀부의 내부 전, 후방에 설치하고, 타워의 상부에 결합된 요잉바디의 요잉축 상부에 나셀부가 회전가능하게 설치되는 풍력발전장치에 있어서,
    상기 요잉바디의 후방측 외주연에 방향타가 구비되고, 상기 방향타는 요잉바디의 외주연 일측에 연결되되, 판형상체로 형성되는 한 쌍의 연결편이 상호 대향되게 각각 구비되는 연결부재와, 상기 연결부재의 연결편 사이에 개재되는 연결봉과, 상기 연결봉에 회전가능하게 연결되는 회전봉 및 상기 회전봉에 연결되는 날개부재를 포함하며, 상기 한 쌍의 연결편의 타측 단부에 일정각도로 절곡형성되는 스토퍼가 일체로 연장형성되고, 상기 스토퍼 사이에 날개부재의 일측 단부가 일정부분 삽입되게 위치되되, 상기 스토퍼에 의해 날개부재의 회전이 일정각도로 한정되어 바람의 방향에 따라 날개부재가 시계 또는 반시계방향으로 일정각도 회전되면서 후방에서 부는 바람의 방향을 나셀부가 정면으로 맞이하도록 이루어지며,
    상기 나셀부의 전, 후방측에 전, 후방날개의 회전을 감소시킴과 동시에 정지시키기 위한 전, 후방 브레이크가 각각 구비되되, 상기 전, 후방 브레이크는 자석 브레이크로 이루어져 개별 또는 일체로 동작되는 것을 특징으로 하는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전, 후방 브레이크는 플랜지형상으로 형성되되, 전, 후방날개를 회전시키는 회전축에 삽입결합되기 위하여 그 중심축에 홀이 관통형성되고, 컨트롤러에 제어가능하게 연결되되, 전, 후방발전기에서 생산되는 전기량이 발전기의 용량에 근접 또는 초과할 경우, 상기 컨트롤러에서 공급되는 역방향 전류에 의해 역방향 토오크가 발생되는 회전체를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스토퍼는 30° 내지 60°로 절곡형성되는 것을 특징으로 하는 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치.
KR1020140175801A 2014-12-09 2014-12-09 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치 KR101562384B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140175801A KR101562384B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140175801A KR101562384B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101562384B1 true KR101562384B1 (ko) 2015-10-22

Family

ID=54427045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140175801A KR101562384B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101562384B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107620669A (zh) * 2017-10-18 2018-01-23 曲阜师范大学 一种超导励磁电机风力磁悬浮调向装置
CN109672299A (zh) * 2019-01-19 2019-04-23 曲阜师范大学 风力磁悬浮飞轮辅助发电系统
CN111637014A (zh) * 2020-05-26 2020-09-08 杭州简弈科技有限公司 一种机械式自动调向风力发电装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107620669A (zh) * 2017-10-18 2018-01-23 曲阜师范大学 一种超导励磁电机风力磁悬浮调向装置
CN107620669B (zh) * 2017-10-18 2023-06-16 曲阜师范大学 一种超导励磁电机风力磁悬浮调向装置
CN109672299A (zh) * 2019-01-19 2019-04-23 曲阜师范大学 风力磁悬浮飞轮辅助发电系统
CN109672299B (zh) * 2019-01-19 2024-01-05 曲阜师范大学 风力磁悬浮飞轮辅助发电系统
CN111637014A (zh) * 2020-05-26 2020-09-08 杭州简弈科技有限公司 一种机械式自动调向风力发电装置
CN111637014B (zh) * 2020-05-26 2021-09-03 国电电力文登风力发电有限公司 一种机械式自动调向风力发电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120051913A1 (en) Vertical axis wind turbine system
CA2835398C (en) Horizontal multiple stages wind turbine
CN104131952B (zh) 一种垂直轴风力发电机
KR101562384B1 (ko) 방향타 및 브레이크가 구비되는 풍력발전장치
US20100167602A1 (en) Energy system and boat
KR20170000577A (ko) 양력 블레이드에 탈부착 항력 날개를 구비하는 수직축 풍력 터빈
CN202768275U (zh) 驱鸟型风力发电机
US10914282B2 (en) Multi-rotor, multi-axis wind turbine
WO2017200504A1 (en) Shaftless multi blade wind turbine
CN202732216U (zh) 风动迎角叶片水平轴风力机
CN202768240U (zh) 双段叶片风力发电机
KR101990381B1 (ko) 양력과 항력 보완식 수평축 풍력발전기
CN103883474A (zh) 可变容量小型风力发电装置及其方法
KR101642567B1 (ko) 풍량조절 방향키를 갖는 터보팬 및 이를 이용하는 풍력발전장치
CN114352479A (zh) 一种风热光能转换利用一体型变压器组合装置
KR101448540B1 (ko) 풍력발전기의 기동 및 제동 제어장치
CN202789317U (zh) 新型风力机
KR20120062051A (ko) 바람의 방향에 따라 날개의 각도가 조절되는 수직축형 풍력발전기
CN203248313U (zh) 一种新型的风力发电机
CN104405588B (zh) 轮式直驱风力发电机
KR20130000468A (ko) 보조블레이드를 갖는 풍력발전기
US20180355845A1 (en) Low friction vertical axis-horizontal blade wind turbine with high efficiency
CN115585091B (zh) 一种水平轴上下风向双风轮直驱风力发电机组
KR101418673B1 (ko) 루버유도형 풍력발전기
JP7304529B2 (ja) 風力発電機

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190709

Year of fee payment: 4

R401 Registration of restoration