KR101834922B1 - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 지면으로부터 상향 설치되는 지주; 상기 지주의 상부에 설치되되, 요잉용 날개에 작용하는 풍력에 의해 요잉이 가능하도록 제1 베어링 수단을 통해 상기 지주에 설치되며, 내부에 구동계통을 구비한 상부 하우징; 상기 상부 하우징의 적어도 일측에 설치되며, 복수의 블레이드가 풍력을 받아 회전하여 상기 구동계통에 회전력을 전달하도록 구성된 블레이드부; 상기 상부 하우징보다 지면에 인접하여 설치되며, 중공관 형태의 수직 케이싱을 통해 상기 상부 하우징과 결합되어 상기 상부 하우징의 요잉 시 함께 요잉이 이뤄지도록 구성된 하부 하우징; 및 상기 하부 하우징 내에 설치되며, 상기 수직 케이싱 내에 설치된 수직 구동축을 통해 상기 구동계통과 연결되어, 상기 블레이드부의 회전력을 구동계통을 통해 전달받아 발전하는 발전기;를 포함하여 구성된 풍력발전장치가 개시된다.

Description

풍력발전장치 {Apparatus for wind power generation}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 블레이드가 설치된 상부 하우징이 풍향에 의해 요잉(yawing)이 가능하도록 구성되며, 블레이드로부터 회전력을 전달받는 발전기를 지상에 인접한 하부 하우징에 설치하고, 하부 하우징이 상부 하우징과 함께 요잉이 이뤄지도록 구성됨으로써, 풍향 변화에 따른 발전장치의 요잉이 가능하면서도 발전기의 유지 보수의 편의를 도모하도록 구성된 풍력발전장치에 관한 것이다.

화석연료 또는 원자력을 이용한 발전설비는 높은 발전 효율에도 불구하고 환경 오염 및 자원 고갈의 단점을 갖고 있다.

이를 감안하여, 최근에는 환경 오염 및 자원 고갈의 우려가 없는 친환경 발전의 공급이 증가되는 추세이다. 친환경 발전에는 풍력, 수력, 태양광을 이용한 발전 등이 있다.

일예로, 풍력을 이용한 풍력발전장치는 풍력에 의해 회전하는 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 변환시켜 수요자에게 전기를 공급하는 발전기이다.

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

본 발명자는 대한민국 등록특허 제10-1346846호를 통해, 회전체가 하우징의 원통형 외주부에 하중이 지지된 상태로 회전가능하도록 구성됨에 따라 회전체의 회전력을 전달하는 회전축의 휨을 방지하고 직경을 최소화할 수 있고, 다수개의 블레이드가 설치됨에 따라 저풍속 환경에서도 효과적인 발전이 가능한 수평축 풍력발전장치를 제안한 바 있다.

그런데, 상기 종래기술을 포함한 다수의 풍력발전장치는 블레이드의 회전력을 받는 발전기를 블레이드가 설치되는 하우징 내에 설치하는 구조를 취하고 있으며, 하우징은 일반적으로 지면으로부터 높은 위치에 설치되므로, 발전기의 유지 보수의 편의성이 좋지 않다는 한계를 갖고 있었다.

한편, 수평축 블레이드를 갖는 풍력발전장치의 경우 풍향에 따라 발전 효율에 영향을 쉽게 받으므로, 풍향에 따라 블레이드의 방향을 전환시키는 요잉 기능을 구비하는 것이 바람직하다.

그러므로, 발전기의 유지 보수의 편의성과 발전장치의 요잉 기능의 제공을 함께 고려한 풍력발전장치의 개발이 요구되는 실정이었다.

대한민국 등록특허 제10-1346846호 (2013년12월24일 등록)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 블레이드가 설치된 상부 하우징이 풍향에 의해 요잉이 가능하도록 구성되며, 블레이드로부터 회전력을 전달받는 발전기를 지상에 인접한 하부 하우징에 설치하고, 하부 하우징이 상부 하우징과 함께 요잉이 이뤄지도록 구성됨으로써, 풍향 변화에 따른 발전장치의 요잉이 가능하면서도 발전기의 유지 보수의 편의를 도모하도록 구성된 풍력발전장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 지면으로부터 상향 설치되는 지주; 상기 지주의 상부에 설치되되, 요잉용 날개에 작용하는 풍력에 의해 요잉이 가능하도록 제1 베어링 수단을 통해 상기 지주에 설치되며, 내부에 구동계통을 구비한 상부 하우징; 상기 상부 하우징의 적어도 일측에 설치되며, 복수의 블레이드가 풍력을 받아 회전하여 상기 구동계통에 회전력을 전달하도록 구성된 블레이드부; 상기 상부 하우징보다 지면에 인접하여 설치되며, 중공관 형태의 수직 케이싱을 통해 상기 상부 하우징과 결합되어 상기 상부 하우징의 요잉 시 함께 요잉이 이뤄지도록 구성된 하부 하우징; 및 상기 하부 하우징 내에 설치되며, 상기 수직 케이싱 내에 설치된 수직 구동축을 통해 상기 구동계통과 연결되어, 상기 블레이드부의 회전력을 구동계통을 통해 전달받아 발전하는 발전기;를 포함하여 구성된 풍력발전장치가 개시된다.

바람직하게, 상기 블레이드부는 고정용 휠의 둘레를 따라 2 이상의 블레이드가 방사형으로 결합설치된 구성을 가지며, 상기 구동계통은 상기 고정용 휠의 중심에 구동축을 통해 연결된 차동장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 블레이드부는, 상기 고정용 휠과, 상기 고정용 휠의 둘레를 따라 방사형으로 설치되는 2 이상의 결합용 기저체와, 상기 각각의 결합용 기저체의 외측에 방사형으로 설치되는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 블레이드는 블레이드 기저부를 개재하여 결합용 기저체에 결합되며, 상기 블레이드 기저부는 상기 결합용 기저체 내부에 설치된 탄성부재에 의해 탄성력을 제공받는 상태로 자전이 가능하도록 구성되어, 상기 블레이드가 상기 탄성력보다 큰 풍력을 받는 경우 상기 블레이드 기저부의 자전에 의해 풍향에 대한 블레이드 각도가 변화되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고정용 휠은 차량용 휠이며, 상기 차동장치는 차량용 차동장치인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 수직 케이싱은 상기 지주의 내측에 위치하며, 롤러 수단을 통해 지주 내측에 회전 가능한 상태로 수평 방향의 지지가 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하부 하우징은 상기 지주의 내측 하부에 위치하며, 제2 베어링 수단을 통해 지면으로부터 이격되어 회전 가능한 상태로 지지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 수직 케이싱 및 상기 수직 구동축은 각각 중간에 스플라인 결합부를 구비하여, 길이 방향으로의 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 발전기를 지상에 인접한 하부 하우징에 설치하면서 하부 하우징이 상부 하우징과 함께 요잉이 이뤄지도록 구성됨으로써, 풍향 변화에 따른 발전장치의 요잉이 가능하면서도 발전기의 유지 보수의 편의를 도모하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 단면 모식도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 차동장치 계통의 단면 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 블레이드부 및 구동계통의 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 좌측 방향에서 바라본 모식도,
도 5는 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 풍력발전장치의 단면 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 구동축 및 수직 케이싱의 스플라인 결합부의 단면 모식도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 단면 모식도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 차동장치 계통의 단면 모식도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 블레이드부 및 구동계통의 모식도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 풍력발전장치의 좌측 방향에서 바라본 모식도이다.

본 실시예의 풍력발전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지주(100), 상부 하우징(200), 블레이드부(300), 구동계통(400), 발전기(500), 하부 하우징(600)을 포함하여 구성된다.

지주(100)는 지면으로부터 상향 설치되며, 일예로, 높이는 대략 24M 로 구성될 수 있다.

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.

상부 하우징(200)은 상기 지주(100)의 상부에 설치되되, 요잉용 날개(700)에 작용하는 풍력에 의해 요잉이 가능하도록 제1 베어링 수단(110)을 통해 상기 지주(100)에 설치된다.

일예로, 상기 상부 하우징(200)은 원통형의 몸체를 가지며 직경은 대략 2M, 길이는 대략 6M 로 구성될 수 있다. 상부 하우징(200)의 일측에는 도시된 형태로 요잉용 날개(700)가 설치되어 풍향에 따라 상부 하우징(200)의 방향을 변환할 수 있다. 후술하는 도 5의 실시예와 같이 블레이드부(1300)가 추가로 구비되는 경우, 추가로 구비된 블레이드부(1300)가 풍향에 따른 요잉 기능을 더욱 원활하게 이뤄지도록 기능할 수도 있다.

상부 하우징(200)은 내부에 구동계통(400)을 구비한다.

상기 구동계통(400)은 상기 블레이드부(300)의 회전력이 상기 발전기(500)의 구동원으로 입력될 수 있도록 전달한다.

예를 들어, 상기 구동계통(400)은 구동축(410), 차동장치(420), 수직 구동축(430)을 포함하여 구성된다. 일예로, 차동장치(420)의 중앙 출력축은 스플라인 기어(431)를 통해 수직 구동축(430)과 연결될 수 있다.

상기 구동축(410)은, 일단이 상기 블레이드부(300)의 외측회전부(354)의 중심부에 고정연결되고, 타단이 상기 상부 하우징(200)의 내부를 관통하도록 연장되어 상기 차동장치(420)에 연결된다.

한편, 상기 상부 하우징(200) 내에는 상기 구동축(410)을 감싸는 케이싱을 지지하는 지지브라켓(201)이 구비될 수 있으며, 상기 지지 브라켓(201)은 원판형, 빔형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

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

구체적으로, 상기 차동장치(420)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(200)의 내부에 회전가능하게 설치된 디퍼런셜케이스(421), 상기 디퍼런셜케이스(421) 내부에 구비되되 구동축(410)의 타단에 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, 구동축(410)이 회전하게 되면, 구동기어(423)가 회전하게 되고, 상기 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 수직 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.

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

이러한 구성을 통해, 상기 수직 구동축(430)의 회전력을 전달받은 발전기(500)가 발전을 하게 된다.

블레이드부(300)는 상기 상부 하우징(200)의 적어도 일측에 설치된다.

블레이드부(300)는 복수의 블레이드(310)가 풍력을 받아 회전하여 상기 구동계통(400)에 회전력을 전달하도록 구성된다.

상기 블레이드부(300)는 고정용 휠(350)의 둘레를 따라 2 이상의 블레이드(310)가 방사형으로 결합설치된 구성을 갖는다.

또한, 상기 고정용 휠(350)의 중심에 구동축(410)을 통해 상기 구동계통(400)의 차동장치(420)가 연결된다.

도 3을 참조하면, 상기 블레이드부(300)는, 상기 고정용 휠(350)과, 상기 고정용 휠(350)의 둘레를 따라 방사형으로 설치되는 2 이상의 결합용 기저체(312)와, 상기 각각의 결합용 기저체(312)의 외측에 방사형으로 설치되는 블레이드(310)를 포함한다.

보다 상세하게, 상기 블레이드(310)는 블레이드 기저부(314)를 개재하여 결합용 기저체(312)에 결합되며, 상기 블레이드 기저부(314)는 상기 결합용 기저체(312) 내부에 설치된 탄성부재(316)에 의해 탄성력을 제공받는 상태로 자전이 가능하도록 구성된다.

일예로, 블레이드 기저부(314)는 중간 결합 부재(319)를 개재하여 결합용 기저체(312)에 결합된다. 중간 결합 부재(319)는 중공형의 결합용 기저체(312) 내부에 길이 방향을 따라 설치된 회전용 중심축 부재(318)에 결합되어 자전 가능한 상태로 설치된다(A 또는 B 방향). 중간 결합 부재(319) 또는 회전용 중심 축부재(318)에는 탄성부재(316)인 코일 스프링의 일단이 고정 결합되고, 코일 스프링의 타단은 중공형의 결합용 기저체(312) 내부 일측 지점(317)에 고정 결합된다.

이러한 구성을 통해, 상기 블레이드(310)가 상기 탄성력보다 큰 풍력을 받는 경우 상기 블레이드 기저부(314)는 코일 스프링의 탄성력을 극복하고 자전에 의해 풍향에 대한 블레이드(310) 각도가 변화되도록 구성된다(예, B 방향). 이러한 상태는 풍력을 적게 받는 방향으로 상기 블레이드(310)가 자전하는 상태로 볼 수 있으며, 태풍이나 돌풍과 같이 과도한 풍력이 발생 시에 블레이드부가 받는 풍력을 감소시켜 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 외부의 풍력이 감소하여, 상기 블레이드(310)가 상기 탄성력보다 작은 풍력을 받는 경우 상기 블레이드 기저부(314)는 코일 스프링의 탄성력에 의해 복원되어 자전에 의해 풍향에 대한 블레이드(310) 각도가 다시 일반 사용 상태로 변화되도록 구성된다(예, A 방향).

한편, 본 실시예에서, 상기 고정용 휠(350)은 차량용 휠이 사용되고, 상기 차동장치(420)는 차량용 차동장치가 사용되는 것이 바람직하다. 차량용 휠은 일반 화물차량의 타이어 장착용 휠이 사용될 수 있으며, 차량용 차동장치는 일반 화물차량의 후륜용 차동장치가 사용될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 본 실시예의 발전장치는 발전장치용 휠 및 차동장치를 별도로 제작하지 않고도, 기존 차량의 휠 및 차동장치를 재활용하여 제작할 수 있다는 장점이 있다.

미설명된 부호 352는 고정용 휠 본체, 부호 356은 고정용 휠의 외측부, 부호 496, 498은 구동축(410) 및 고정용 휠 본체(352)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 부재, 부호 492,494는 차동장치 결합용 플랜지부를 각각 나타낸다.

하부 하우징(600)은 상기 상부 하우징(200)보다 지면에 인접하여 설치되며, 중공관 형태의 수직 케이싱(650)을 통해 상기 상부 하우징(200)과 결합되어 상기 상부 하우징(200)의 요잉 시 함께 요잉이 이뤄지도록 구성된다.

중공관 형태의 수직 케이싱(650)은 연결부재(180)를 통해 조립식으로 연결 설치될 수 있다.

상기 수직 케이싱(650)은 상기 지주(100)의 내측에 위치하며, 롤러 수단(124)을 통해 지주(100) 내측에 회전 가능한 상태로 수평 방향의 지지가 이뤄지게 된다. 롤러 수단(124)은 특정 구조로 제한되는 것은 아니며, 지주(100)의 내측에서 수직 케이싱(650)을 회전 가능한 상태로 수평 지지할 수 있으면 된다. 수직 케이싱(650)의 하부에 별도의 지지체(190)가 설치될 수도 있다.

발전기(500)는 상기 하부 하우징(600) 내에 설치되며, 상기 수직 케이싱(650) 내에 설치된 수직 구동축(430)을 통해 상기 구동계통(400)과 연결되어, 상기 블레이드부(300)의 회전력을 구동계통(400)을 통해 전달받아 발전한다. 이를 위해, 수직 케이싱(650) 내에는 수직 구동축(430)이 회전 가능한 상태로 지지되도록 하는 베어링 부재(170)를 구비할 수 있다.

이러한 구성을 통해, 본 실시예의 풍력발전장치는 발전기(500)를 지상에 인접한 하부 하우징(600)에 설치하면서 하부 하우징(600)이 상부 하우징(200)과 함께 일체로 요잉이 이뤄지도록 구성됨으로써, 풍향 변화에 따른 상부 및 하부 하우징(200,600)의 요잉이 일체로 이뤄지면서도 지면에 인접한 하부 하우징(600)에 발전기(500)를 설치하여 발전기의 유지 보수의 편의를 도모할 수 있다.

이를 위해, 하부 하우징(600)에는 발전기 유지 보수 작업을 위한 출입구(미도시)가 설치될 수 있다.

상기 하부 하우징(600)은 상기 지주(100)의 내측 하부에 위치하며, 제2 베어링 수단(120)을 통해 지면으로부터 이격되어 회전 가능한 상태로 지지된다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전장치의 차동장치(420)는 차량용 차동장치가 사용될 수 있으며, 2~5 TON 정도의 화물차량용 차동장치가 사용되는 경우 중소형 풍력발전장치를 구성할 수 있고, 20~30 TON 정도의 화물차량용 차동장치가 사용되는 경우 대형 풍력발전장치를 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 풍력발전장치의 단면 모식도이다.

블레이드부(300)는 상기 상부 하우징(200)의 양측에 설치될 수도 있다.

도 5를 참조할 때, 우측의 블레이드부(1300)도 좌측의 블레이드부(300)와 동일한 구성으로 설치될 수 있으며, 복수의 블레이드(1310)가 풍력을 받아 회전하여 상기 구동계통(400)에 회전력을 전달하도록 구성된다. 우측의 블레이드부(1300)와 좌측의 블레이드부(300)의 블레이드는 동일한 풍향에 대해 함께 회전이 가능하도록 블레이드 설치 방향이 설정된다.

일예로, 본 실시예의 경우, 상기 구동계통(400)에 2개의 차동장치(420)가 설치된다. 즉, 좌측의 차동장치(420)가 발전기(500)측으로 연결되고, 우측의 차동장치(420)는 일측으로부터는 블레이드부(1300)의 회전 구동 입력을 받고 타측으로는 좌측의 차동장치(420)의 우측 구동축(410)으로 동력을 입력하도록 축 연결된 상태로 구성된다.

좌측의 차동장치(420)는 양측의 구동축(410)을 통해 입력된 동력을 수직 케이싱(650) 내에 설치된 수직 구동축(430)을 통해 발전기(500)로 전달하여 발전이 이뤄지도록 한다. 차동장치(420)가 동력을 전달하므로, 좌측 및 우측 블레이드부(300,1300)의 회전 속도에 차이가 발생하더라도 발전기로의 동력 전달이 가능하다.

이러한 구성을 취하는 경우, 일측 블레이드부만 사용하는 경우에 비해 더욱 양호한 발전 효율을 얻을 수 있다.

미설명된 부호 1201은 우측의 차동장치(420)를 위한 지지 브라켓을 나타낸다.

차동장치(420)로부터 발전기(500)측으로 연결되는 구동계통에는 필요에 따라 증속기 또는 감속기, 축 방향 변환을 위한 베벨기어 등이 구비될 수도 있으며, 이러한 구성은 공지의 구동계통을 통해 당업자가 이해할 수 있는 것이므로 상세 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 구동축 및 수직 케이싱의 스플라인 결합부의 단면 모식도로서, (a)는 수직 구동축, (b)는 수직 케이싱을 각각 나타낸다.

바람직하게, 본 실시예의 풍력발전장치의 상기 수직 케이싱(650) 및 상기 수직 구동축(430)은 각각 중간에 스플라인 결합부를 구비하여, 길이 방향으로의 변형이 가능하도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전장치의 하부 하우징(600)은 상기 상부 하우징(200)보다 지면에 인접하여 설치되며, 중공관 형태의 수직 케이싱(650)을 통해 상기 상부 하우징(200)과 일체로 결합되어 상기 상부 하우징(200)의 요잉 시 함께 요잉이 이뤄지도록 구성된다.

또한, 상기 하부 하우징(600)은 상기 지주(100)의 내측 하부에 위치하며, 제2 베어링 수단(120)을 통해 지면으로부터 이격되어 회전 가능한 상태로 지지된다.

풍력에 의한 발전 및/또는 요잉 과정에서 상기 수직 케이싱(650) 및 상기 수직 구동축(430)은 상부 하우징(200) 및 하부 하우징(600) 사이에서 길이 방향을 따라 인장 또는 압축력을 받을 수 있다.

이 경우, 상기 수직 케이싱(650) 및 상기 수직 구동축(430)의 각각의 중간에 스플라인 결합부를 구비하여, 길이 방향으로의 변형이 가능하도록 구성되면, 과도한 인장 또는 압축력에 의한 변형 및 파손을 방지하면서도, 동력 전달 및 요잉에 의한 회전은 원활하게 이뤄질 수 있게 된다.

일예로, 수직 구동축(430)은 상부 수직 구동축(430a)과 하부 수직 구동축(430b)으로 분할 구성되고, 상부 수직 구동축(430a)의 하단부에 외측 스플라인부(431)를 구성하고, 하부 수직 구동축(430b)의 상단부가 외측 스플라인부(431) 내로 삽입되어 스플라인 결합부를 이루도록 구성될 수 있다.

미설명 부호 431a은 스플라인 홈이며, 부호 430c는 스플라인 홈(431a)에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하도록 결합되는 스플라인 돌기이다.

또한, 중공관 형태의 수직 케이싱(650)은 상부 수직 케이싱(650a)과 하부 수직 케이싱(650b)으로 분할 구성되고, 상부 수직 케이싱(650a)의 하단부에 상술한 연결부재(180)로서 외측 스플라인부를 구성하고, 하부 수직 케이싱(650b)의 상단부가 연결부재(180) 내로 삽입되어 스플라인 결합부를 이루도록 구성될 수 있다.

미설명 부호 180a는 스플라인 홈이며, 부호 650c는 스플라인 홈(180a)에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하도록 결합되는 스플라인 돌기이다.

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
110: 제1 베어링 수단
120: 제2 베어링 수단
124: 롤러 수단
200: 상부 하우징
300: 블레이드부
310: 블레이드
350: 고정용 휠
400: 구동계통
410: 구동축
430: 수직 구동축
500: 발전기
600: 하부 하우징
650: 수직 케이싱
700: 요잉용 날개

Claims (8)

1. 지면으로부터 상향 설치되는 지주;
   상기 지주의 상부에 설치되되, 요잉용 날개에 작용하는 풍력에 의해 요잉이 가능하도록 제1 베어링 수단을 통해 상기 지주에 설치되며, 내부에 구동계통을 구비한 상부 하우징;
   상기 상부 하우징의 적어도 일측에 설치되며, 복수의 블레이드가 풍력을 받아 회전하여 상기 구동계통에 회전력을 전달하도록 구성된 블레이드부;
   상기 상부 하우징보다 지면에 인접하여 설치되며, 중공관 형태의 수직 케이싱을 통해 상기 상부 하우징과 결합되어 상기 상부 하우징의 요잉 시 함께 일체로 요잉이 이뤄지도록 구성되고, 상기 지주의 내측 하부에 위치하며, 제2 베어링 수단을 통해 지면으로부터 이격되어 회전 가능한 상태로 지지되는 하부 하우징; 및
   상기 하부 하우징 내에 설치되며, 상기 수직 케이싱 내에 설치된 수직 구동축을 통해 상기 구동계통과 연결되어, 상기 블레이드부의 회전력을 구동계통을 통해 전달받아 발전하는 발전기;를 포함하며,
   상기 수직 케이싱 및 상기 수직 구동축은 각각 중간에 스플라인 결합부를 구비하여, 길이 방향으로의 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드부는 고정용 휠의 둘레를 따라 2 이상의 블레이드가 방사형으로 결합설치된 구성을 가지며,
   상기 구동계통은 상기 고정용 휠의 중심에 구동축을 통해 연결된 차동장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 블레이드부는,
   상기 고정용 휠과,
   상기 고정용 휠의 둘레를 따라 방사형으로 설치되는 2 이상의 결합용 기저체와,
   상기 각각의 결합용 기저체의 외측에 방사형으로 설치되는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 블레이드는 블레이드 기저부를 개재하여 결합용 기저체에 결합되며,
   상기 블레이드 기저부는 상기 결합용 기저체 내부에 설치된 탄성부재에 의해 탄성력을 제공받는 상태로 자전이 가능하도록 구성되어,
   상기 블레이드가 상기 탄성력보다 큰 풍력을 받는 경우 상기 블레이드 기저부의 자전에 의해 풍향에 대한 블레이드 각도가 변화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 고정용 휠은 차량용 휠이며, 상기 차동장치는 차량용 차동장치인 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 수직 케이싱은 상기 지주의 내측에 위치하며, 롤러 수단을 통해 지주 내측에 회전 가능한 상태로 수평 방향의 지지가 이뤄지는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
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