KR101936326B1

KR101936326B1 - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR101936326B1
Application number: KR1020180028843A
Authority: KR
Inventors: 김주영; 김일배
Original assignee: 한국전력기술 주식회사
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-01-08

Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것이다. 이러한 풍력 발전 장치는, 수직으로 배치되는 타워; 상기 타워에 결합되며, 풍력에 의해 회전하는 제1 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제1 풍력발전기; 및 상기 제1 풍력발전기를 타워의 외주 방향으로 회전시키는 회전모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 발전 장치{A Wind Generator}

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히 바람의 방향에 따라 블레이드의 위치를 가변시켜 효과적으로 풍력 발전을 수행하고, 복수의 풍력 발전기를 구비할 때 각 풍력 발전기의 블레이드가 서로 간섭되지 않으면서 풍력 발전을 할 수 있도록 한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

전통적인 풍력타워시스템은 하나의 타워에 하나의 풍력발전기를 구비한다. 상기 풍력발전기는 발전기와 요잉시스템 등을 포함하는 넛셀과, 상기 넛셀에 결합되는 블레이드를 포함한다. 상기 종래 방식은 하나의 타워에 하나의 블레이드만을 사용하므로 풍력 발전 용량에 큰 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 복수의 풍력발전기를 구비하는 타워시스템이 개발되었다. 도1 및 도2는 복수의 풍력발전기를 구비하는 예를 도시한 것이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 복수의 풍력발전기를 구비하는 풍력타워시스템은, 타워(1), 연결암(2), 및 복수의 풍력발전기(3)를 포함한다.

상기 연결암(2)은 상기 타워(1)로부터 양쪽으로 대칭적으로 연장되고, 풍력발전기(3)는 상기 연결암(2)의 양단부에 각각 결합된다. 이러한 종래 풍력타워시스템은, 도1에 도시된 바와 같이 연결암(2)에 대하여 수직하게 불어오는 바람에 대하여, 양측의 풍력발전기(3)를 모두 가동할 수 있으므로, 풍력 발전 효과를 현저히 향상시킨다.

그러나, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 연결암(2)에 대하여 비스듬이 바람이 불어오는 경우, 좌측에 배치된 풍력발전기(3)는 요잉시스템에 의하여 바람이 불어오는 방향으로 회전하여 효과적으로 발전을 수행할 수 있다. 그러나, 우측에 배치된 풍력발전기(3)는 비스듬이 불어오는 방향에 대하여 회전하면 연결암(2)과 간섭이 발생하기 때문에, 바람의 방향으로 회전할 수 없다. 따라서, 우측에 배치된 풍력발전기(3)에 의한 발전이 효과적으로 수행되지 못한다.

도3은, 바람이 도2와는 다른 방향으로 비스듬이 불어오는 경우를 도시한 것이다. 도3의 경우, 우측에 배치된 풍력발전기(3)는 바람의 방향에 따라 회전하여 효과적인 발전을 수행하지만, 좌측에 배치된 풍력발전기(3)는 연결암(2)과의 간섭때문에 회전하지 못한다. 따라서, 좌측에 배치된 풍력발전기(3)에 의한 발전은 효과적으로 수행되지 못하는 단점이 있다.

한국등록특허공보 제10-1747672호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 바람의 방향에 따라 블레이드의 위치를 가변시켜 효과적으로 풍력 발전을 수행하고, 복수의 풍력 발전기를 구비할 때 각 풍력 발전기의 블레이드가 서로 간섭되지 않으면서 풍향에 무관하게 풍력 발전을 할 수 있도록 한 풍력 발전 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 장치는, 수직으로 배치되는 타워; 상기 타워에 결합되며, 풍력에 의해 회전하는 제1 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제1 풍력발전기; 및 상기 제1 풍력발전기를 타워의 외주 방향으로 회전시키는 회전모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전모듈은, 상기 제1 풍력발전기를 지지하는 지지부; 상기 제1 풍력발전기가 안착되는 안착부; 및 상기 안착부를 상기 타워의 외주 방향으로 회전시키는 구동부;를 포함하는 것을 바람직하다.

여기서, 상기 지지부는 상기 안착부를 가이드하는 가이드레일을 포함하고, 상기 구동부는, 상기 가이드레일을 따라 회전하는 바퀴와, 상기 바퀴를 회전시키는 회전축과, 상기 회전축에 동력을 제공하는 모터를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 풍력발전기의 전복을 방지하는 전복방지장치를 포함하며, 상기 전복방지장치는 상기 안착부의 저면으로부터 상기 지지부를 향하여 돌출되는 가이드바와, 상기 가이드바가 삽입되도록 상기 지지부에 형성되는 삽입홈을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전모듈은, 상기 제1 풍력발전기를 지지하며, 상기 타워에 회전 가능하게 결합되는 지지부; 상기 제1 풍력발전기가 안착되는 안착부; 및 상기 지지부를 풍향에 따라서 상기 타워의 외주 방향으로 회전시키는 구동부;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 지지부는 상기 안착부를 가이드하는 가이드레일을 포함하고, 상기 구동부는, 상기 안착부의 하측으로 연장되는 브라켓에 결합되는 제1 전자석과, 상기 제1 전자석과 마주하여 상기 가이드레일에 배치되는 제2 전자석을 포함하여서, 상기 제1,2 전자석에 전류가 인가되어 발생되는 자기력에 의해 상기 안착부가 자기 부상 방식으로 이동되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 안착부는 하측으로 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 마주하여 마련되는 상기 브라켓이 형성하는 이격홈에 삽입되는 것이 바람직하다.

또한, 풍력에 의해 회전하는 제2 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제2 풍력발전기가 상기 타워의 상측에 마련되고, 상기 제1 풍력발전기는 상기 제2 풍력발전기의 하측에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 풍력발전기 또는 상기 제2 풍력발전기는 풍향에 따라 소정의 각도범위 내에서 회전 가능한 것이 바람직하다.

또한, 수직 방향으로 세워지는 복수의 제3 블레이드가 상기 타워의 둘레에 각각 배치되어 전력을 생산하는 제3 풍력발전기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 풍력발전기를 상기 타워에 설치하기 위한 거치대를 포함하며, 상기 거치대는, 상하방향으로 배치되어 상기 제3 블레이드를 지지하는 수직프레임; 상기 수직프레임의 상단부와 상기 타워를 연결하는 상부지지프레임; 및 상기 수직프레임의 하단부와 상기 타워를 연결하는 하부지지프레임;을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따른 풍력 발전 장치는, 수직으로 배치되는 타워; 상기 타워의 상측에 결합되고, 풍력에 의해 전력을 생산하는 상부풍력발전기; 상기 상부풍력발전기의 하부에서 상기 타워에 결합되고, 수직 방향으로 세워지는 복수의 수직블레이드가 상기 타워의 둘레에 각각 배치되어 전력을 생산하는 하부풍력발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부풍력발전기를 상기 타워에 설치하기 위한 거치대를 포함하며, 상기 거치대는, 상하방향으로 배치되어 상기 수직블레이지를 각각 지지하는 수직프레임; 상기 수직프레임의 상단부와 상기 타워를 연결하는 상부지지프레임; 및 상기 수직프레임의 하단부와 상기 타워를 연결하는 하부지지프레임;을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 바람의 방향에 따라 블레이드의 위치를 타워의 외주 방향으로 회전시키면서 가변시킬 수 있으므로, 풍향에 무관하게 효과적으로 풍력 발전을 수행하는 효과를 제공한다.

복수의 풍력 발전기를 구비할 때 각 풍력 발전기의 블레이드가 서로 간섭되지 않으면서 풍향에 무관하게 발전을 할 수 있도록 한다.

도1은 종래 풍력타워시스템의 예를 도시한 도면,
도2 및 도3은 도1의 풍력발전기가 바람의 방향에 따라 위치 변경되는 모습을 도시한 도면,
도4는 본 발명 일 측면에 따른 풍력 발전 장치의 사시도,
도5는 도4의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도6은 도4의 구동부의 다른 예를 도시한 도면,
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략도,
도8은 제1 풍력발전기의 각도가 변경되는 모습을 도시한 도면,
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략도,
도10 내지 도12는 도9의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도13은 도9의 구동부의 다른 예를 도시한 도면,
도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 적용된 거치대를 보여주는 도면,
도15는 도14의 개략적 평면도,
도16은 본 발명의 다른 측면에 따른 풍력 발전 장치의 개략도,
도17은 도16의 A-A 선 단면도,
도18은 도16에 채용된 거치대를 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명 일 측면에 따른 풍력 발전 장치의 사시도이고, 도5는 도4의 요부를 발췌하여 도시한 도면이며, 도6은 도4의 구동부의 다른 예를 도시한 도면이다. 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략도이고, 도8은 제1 풍력발전기의 각도가 변경되는 모습을 도시한 도면이다. 도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략도이고, 도10 내지 도12는 도9의 요부를 발췌하여 도시한 도면이며, 도13은 도9의 구동부의 다른 예를 도시한 도면이다. 도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 적용된 거치대를 보여주는 도면이고, 도15는 도14의 개략적 평면도이다.

먼저 도4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치는, 타워(10), 제1 풍력발전기(20), 및 회전모듈(30)을 포함한다.

상기 타워(10)는 풍력발전기를 지지하기 위한 것으로 수직으로 설치된다. 본 실시예에서 상기 타워(10)는 기둥 형태로서, 외주면은 라운드지게 형성된다.

상기 제1 풍력발전기(20)는, 풍력에 의해 전력을 생산하기 위해서 마련되며, 상기 타워(10)에 결합된다. 상기 제1 풍력발전기(20)는 제1 블레이드(21)와 제1 넛셀(22)을 포함한다.

상기 제1 블레이드(21)는 풍력에 의해 회전한다. 상기 제1 블레이드(21)는 제1 넛셀(22)에 결합된다. 상기 제1 넛셀(22)은 내부에 발전기, 풍향센서, 요잉시스템, 등이 장착된다. 상기 발전기는 상기 제1 블레이드(21)의 회전에 의해 전력을 생산한다. 상기 풍향센서는 불어오는 바람의 방향을 센싱한다. 상기 요잉시스템은 풍향 변경시 상기 제1 블레이드(21)가 바람의 방향에 대향하여 배치될 수 있도록 상기 제1 넛셀(22)을 회동시키는 시스템이다. 제1 넛셀(22) 내부에 장착되는 상기 여러 구성품은 공지된 것에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

도4 및 도5를 참조하면, 상기 회전모듈(30)은 상기 제1 풍력발전기(20)를 상기 타워(10)의 외주 방향으로 회전시키기 위해서 마련된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전모듈(30)은 지지부(31), 안착부(32), 및 구동부(33)를 포함한다.

상기 지지부(31)는 상기 제1 풍력발전기(20)를 지지한다. 상기 지지부(31)는 후술하는 안착부(32)를 가이드하기 위한 가이드레일(311)을 포함한다. 상기 가이드레일(311)을 내측레일(311a)과 외측레일(311b)을 포함하며, 상기 내외측레일(311a,311b)는 동축적으로 일정하게 이격되어 원형으로 형성된다.

상기 안착부(32)는 상기 제1 풍력발전기(20)를 안착시키기 위해서 마련된다. 상기 안착부(32)의 상부에 상기 제1 넛셀(22)이 결합되는 넛셀결합부(321)가 마련되고, 상기 안착부(32)의 하방으로 후술하는 구동부(33)가 마련된다.

상기 구동부(33)는 상기 제1 풍력발전기(20)가 상기 안착부(32)에 안착된 상태에서, 상기 안착부(32)를 상기 타워(10)의 외주 방향으로 회전시키기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 구동부(33)는 모터(331), 회전축(332), 및 바퀴(333)를 포함한다.

상기 모터(331)는, 상기 풍향센서에 의해 감지되는 풍향에 따라서 상기 제1 넛셀(22)을 상기 타워(10)의 외주방향으로 회동시킬 필요가 있는 경우, 안착부(32)를 회동시키는 동력을 제공한다. 상기 모터(331)의 동작은 제어부(미도시)에 의해 제어된다.

상기 회전축(332)은 상기 모터(331)로부터 동력을 전달받아서, 상기 바퀴(333)를 회전시키기 위해서 결합된다. 도4에 따르면, 상기 모터(331)는 바퀴(333)에 인접하여 2 개가 도시되어 있으나, 그 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 바퀴(333)는 상기 회전축(332)에 의해 동력을 전달받아, 상기 가이드레일(311)을 따라서 상기 타워(10)의 외주 방향으로 회전 가능하게 마련된다. 상기 바퀴(333)는 외주 방향으로 상기 가이드레일(311)이 삽입되는 가이드홈(334)이 형성된다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1 풍력발전기(20)의 전복을 방지하기 위해서, 전복방지방치(40)를 구비한다. 상기 전복방지장치(40)는 가이드바(41)와 삽입홈(42)을 포함한다.

상기 가이드바(41)는 상기 안착부(32)의 저면으로부터 상기 지지부(31)을 향하여 돌출된다. 상기 가이드바(41)는 상기 안착부(32)로부터 연장되며, 대략적으로 "ㅗ"형상으로 이루어진다.

상기 삽입홈(42)은 상기 가이드바(41)의 단부 형상에 대응하는 형상으로 지지부(31)에 형성된다. 상기 가이드바(41)는 상기 삽입홈(42)에 삽입되어, 상기 안착부(32)의 전복을 방지한다.

상기 가이드레일(311)은 상기 바퀴(333)에 형성된 가이드홈(334)에 삽입되고, 상기 전복방지장치(40)는 상기 안착부(32)에 결합되는 가이드바(41)가 지지부(31)에 형성된 삽입홈(42)에 삽입된 상태로 안내하므로, 상기 제1 풍력발전기(20)의 전복을 방지한다.

상기 제1 실시예에 채용된 상기 회전모듈(30)은 다음과 같은 형태로 이루어질 수 있다(제2 실시예). 상기 제2 실시예는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 타워(10), 제1 풍력발전기(20), 및 회전모듈(30)을 포함한다. 상기 타워(10) 및 상기 제1 풍력발전기(20)의 구성은 상술한 제1 실시예와 동일하다. 이하 회전모듈(30)에 대하여 상세히 설명한다.

도6을 참조하면, 상기 회전모듈(30)은 지지부(31'), 안착부(32'), 구동부(33')를 포함한다.

상기 지지부(31')는 상기 제1 풍력발전기(20)를 지지한다. 상기 지지부(31')는 상기 안착부(32')를 가이드하기 위한 가이드레일(311')을 포함한다.

상기 안착부(32')는 상기 제1 풍력발전기(20)를 안착시키기 위해서 마련된다. 상기 안착부(32')의 상부에 상기 제1 넛셀(22)이 결합되는 넛셀결합부(321')가 마련된다.

상기 구동부(33')는 상기 제1 풍력발전기(20)가 상기 안착부(32')에 안착된 상태에서, 상기 안착부(32')를 상기 타워(10)의 외주 방향으로 회전시키기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 구동부(33')는 제1 전자석(111)과 제2 전자석(112)을 포함하여 자기 부상 방식으로 구동한다.

상기 제1 전자석(111)은 상기 안착부(32')의 하측으로부터 연장되는 브라켓(120)에 결합되고, 상기 제2 전자석(112)는 상기 가이드레일(311')의 상측에 배치되는 상기 제1 전자석(111)과 마주하여 배치된다. 구동부(33')는 상기 제1,2 전자석(111,112)에 전류가 인가되어 발생되는 자기력에 의해 상기 안착부(32')를 이동시키며, 이와 같은 안착부(32')를 자기 부상 방식으로 이동시키는 구성은 공지된 바에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

상기 안착부(32')의 하측으로는 돌출되는 돌출부(130)는 상기 브라켓(120)이 서로 이격되어 형성하는 이격홈(140)에 삽입되어, 상기 안착부(32')가 전복되지 않고 안정적으로 슬라이딩될 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예(제3 실시예)에 따른 풍력 발전 장치는, 상기 회전모듈(30)이 상기 제1 실시예와 상이하다. 상기 회전모듈(30)은 지지부(61), 안착부(62) 및 구동부(63)를 포함한다.

상기 지지부(61)는 상기 제1 풍력발전기(20)를 지지하고, 상기 타워(10)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 지지부(61)는 상기 타워(10)에 결합되는 결합부(611)와 상기 결합부(611)로부터 돌출되어 연장되는 연장부(612)를 포함한다.

상기 안착부(62)는 상기 제1 풍력발전기(20)를 안착시키기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 안착부(62)는 상기 연장부(612)에 마련되고, 상기 제1 넛셀(22)이 상기 안착부(62)에 안착된다.

상기 제1 풍력발전기(20)는 상기 안착부(62)에 안착된 상태에서 도8에 도시된 바와 같이 소정의 각도 범위 내에서 회전한다. 상기 소정의 각도 범위로 상기 제1 풍력발전기(20)를 회동시키는 요잉시스템은 공지의 것을 사용하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

상기 구동부(63)는 상기 지지부(61)를 풍향에 따라서 상기 타워(10)의 외주 방향으로 회전시키기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 도10 및 도11에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(63)는 모터(631), 제1 기어부(632), 및 제2 기어부(633)를 포함한다.

상기 모터(631)는 바람의 방향에 따라 제1 풍력발전기(20)의 제1 넛셀(22)의 자세를 상기 타워(10)의 외주방향으로 회동시킬 필요가 있는 경우, 지지부(61)를 회동시키는 동력을 제공한다. 상기 모터(631)의 동작은 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 상기 모터(631)의 회전축(634)은 상기 지지부(61)에 회동 가능하게 결합된다. 본 실시예에 따르면, 도12에 도시된 바와 같이, 상기 모터(631)는 상기 타원(10)의 중심을 원의 중심으로 하는 가상원 상에 복수 개가 배치된다.

상기 제1 기어부(632)는 상기 모터(631)로부터 회전력을 전달받아 회전한다. 상기 제1 기어부(632)는 상기 제2 기어부(633)와 맞물린다. 상기 제2 기어부(633)은 상기 타워(10)에 고정되며, 상기 제1 기어부(632)의 기어와 맞물리는 기어가 외주면에 형성된다.

상기 제어부에 의해 모터(631)가 동작하면 상기 모터(631)의 회전축(634)이 회전하고, 상기 제1 기어부(632)가 상기 제2 기어부(633)에 맞물려 있으므로, 상기 모터(631)가 상기 제2 기어부(633)의 외주면을 따라 회전한다. 결과적으로 상기 지지부(61)가 타워(10)의 외측에서 회전하게 된다.

상기 제3 실시예에 채용된 상기 회전모듈(30)은 다음과 같은 형태로 이루어질 수 있다(제4 실시예). 상기 제4 실시예는, 상기 제3 실시예와 마찬가지로, 타워(10), 제1 풍력발전기(20), 및 회전모듈(30)을 포함한다. 상기 타워(10) 및 상기 제1 풍력발전기(20)의 구성은 상술한 제3 실시예와 동일하다. 이하 회전모듈(30)에 대하여 상세히 설명한다.

도13를 참조하면, 상기 회전모듈(30)은 지지부(61'), 안착부(62'), 구동부(63')를 포함한다. 상기 지지부(61')와 상기 안착부(62')의 구성은 상기 제3 실시예의 지지부(61) 및 안착부(62)와 동일하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시예에 있어서, 상기 구동부(63')는 제1 전자석(111')과 제2 전자석(112')을 포함하여 자기 부상 방식으로 구동한다.

상기 제1 전자석(111')은 상기 지지부(61')의 내부에 마련되는 브라켓(120')에 결합된다. 상기 브라켓(120')은 내주면에 홈(121)이 형성된다. 상기 제2 전자석(112')는 상기 홈(112)의 상측에 배치되는 상기 제1 전자석(111')과 마주하여 배치된다. 상기 제2 전자석(112')은 타워(10)의 둘레에 결합되는 원형레일(150)의 가장자리 상측에 결합된다. 상기 원형레일(150)의 가장자리는 상기 홈(121)에 삽입된다.

상기 구동부(63')는 상기 제1,2 전자석(111',112')에 전류가 인가되어 발생되는 자기력에 의해 상기 지지부(61')를 회전시키며, 이와 같이 지지부(61')를 자기 부상 방식으로 이동시키는 구성은 공지된 바에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 또 다른 실시예(제5 실시예)에 따른 풍력 발전 장치는, 상술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치에 제2 풍력발전기(50)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 타워(10)의 중간 측에는 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치가 마련되고, 상기 타워(10)의 상측에는 제2 풍력발전기(50)가 마련될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 제2 풍력발전기(50)는 풍력에 의해 회전하는 제2 블레이드(51)에 의해 전력을 생산한다. 상기 제2 풍력발전기(50)는 상기 타워(10)의 상측에 마련된다. 따라서, 상기 제1 풍력발전기(20)는 상기 제2 풍력발전기(50)의 하측에 마련된다.

본 실시예에 있어서, 상기 제2 풍력발전기(50)는 상기 타워(10)의 최상측에 배치되고, 제2 블레이드(51)와 제2 넛셀(52)을 포함한다. 상기 제2 블레이드(51)와 상기 제2 넛셀(52)의 구성 자체는 상기 제1 풍력발전기(20)와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 풍력발전기(20) 또는 상기 제2 풍력발전기(50)는 풍향에 따라 소정의 각도 범위 내에서 회전 가능하게 이루어진다. 물론, 상기 제1 풍력발전기(20)와 상기 제2 풍력발전기(50)가 모두 소정의 각도 범위 내에서 회전 가능하게 이루어질 수 있다.

상기 제1 넛셀(22) 또는 제2 넛셀(52)는 바람의 방향에 대향하는 방향으로 제1 블레이드(21) 또는 제2 블레이드(51)를 위치시키는 요잉시스템을 구비하고, 상기 요잉시스템은 공지의 구성에 의해 이루어질 수 있다.

도8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 넛셀(22) 또는 제2 넛셀(52)은 0°≤ θ ≤ 30° 또는 0°≤ θ ≤ 60°의 범위로 자체 회전 가능하게 구현될 수 있다. 상기 소정의 각도 범위는 시공 현장 환경에 따라 변경될 수 있다. 도8은 제1 풍력발전기(20)가 각도 변경되는 경우를 도시하였으나 제2 풍력발전기(50)도 자체 요잉 시스템에 의해 회전 가능하게 구현될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는, 상측에 제2 풍력발전기(50)가 마련되고, 그 하측으로 타워(10)를 중심으로 회전하는 제1 풍력발전기(20)가 마련된다. 상기 제2 풍력발전기(50)의 제2 블레이드(51)와 상기 제1 풍력발전기(20)의 제1 블레이드(21)는 회전시 서로 간섭하지 않으며, 바람의 방향에 무관하게 전력을 생산할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예(제6 실시예)에 따른 풍력 발전 장치는, 상기 제1 실시예 내지 제4 실시예의 풍력 발전 장치에 제3 풍력발전기(70)를 더 포함하는 형태일 수 있다.

도14를 참조하면, 상기 제3 풍력발전기(70)는 수직 방향으로 세워지는 복수의 제3 블레이드(71)에 의해 전력을 생산한다. 상기 제3 블레이드(71)는 상기 타워(10)의 둘레에 각각 배치된다. 본 실시예에서, 상기 제3 블레이드(71)는 일정 간격으로 이격되어 상기 타워(10)의 주위에 배치된다. 도15에는 상기 제3 풍력발전기(70)가 2개 구비되나, 개수는 이에 한정되지 않는다.

도14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 풍력 발전 장치는, 상기 제3 풍력발전기(70)를 상기 타워(10)에 설치하기 위한 거치대(80)를 포함한다. 상기 거치대(80)는 수직프레임(81), 상부지지프레임(82) 및 하부지지프레임(83)을 포함한다.

상기 수직프레임(81)은 상하방향으로 배치되어 상기 제3 블레이드(71)를 지지한다. 상기 수직프레임(81)은 상기 제3 블레이드(71)의 중심에 결합된다. 상기 수직프레임(81)은 상기 제3 블레이드(71)가 회전하는 회전축의 기능을 수행한다.

상기 상부지지프레임(82)은, 상기 수직프레임(81)의 상단부와 상기 타워(10)을 연결한다. 상기 상부지지프레임(82)의 일단부는 상기 타워(10)에 볼팅으로 결합되고, 타단부는 상기 수직프레임(81)과 볼팅으로 결합된다.

상기 하부지지프레임(83)은, 상기 수직프레임(81)의 하단부와 상기 타워(10)를 연결한다. 상기 하부지지프레임(83)는 상기 상부지지프레임(82)과 마찬가지로, 일단부는 상기 타워(10)에 볼팅으로 결합되고, 타단부는 상기 수직프레임(81)과 볼팅으로 결합된다.

본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는, 상기 제1 풍력발전기(20)와 상기 제3 풍력발전기(30)가 함께 설치되는 형태로서, 상기 제1 풍력발전기(20)의 제1 블레이드(21)와 상기 제3 풍력발전기(70)의 제3 블레이드(71)는 회전시 서로 간섭되지 않으면서, 바람의 방향에 무관하여 전력을 생산할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 풍력 발전 장치는, 타워(10), 상부풍력발전기(90), 및 하부풍력발전기(100)를 포함한다.

상기 상부풍력발전기(90)는, 풍력에 의해 전력을 생산하기 위해서 마련되며, 상기 타워(10)의 상측에 결합된다. 상기 상부풍력발전기(90)는 블레이드(91)와 넛셀(92)을 포함한다. 상기 블레이드(91)와 넛셀(92)의 구성 및 작용은 상술한 제1,2 풍력발전기와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 따라서, 넛셀(92)의 내부에는 상기 블레이드(91)의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전기, 풍향센서, 및 요잉시스템 등이 마련된다.

상기 하부풍력발전기(100)는, 상기 상부풍력발전기(90)의 하부에서 상기 타워(10)에 결합된다. 상기 하부풍력발전기(100)는 수직 방향으로 세워지는 복수의 수직블레이드(101)가 상기 타워(10)의 둘레에 각각 배치되어 전력을 생산한다.

본 실시예에서, 도17에 도시된 바와 같이, 상기 수직블레이드(101)는 일정 간격으로 이격되어 상기 타워(10)의 주위에 배치된다. 도17에 의하면, 상기 하부풍력발전기(100)는 상측 및 하측에 각각 상기 수직블레이드(101)가 일정 간격으로 마련된다. 물론, 상기 하부풍력발전기(100)의 상기 수직블레이드(101)는 다른 형태로 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 하부풍력발전기(100)는 상기 제3 풍력발전기(70)와 실질적으로 동일하게 이루어질 수 있다.

본 실시예에 풍력 발전 장치는, 상기 하부풍력발전기(100)를 상기 타워(10)에 설치하기 위한 거치대(80')를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 거치대(80')는 상기 제3 풍력발전기(70)를 설치하기 위한 상기 거치대(80)와 실질적으로 동일하게 이루어질 수 있다.

도18에 도시된 바와 같이, 상기 거치대(80')는 수직프레임(81'), 상부지지프레임(82') 및 하부지지프레임(83')을 포함한다.

상기 수직프레임(81')은 상하방향으로 배치되어 상기 수직블레이드(101)를 지지한다. 상기 수직프레임(81')은 상기 수직블레이드(101)의 중심에 결합된다. 상기 수직프레임(81')은 상기 수직블레이드(101)가 회전하는 회전축의 기능을 수행한다.

상기 상부지지프레임(82')은, 상기 수직프레임(81')의 상단부와 상기 타워(10)을 연결한다. 상기 상부지지프레임(82')의 일단부는 상기 타워(10)에 결합되고, 타단부는 상기 수직프레임(81')과 결합된다.

상기 하부지지프레임(83')은, 상기 수직프레임(81')의 하단부와 상기 타워(10)를 연결한다. 상기 하부지지프레임(83')는 상기 상부지지프레임(82')과 마찬가지로, 일단부는 상기 타워(10)에 결합되고, 타단부는 상기 수직프레임(81')과 결합된다.

본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는, 타워(10)에 상부풍력발전기(90)와 하부풍력발전기(100)가 함께 설치되는 형태로서, 상부풍력발전기(90)는 자체 요잉시스템을 이용하여 풍향에 따라 발전을 수행하고, 상기 하부풍력발전기(100)는 타워(10)의 둘레 방향을 따라서 수직블레이드(101)가 배치되므로, 풍향에 무관하여 전력을 생산할 수 있게 된다.

이처럼, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치는, 풍향에 무관하게 발전을 수행할 수 있도록 하여 발전 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 한 개의 타워에 여러 개의 풍력발전기를 설치하는 경우, 동일 지역에 설치되는 풍력발전기의 개수를 증가시킴으로써 발전 효율이 향상된다. 즉 풍력발전기가 설치되는 단위 면적당 발전 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 풍향에 무관하에 발전을 수행하게 되므로, 발전 효율은 더욱 향상되는 효과를 제공하게 된다.

뿐만 아니라 동일 면적에 다수의 풍력발전기를 설치함으로써 풍력 발전기 설치에 따른 환경 영향을 축소할 수 있다.

또한, 회전모듈을 구비하는 풍력 발전 장치는, 기존에 이미 설치되어 있는 타워형 풍력 발전 장치에 부가하여 설치함으로써, 풍력 발전 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 아울러, 기존에 상용화되어 보급되는 풍력발전기의 구조 변경을 최소화하면서 추가적인 풍력발전기를 부가할 수 있는 효과를 제공한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 타워 20... 제1 풍력발전기
21... 제1 블레이드 22... 제1 넛셀
30... 회전모듈 31,31',61,61'... 지지부
311,311'... 가이드레일 311a... 내측레일
311b... 외측레일 32,32',62,62'... 안착부
321,321'... 넛셀결합부 33,33',63... 구동부
331,631... 모터 332... 회전축
333... 바퀴 334... 가이드홈
40... 전복방지장치 41... 가이드바
42... 삽입홈 50... 제2 풍력발전기
51... 제2 블레이드 52... 제2 넛셀
611... 결합부 612... 연장부
632... 제1 기어부 633... 제2 기어부
634... 회전축 70... 제3 풍력발전기
71... 제3 블레이드 80,80'... 거치대
81,81'... 수직프레임 82,82'... 상부지지프레임
83,83'... 하부지지프레임 90... 상부풍력발전기
91... 블레이드 92... 넛셀
100... 하부풍력발전기 101... 수직블레이드
111,111'... 제1 전자석 112,112'... 제2 전자석
120, 120'... 브라켓 121...홈
130... 돌출부 140... 이격홈
150... 원형레일

Claims

수직으로 배치되는 타워;
상기 타워에 결합되며, 풍력에 의해 회전하는 제1 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제1 풍력발전기; 및
상기 제1 풍력발전기를 타워의 외주 방향으로 회전시키는 회전모듈;을 포함하고,
상기 회전모듈은,
상기 제1 풍력발전기를 지지하는 지지부;
상기 제1 풍력발전기가 안착되는 안착부; 및
상기 안착부를 상기 타워의 외주 방향으로 회전시키는 구동부;를 포함하며,
상기 제1 풍력발전기의 전복을 방지하는 전복방지장치를 포함하며,
상기 전복방지장치는 상기 안착부의 저면으로부터 상기 지지부를 향하여 돌출되는 가이드바와, 상기 가이드바가 삽입되도록 상기 지지부에 형성되는 삽입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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제1항에 있어서,
상기 지지부는 상기 안착부를 가이드하는 가이드레일을 포함하고,
상기 구동부는, 상기 가이드레일을 따라 회전하는 바퀴와, 상기 바퀴를 회전시키는 회전축과, 상기 회전축에 동력을 제공하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
삭제
수직으로 배치되는 타워;
상기 타워에 결합되며, 풍력에 의해 회전하는 제1 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제1 풍력발전기; 및
상기 제1 풍력발전기를 타워의 외주 방향으로 회전시키는 회전모듈;을 포함하고,
상기 회전모듈은,
상기 제1 풍력발전기를 지지하며, 상기 타워에 회전 가능하게 결합되는 지지부;
상기 제1 풍력발전기가 안착되는 안착부; 및
상기 지지부를 풍향에 따라서 상기 타워의 외주 방향으로 회전시키는 구동부;를 포함하고,
상기 지지부는 상기 안착부를 가이드하는 가이드레일을 포함하고,
상기 구동부는, 상기 안착부의 하측으로 연장되는 브라켓에 결합되는 제1 전자석과, 상기 제1 전자석과 마주하여 상기 가이드레일에 배치되는 제2 전자석을 포함하여서, 상기 제1,2 전자석에 전류가 인가되어 발생되는 자기력에 의해 상기 안착부가 자기 부상 방식으로 이동되며,
상기 안착부는 하측으로 돌출되는 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는 마주하여 마련되는 상기 브라켓이 형성하는 이격홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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제1항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
풍력에 의해 회전하는 제2 블레이드에 의해 전력을 생산하는 제2 풍력발전기가 상기 타워의 상측에 마련되고,
상기 제1 풍력발전기는 상기 제2 풍력발전기의 하측에 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 풍력발전기 또는 상기 제2 풍력발전기는 풍향에 따라 소정의 각도범위 내에서 회전 가능한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
수직 방향으로 세워지는 복수의 제3 블레이드가 상기 타워의 둘레에 각각 배치되어 전력을 생산하는 제3 풍력발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제10항에 있어서,
상기 제3 풍력발전기를 상기 타워에 설치하기 위한 거치대를 포함하며,
상기 거치대는,
상하방향으로 배치되어 상기 제3 블레이드를 지지하는 수직프레임;
상기 수직프레임의 상단부와 상기 타워를 연결하는 상부지지프레임; 및
상기 수직프레임의 하단부와 상기 타워를 연결하는 하부지지프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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