KR102072329B1 - 수직축 풍력발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 적어도 하나 이상의 블레이드 및 허브를 포함하는 허브 어셈블리-; 상기 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트; 상기 허브 또는 메인샤프트에 조립되는 조향하우징; 상기 조향하우징에 조립되는 고정바디; 상기 메인샤프트에 조립되고 상기 고정바디에 조립 및 고정되는 발전기; 상기 발전기로부터 전력을 받는 전기장치; 및 상기 블레이드에 조립되고 상기 조향하우징의 가이드 홈의 유도를 받는 가이드 핀을 포함하고, 상기 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개와 블레이드 축을 포함하고, 상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되고, 상기 조향하우징은 하우징과 가이드 홈과 꼬리 날개로 구성되며, 상기 고정바디는 지면 또는 고정물체에 고정된다.
Description
본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드의 각도를 변화시키는 가이드 홈이 형성되어 있는 조향하우징이 꼬리 날개를 통해 바람에 마주보며 회전력을 갖는 구간에서의 블레이드는 회전력을 얻기 위하여 풍력을 많이 받는 방향으로 각을 형성하고, 그 외의 구간에서의 블레이드는 회전력에 방해가 적도록 풍력을 적게 받는 방향으로 각도를 변화시킴으로써, 계속적이고 안정적으로 풍력 발전의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
국내의 에너지 수급 여건은 총 1차 에너지 소비량 중 발전연료로 사용된 에너지 소비량은 '80년 20.6%, '90년 28.0%, '99년 30.0%로 꾸준한 증가세를 보이고 있고, 에너지의 전력화 또한 앞으로 2020년경에는 40% 이상, 2050년경에는 70% 이상으로 증가할 것으로 전망되고 있어 에너지 부문 중 전력수요는 급격히 증가할 것으로 보인다. 그러나 국내의 전력생산은 화석연료 및 원자력에 대한 의존도가 매우 높기 때문에 화석연료 및 원자력의 사용량이 증가할 수밖에 없는 실정이다. 그런데 화석연료 및 원자력에 의한 전력생산은 환경오염이라는 공통된 문제점을 가지고 있으므로 이들 연료의 사용증가는 환경보전을 고려한 에너지 이용이라는 세계적인 추세를 역행하는, 실로 크게 우려되는 점이 아닐 수 없다.
또한 화석연료는 매장이 지역적으로 편중되어 있고 매장량이 한정되어 있어 에너지의 안정적 공급문제와 가격폭등에 대한 불안감이 날로 커지고 있다. 또한 원자력 발전 역시 우라늄의 원료가공이나 재처리 문제 등과 함께 대형사고 발생가능성이 존재하므로 선진국에서는 신규 건설은 물론 기존의 원전시설도 폐쇄하는 등 이용비율을 확대하는데 한계점을 보이고 있다.
이와 같은 여러 가지 에너지 수급문제와 경제적 부담 속에서 환경오염을 최소화하면서도 에너지 수입의존도를 낮추고 에너지 관련 산업을 육성시킬 수 있는 대안으로서 다양한 에너지 절약사업 추진과 함께 자연에너지를 최대한 활용할 수 있는 대체에너지 기술개발과 이용확대에 대한 국가적인 관심은 날로 높아지고 있다.
특히, 대체에너지원 중에서 풍력발전은 지속적인 이용이 가능한 무공해 천연 에너지원으로써 국제적 환경규제에 대응할 수 있는 신 발전 기술로서 각광을 받고 있다. 화석연료에 의한 발전설비를 대체하여 풍력발전설비를 사용하였을 경우에는 1kWh당 이산화탄소(CO2) 970g, 아황산가스(SO2) 1.48g, 질소산화물(NOx) 0.73g, 분진 0.04g의 환경오염물질을 감소시킬 수 있으며, 대체에너지원 중에서 가장 경제성이 확보된 기술이다. 그러므로 풍력발전은 기존 발전원료에 의한 발전을 대체할 수 있는 가장 현실성 있는 대체에너지라 할 수 있다.
풍력발전기는 날개의 회전축이 지면에 대하여 수평으로 설치된 수평축 풍차와 날개의 회전축이 지면과 수직인 수직축 풍차로 크게 분류할 수 있다. 풍력발전기의 대부분은 수평축 풍력터빈 발전기 형태이며 현대의 대형 풍력발전기는 거대한 타워 위에 발전기와 기어박스 그리고 3개의 블레이드가 설치되는 것이 일반적인 형태이다. 현재 사용되는 대용량 풍력발전기의 타워높이는 60-90m 정도이며 블레이드 하나의 길이는 20~50m 정도이다. 최근에는 점차 풍력발전기가 커지는 추세이다.
블레이드 길이가 2배가 되면 블레이드가 바람을 받는 면적은 4배가 된다. 따라서 풍력발전기는 경제적으로 볼 때 가능한 블레이드를 크게 만드는 것이 효율적이나 블레이드가 크면 타워도 비례해서 높아져야 하므로 설치비용이 많아지고 설치하는 것도 힘들어진다. 수직축 풍력터빈 발전기는 비교적 간단하고 발전기 및 기어박스 등을 아래쪽에 설치 할 수 있어 관리가 용이하나 설치비용 대비 효율이 수평축 풍력터빈 발전기에 미치지 못하고 있어 상업적으로 크게 활용되지는 못하고 있다.
종래의 수직축 풍력발전기는 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 바람의 방향에 대한 제어가 되지 못해서 풍력의 손실이 커 발전 효율이 낮다.
(2) 풍력에 대한 회전력을 얻는 구간과 그 외의 구간에 블레이드 방향은 일정하게 회전하여 회전력을 얻는 효율이 낮다.
(3) 블레이드와 링크로드가 일체형으로 되어 있어 운반 및 설치와 제작이 어렵다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 블레이드의 각도를 변화시키는 가이드 홈이 형성되어 있는 조향하우징이 꼬리 날개를 통해 바람에 마주보며 회전력을 갖는 구간에서의 블레이드는 회전력을 얻기 위하여 풍력을 많이 받는 방향으로 각을 형성하고, 그 외이 구간에서의 블레이드는 회전력에 방해가 적도록 풍력을 적게 받는 방향으로 각을 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 풍속에 대응하는 회전력은 발전기에 전달되거나 또는 기어박스를 통하여 전달되며, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기가 되며, 변속기는 회전력으로 최상의 발전이 가능하도록 회전속도와 토오크를 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 회전력은 발전기 또는 기어박스로 클러치를 통하여 전달되며, 클러치는 바람의 풍속이 발전기 또는 기어박스 또는 전기장치들의 성능 이상으로 대응되는 경우에 이들의 부품들을 보호하기 위하여 회전력의 전달을 차단시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 블레이드는 바람의 풍력을 회전력으로 전환하기 위한 날개와 조향하우징의 가이드 홈에 의하여 각도가 변화되기 위한 축으로 구성되며, 블레이드의 날개가 블레이드의 축에 조립이 가능하게 하여 운반이나 설치 및 제작이 용이하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 조향하우징의 꼬리 날개를 조립이 가능하게 하여 운반이나 설치 및 제작이 용이하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 수직축 풍력발전기에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 바람의 방향을 제어하여, 전력 발생 효율이 높다.
(2) 블레이드의 회전력과 회전속도를 제어하여, 전력 발생 효율이 높다.
(3) 운반이나 설치 및 제작이 용이하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2의 정면도이다.
도 5는 도 2의 우측면도이다.
도 6은 도 2의 좌측면도이다.
도 7은 도 2의 정면에서의 중심부 단면도이다.
도 8은 도 2의 우측에서의 중심부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 회전력을 갖는 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 가이드 핀이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리에 메인샤프트가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디와 발전기가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀의 양방향을 제어하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 20은 도 19를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 21은 도 19를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다.
도 22는 도 19의 블레이드에 웨이트가 조립된 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다..
도 24는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드가 무게중심에 의한 작동 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 양력이 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 28은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 조향하우징을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 30은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 날개 조립식 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 31은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 풍력발전기의 블레이드의 날개와 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 34는 도 33의 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 35는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 36은 도 35의 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 37은 도 36의 연동 바가 조립된 부분을 확대한 도면이다.
도 38은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다.
도 39는 도 35 내지 도 37에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 1 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 40은 도 38에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 2 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2의 정면도이다.
도 5는 도 2의 우측면도이다.
도 6은 도 2의 좌측면도이다.
도 7은 도 2의 정면에서의 중심부 단면도이다.
도 8은 도 2의 우측에서의 중심부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 회전력을 갖는 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 가이드 핀이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리에 메인샤프트가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디와 발전기가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀의 양방향을 제어하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 20은 도 19를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 21은 도 19를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다.
도 22는 도 19의 블레이드에 웨이트가 조립된 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다..
도 24는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드가 무게중심에 의한 작동 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 양력이 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 28은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 조향하우징을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 30은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 날개 조립식 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 31은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 풍력발전기의 블레이드의 날개와 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 34는 도 33의 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 35는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 36은 도 35의 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 37은 도 36의 연동 바가 조립된 부분을 확대한 도면이다.
도 38은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다.
도 39는 도 35 내지 도 37에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 1 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 40은 도 38에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 2 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시 예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기는, 적어도 하나 이상의 블레이드 및 허브를 포함하는 허브 어셈블리; 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트; 허브 또는 메인샤프트에 조립되는 조향하우징; 조향하우징에 조립되는 고정바디; 메인샤프트에 조립되고 고정바디에 조립 및 고정되는 발전기; 발전기로부터 전력을 받는 전기장치; 및 블레이드에 조립되고 조향하우징의 가이드 홈의 유도를 받는 가이드 핀을 포함하고, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개와 블레이드 축을 포함하고, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되고, 조향하우징은 하우징과 가이드 홈과 꼬리 날개로 구성되며, 고정바디는 지면 또는 고정물체에 고정된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 조향하우징의 가이드 홈은 꼬리 날개에 의해 외부의 바람의 방향을 기준으로 일정하게 유지되며, 조향하우징의 가이드 홈은 블레이드가 회전력을 갖는 구간과 그 외의 구간으로 구분하여 가이드 핀을 유도하는 홈 형상이며, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 블레이드 날개가 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 제 1 각도가 되게 하여 회전력이 증대되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드 날개가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 제 2 각도가 되게 하여 회전력 상쇄가 적게 된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드 날개는 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고, 블레이드 축은 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이며, 블레이드 날개와 블레이드 축은 고정되며; 블레이드 축은 허브에 조립되어 블레이드 날개는 블레이드 축을 중심으로 하는 회전만 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 원주 선상으로 균등 또는 불규칙 균등하게 조립되고, 외부의 바람의 풍력에 의해 적어도 하나 이상의 블레이드로부터 발생되는 회전력들이 하나의 축인 메인샤프트로 전달되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 하우징은 허브 또는 메인샤프트가 회전이 가능하게 하고, 가이드 홈은 블레이드가 각도를 갖도록 유도하고, 꼬리 날개는 외부의 바람의 풍력에 의해 바람의 방향으로 유지시키며, 하우징과 가이드 홈과 꼬리 날개는 고정되며, 조향하우징은 고정바디에 조립되어 메인샤프트의 회전중심과 동일한 선상으로 회전만 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 전기장치는 발전기에서 생성된 전력을 변환하거나 정류하거나 저장하거나 외부로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 전기, 전자부품으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀의 양방향을 제어하여 유도하는 경우, 가이드 홈이 블레이드에 연결된 가이드 핀을 유도하여, 블레이드가 블레이드 축을 중심으로 자동적으로 각도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 부분적으로만 제어하여 유도하는 경우, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있는 제 1 각도가 되고 허브에 가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 1 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드에 웨이트가 조립되어 중력으로 인해 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 제 2 각도가 되고 허브에 논-가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 2 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 부분적으로만 제어하여 유도하는 경우, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있는 제 1 각도가 되고 허브에 가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 1 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드와 허브에 스프링이 각각 조립되어 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 제 2 각도가 되고 허브에 스프링의 작동을 제한하는 논-가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 2 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 스프링이 작동 한계 제한을 가지는 경우, 가이드 스토퍼와 논-가이드 스토퍼가 생략 되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 부분적으로만 제어하여 유도하는 경우, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있도록 제 1 각도가 되고 허브에 가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 1 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드 날개에 다운포스가 발생되거나 무게중심에 의해 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 제 2 각도가 되고 허브에 논-가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 2 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 블레이드 날개에 양력이 발생되어 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있는 제 1 각도가 되고 허브에 양력 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 1 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드 날개에 다운포스가 발생되거나 무게중심에 의해 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 제 2 각도가 되고 허브에 다운 스토퍼가 조립 및 고정되어 제 2 각도가 유지되는 경우, 조향하우징의 가이드 홈과 가이드 핀이 생략 되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드 날개가 블레이드 축에 조립 또는 분리가 되고, 꼬리 날개가 하우징에 조립 또는 분리가 되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 외부의 바람의 풍속에 따라 블레이드 날개의 크기 및 형상이 다르게 설정될 수 있다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드 날개의 형상은 외부의 바람의 풍력을 받으면서 블레이드 날개에 부딪힌 바람이 쉽게 벗어나지 못하도록 블레이드 날개의 면에 벽이 형성되어 블레이드 날개의 단면은 그릇 또는 반달모양 형태를 하며, 외부의 바람의 풍속에 의해 회전력을 갖는 구간에서는 그릇에 바람을 담는 형태가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 메인샤프트 및 발전기에 조립되어 회전력을 차단하거나 전달하는 클러치가 더 포함되되, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능의 한계치 이내인 경우에는 클러치는 발전기 또는 기어박스와 연결되고, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능의 한계치 초과인 경우에는 클러치는 차단되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 고정바디에 조립 및 고정되어 메인샤프트의 회전력을 입력받고, 발전기와 조립 및 고정되어 출력을 주는 기어박스가 더 포함되되, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기인 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 기어박스가 변속기인 경우, 변속기는 외부의 바람의 풍속에 따라 메인샤프트로 전달되는 회전력과 회전속도를 입력 받아 발전기가 전력 생산을 하는 경우, 회전력과 회전속도를 변동시켜 출력을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 고정바디에 조립 및 고정되고 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되는 브레이크장치를 더 포함되되, 브레이크장치는 회전력을 정지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 적어도 하나 이상의 추가의 블레이드 및 추가의 허브를 포함하는 추가의 허브 어셈블리; 허브 어셈블리와 추가의 허브 어셈블리가 서로 고정되어 일체로 회동가능 하게 하는 허브 커넥터; 추가의 허브 어셈블리와 또 다른 추가의 허브 어셈블리를 서로 고정되어 일체로 회동하게 하는 또 다른 허브 커넥터; 블레이드와 추가의 블레이드가 서로 연동되기 위해 각각 조립 및 고정된 연동링크; 및 연동링크를 서로 연동되게 하는 연동 바; 를 더 포함하고, 적어도 하나 이상의 추가의 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 추가의 블레이드 날개와 추가의 블레이드 축으로 구성되며, 블레이드에 대응하는 개수 이하로 구성되며, 적어도 하나 이상의 블레이드와 서로 대응되게 조립되며, 추가의 허브는 적어도 하나 이상의 추가의 블레이드가 조립되고, 적어도 하나 이상의 추가의 허브 어셈블리는 허브 어셈블리 상부에 메인샤프트의 회전 중심선상과 동일하게 회전이 되도록 조립되며, 연동 바는 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크를 서로 연동되게 하거나, 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 또 다른 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크를 서로 연동되도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 가이드 홈과 가이드 핀은 블레이드, 추가의 블레이드 및 또 다른 추가의 블레이드와 동시에 특정 각도를 형성한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 구조도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 3은 도 2의 평면도이다. 도 4는 도 2의 정면도이다. 도 5는 도 2의 우측면도이다. 도 6은 도 2의 좌측면도이다. 도 7은 도 2의 정면에서의 중심부 단면도이다. 도 8은 도 2의 우측에서의 중심부 단면도이다. 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 회전력을 갖는 구간을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 가이드 핀이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리를 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리에 메인샤프트가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 15는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징이 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 17은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리와 메인샤프트와 조향하우징과 고정바디와 발전기가 조립된 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 1 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 외부의 바람의 풍력을 받는 블레이드(10); 블레이드는 날개(11)와 축(12)으로 구성되며; 블레이드는 적어도 한 개 이상으로 구성되며; 블레이드 또는 블레이드들이 조립되는 허브(20); 블레이드 또는 블레이드들과 허브로 구성되는 허브 어셈블리(1020); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 허브 또는 메인샤프트에 조립되는 조향하우징(40); 조향하우징은 하우징(41)과 가이드 홈(42)과 꼬리 날개(43)로 구성되며; 조향하우징에 조립되는 고정바디(50); 고정바디는 지면 또는 고정물체에 고정되며; 메인샤프트에 조립되고 고정바디에 조립 및 고정되는 발전기(60); 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(70); 블레이드에 조립되고 조향하우징의 가이드 홈의 유도를 받는 가이드 핀(13)으로 구성된 것을 특징으로 한다. 조향하우징(40)의 가이드 홈(42)은 꼬리 날개(43)에 의해 외부의 바람의 방향을 기준으로 일정하게 유지되며, 조향하우징의 가이드 홈은 블레이드(10)가 회전력을 갖는 구간과 그 외의 구간으로 구분하여 가이드 핀(13)을 유도하는 홈 형상이며, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 블레이드의 날개(11)가 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되게 하여 회전력이 증대되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드의 날개가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되게 하여 회전력 상쇄가 적게 되어 발전으로 전달되는 최종의 전달력이 최적의 조건으로 유지되는 것을 특징으로 한다. 블레이드(10)는 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하기 위한 블레이드 날개(11)와; 블레이드 날개가 회전이 가능하기 위한 블레이드 축(12)으로 구성되되, 블레이드 날개와 블레이드 축은 고정되며; 허브(20)에 블레이드 축이 조립되어 축을 중심으로 하는 회전만 수행되는 것을 특징으로 한다. 허브(20)는 블레이드(10) 또는 블레이드들의 이 원주 선상으로 균등 또는 불규칙 균등하게 조립되고 외부의 바람의 풍력에 의해 블레이드 또는 블레이드들로부터 발생되는 회전력들을 하나의 축인 메인샤프트(30)로 전달되는 것을 특징으로 한다. 조향하우징(40)은 허브(20) 또는 메인샤프트(30)가 회전이 가능하게 하는 하우징(41)과; 블레이드(10)가 각도를 갖게 유도하는 가이드 홈(42)과; 외부의 바람의 풍력에 의해 바람의 방향으로 유지시키는 꼬리 날개(43)로 구성되되, 하우징과 가이드 홈과 꼬리 날개는 고정되며; 고정바디(50)에 조립되어 메인샤프트의 회전중심과 동일한 선상으로 회전만 수행되는 것을 특징으로 한다. 전기장치(70)는 발전기(60)에서 생성된 전력을 변환하거나 또는 정류하거나 또는 저장하거나 또는 외부로 공급하는 등등의 전기, 전자부품들로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀의 양방향을 제어하는 현상을 개략적으로 도시한 도면으로서, 블레이드(10)에 조립되는 가이드 핀(13)은 가이드 홈(42)의 유도에 따라 블레이드는 블레이드 축(12)을 중심으로 각도가 자동으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다. 도 20은 도 19를 개략적으로 도시한 입체도로서, 허브에 조립되는 가이드 스토퍼를 보다 상세하게 도시한 입체도이다. 도 21은 도 19를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도로서, 허브에 조립되는 논-가이드 스토퍼를 보다 상세하게 도시한 입체도이다. 도 22는 도 19의 블레이드에 웨이트가 조립된 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 19 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 조향하우징(40)의 가이드 홈(42)이 가이드 핀(13)을 부분적으로만 제어하는 하여 유도하는 경우, 블레이드(10)가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있도록 각도가 되고 허브(20)에 가이드 스토퍼(22)가 조립 및 고정되어 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드에 웨이트(14)가 조립되어 물질적인 중력으로 인해 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되고 허브에 논-가이드 스토퍼(23)가 조립 및 고정되어 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도로서, 조향하우징(40)의 가이드 홈(42)은 가이드 핀(13)을 부분적으로만 제어하여 유도하는 경우, 블레이드(10)가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있도록 각도가 되고 허브(20)에 가이드 스토퍼(22)가 조립 및 고정되어 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드와 허브에 스프링(93)이 각각 조립되어 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되고 허브에 스프링의 작동을 제한하는 논-가이드 스토퍼(23)가 조립 및 고정되어 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다. 스프링이 작동 한계의 제한이 포함되는 경우, 가이드 스토퍼와 논-가이드 스토퍼가 생략 되는 것을 특징으로 한다.
도 24는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 25는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 다운포스가 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 26은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드가 무게중심에 의한 작동 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 24 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 조향하우징의 가이드 홈은 가이드 핀을 부분적으로만 제어하여 유도하는 경우, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 조향하우징의 가이드 홈이 가이드 핀을 유도하여 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있도록 각도가 되고 허브에 가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드의 날개가 다운포스가 발생되거나 또는 무게중심에 의해 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되고 허브에 논-가이드 스토퍼가 조립 및 고정되어 각도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
도 27은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드에 양력이 작용하는 현상을 개략적으로 도시한 도면으로서, 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 블레이드의 날개가 양력이 발생되어 블레이드가 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있도록 각도가 되고 허브에 양력 스토퍼가 조립 및 고정되어 각도가 유지되고, 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 블레이드의 날개가 다운포스가 발생되거나 또는 무게중심에 의해 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되고 허브에 다운 스토퍼가 조립 및 고정되어 각도가 유지되는 경우, 조향하우징의 가이드 홈과 가이드 핀이 생략 되는 것을 특징으로 한다.
도 28은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 블레이드를 개략적으로 도시한 도면으로서, 블레이드(10)는 블레이드 날개(11)가 블레이드 축(12)에 조립 또는 분리가 되는 것을 특징으로 한다. 외부의 바람의 풍속은 설치 지역에 따라 다르기 때문에 설치 지역에 적합한 날개의 크기 및 형상을 다변화하여 전력 생산 효율이 향상되며 또한, 운반이나 설치가 용이하게 되는 것을 특징으로 한다.
도 29는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 조립식 조향하우징을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 30은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 날개 조립식 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 조향하우징(40)은 꼬리 날개(43)가 하우징(41)에 조립 또는 분리가 되는 것을 특징으로 한다. 외부의 바람의 풍속은 설치 지역에 따라 다르기 때문에 설치 지역에 적합한 날개의 크기 및 형상을 다변화하여 전력 생산 효율이 향상되며 또한, 운반이나 설치가 용이하게 되는 것을 특징으로 한다.
도 31은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 풍력발전기의 블레이드의 날개와 단면을 개략적으로 도시한 도면으로서, 블레이드(10)의 날개(11)의 형상은 외부의 바람의 풍력을 받으면서 날개에 부딪힌 바람이 쉽게 벗어나지 못하도록 날개 면에 벽이 형성되어 날개의 단면은 그릇 또는 반달모양 또는 U 형태를 하며, 외부의 바람의 풍속에 의해 회전력을 갖는 구간에서는 그릇에 바람을 담는 형태가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 32는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도로서, 메인샤프트(30)의 회전력이 발전기(60)로 전달되는 것에 있어서, 메인샤프트에 조립되고 발전기에 조립되어 회전력을 차단하거나 연결하는 클러치(91)가 더 포함되되, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치(70)의 성능 내에서는 클러치는 연결되고, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능 초과에서는 클러치는 차단되는 것을 특징으로 한다.
도 33은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다. 도 34는 도 33의 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이, 메인샤프트(30)의 회전력이 발전기(60)로 전달되는 것에 있어서, 고정바디(50)에 조립 및 고정되어 메인샤프트의 회전력을 입력으로 받고 발전기에 조립되어 출력을 주는 기어박스(80)가 더 포함되되, 발전기는 고정바디에 조립 및 고정되거나 또는 기어박스에 조립 및 고정되고, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기가 되는 것을 특징으로 한다. 기어박스(80)가 변속기가 되는 경우, 변속기는 외부의 바람의 풍속에 따라 메인샤프트(30)로 전달되는 회전력과 회전속도를 입력으로 받아 발전기(60)로 전력 생산에 있어서, 효율이 높은 조건의 회전력과 회전속도로 변동시켜 출력을 수행하는 것을 특징으로 한다. 부품의 교환, 분해 수리 또는 점검 등을 위해 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 정지시키도록 브레이크 장치를 더 포함할 수 있으며, 브레이크 장치는 고정바디(50)에 조립 및 고정되고, 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되는 것을 특징으로 한다.
도 35는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다. 도 36은 도 35의 형상을 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 37은 도 36의 연동 바가 조립된 부분을 확대한 도면이다. 도 38은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기를 개략적으로 도시한 또 다른 입체도이다. 도 38은 도 35 내지 도 37의 수직축 풍력발전기에 또 다른 추가의 어셈블리(1020b)가 추가의 어셈블리(1020)와 일체로 회동하도록 또 다른 허브 커넥터(95)를 통해 조립 및 고정된 것을 도시하고 있다. 도 39는 도 35 내지 도 37에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 1 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 40은 도 38에 따른 실시예로 형성된 수직축 ?력발전기의 제 2 적용예를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 35 내지 도 40에 도시된 바와 같이, 외부의 바람의 풍력을 받는 추가의 블레이드(10a); 추가의 블레이드는 추가의 블레이드 날개(11a)와 추가의 블레이드 축(12a)으로 구성되며; 추가의 블레이드는 블레이드(10)들에 대응하는 개수 이하로 구성되며; 추가의 블레이드 또는 추가의 블레이드들이 조립되는 추가의 허브(20a); 추가의 블레이드 또는 추가의 블레이드들과 추가의 허브로 구성되는 추가의 허브 어셈블리(1020a)를 적어도 한 개 이상 허브 어셈블리(1020) 상부에 메인샤프트(30)의 회전 중심선상과 동일하게 회전이 되도록 조립되며, 허브 어셈블리와 추가의 허브 어셈블리를 서로 고정되어 일체로 회동하게 하는 허브 커넥터(94)가 조립되며, 추가의 허브 어셈블리와 또 다른 추가의 허브 어셈블리(1020b)를 서로 고정되어 일체로 회동하게 하는 또 다른 허브 커넥터(95)가 조립되며, 추가의 블레이드들은 블레이드들과 서로 대응되게 조립되며, 블레이드와 추가의 블레이드는 서로 연동되기 위한 각각 연동링크(15)가 조립 및 고정되고, 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크를 서로 연동되게 하거나 또는 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 연동링크와 또 다른 추가의 블레이드(10b)에 조립 및 고정되는 연동링크를 서로 연동되게 하는 연동 바(99)가 조립되고, 추가의 허브 어셈블리 또는 추가의 허브 어셈블리들과 허브 커넥터와 또 다른 허브 커넥터와 연동링크와 연동 바가 더 포함되는 것을 특징으로 한다. 조향하우징(40)의 가이드 홈(42)과 가이드 핀(13)은 블레이드(10)와 추가의 블레이드(11a)와 또 다른 추가의 블레이드(11b)를 동시에 각이 형성되게 하여 발전으로 전달되는 최종의 전달력이 최적의 조건으로 상승되는 것을 특징으로 한다.
10: 블레이드
10a: 추가의 블레이드
10b: 또 다른 추가의 블레이드
11: 블레이드 날개
11a: 추가의 블레이드 날개
11b: 또 다른 추가의 블레이드 날개
12: 블레이드 축
12a: 추가의 블레이드 축
12b: 또 다른 추가의 브레이드 축
13: 가이드 핀
14: 웨이트
15: 연동링크
20: 허브
20a: 추가의 허브
20b: 또 다른 추가의 허브
21: 허브의 하우징
22: 가이드 스토퍼
23: 논-가이드 스토퍼
24: 양력 스토퍼
25: 다운 스토퍼
30: 메인샤프트
40: 조향하우징
41: 조향하우징의 하우징
42: 조향하우징의 가이드 홈
43: 조향하우징의 꼬리 날개
50: 고정바디
60: 발전기
70: 전기장치
80: 기어박스(감속기, 증속기, 변속기)
91: 클러치
93: 스프링
94: 허브 커넥터
95: 또 다른 허브 커넥터
99: 연동 바
1020: 허브 어셈블리
1020a : 추가의 허브 어셈블리
1020b : 또 다른 추가의 허브 어셈블리
10a: 추가의 블레이드
10b: 또 다른 추가의 블레이드
11: 블레이드 날개
11a: 추가의 블레이드 날개
11b: 또 다른 추가의 블레이드 날개
12: 블레이드 축
12a: 추가의 블레이드 축
12b: 또 다른 추가의 브레이드 축
13: 가이드 핀
14: 웨이트
15: 연동링크
20: 허브
20a: 추가의 허브
20b: 또 다른 추가의 허브
21: 허브의 하우징
22: 가이드 스토퍼
23: 논-가이드 스토퍼
24: 양력 스토퍼
25: 다운 스토퍼
30: 메인샤프트
40: 조향하우징
41: 조향하우징의 하우징
42: 조향하우징의 가이드 홈
43: 조향하우징의 꼬리 날개
50: 고정바디
60: 발전기
70: 전기장치
80: 기어박스(감속기, 증속기, 변속기)
91: 클러치
93: 스프링
94: 허브 커넥터
95: 또 다른 허브 커넥터
99: 연동 바
1020: 허브 어셈블리
1020a : 추가의 허브 어셈블리
1020b : 또 다른 추가의 허브 어셈블리
Claims (21)
- 적어도 하나 이상의 블레이드 및 허브를 포함하는 허브 어셈블리;
상기 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트;
상기 허브 또는 상기 메인샤프트에 조립되는 조향하우징;
상기 조향하우징에 조립되는 고정바디;
상기 메인샤프트에 조립되고 상기 고정바디에 조립 및 고정되는 발전기;
상기 발전기로부터 전력을 받는 전기장치; 및
상기 블레이드에 조립되고 가이드 홈의 유도를 받는 가이드 핀을 포함하고,
상기 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개와 블레이드 축을 포함하고,
상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되고,
상기 조향하우징은 하우징과 상기 가이드 홈과 꼬리 날개로 구성되며,
상기 고정바디는 지면 또는 고정물체에 고정되며,
상기 허브에는 가이드 스토퍼와 논 가이드 스토퍼가 설치되고,
상기 조향하우징의 상기 가이드 홈은 상기 꼬리 날개에 의해 상기 외부의 바람의 방향을 기준으로 일정하게 유지되며,
상기 조향하우징의 상기 가이드 홈은 상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간과 그 외의 구간으로 구분하여 상기 가이드 핀을 유도하는 홈 형상이며,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 상기 조향하우징의 상기 가이드 홈이 상기 가이드 핀을 유도하여 상기 블레이드 날개가 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 제 1 각도가 되게 하여 회전력이 증대되되, 상기 가이드 스토퍼에 의해 상기 가이드 핀의 이동이 제한되어 상기 제 1 각도가 유지되며,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드 날개가 중력에 의해 제2 각도 방향으로 회전되며, 상기 블레이드 날개가 상기 제2 각도로 유지되도록 상기 논가이드 스토퍼에 의해 상기 블레이드 날개의 회전력이 제한되는,
수직축 풍력발전기.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 블레이드 날개는 상기 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고,
상기 블레이드 축은 상기 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이며,
상기 블레이드 날개와 상기 블레이드 축은 고정되며;
상기 블레이드 축은 상기 허브에 조립되어 상기 블레이드 날개는 상기 블레이드 축을 중심으로 하는 회전만 수행되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 원주 선상으로 균등 또는 불규칙 균등하게 조립되고, 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 상기 적어도 하나 이상의 블레이드로부터 발생되는 회전력들이 하나의 축인 상기 메인샤프트로 전달되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 허브 또는 상기 메인샤프트가 회전이 가능하게 하고,
상기 가이드 홈은 상기 블레이드가 각도를 갖도록 유도하고,
상기 꼬리 날개는 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 바람의 방향으로 유지시키며,
상기 하우징과 상기 가이드 홈과 상기 꼬리 날개는 고정되며,
상기 조향하우징은 상기 고정바디에 조립되어 상기 메인샤프트의 회전중심과 동일한 선상으로 회전만 수행하는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 전기장치는 상기 발전기에서 생성된 전력을 변환하거나 정류하거나 저장하거나 외부로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 전기, 전자부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 조향하우징의 상기 가이드 홈이 상기 가이드 핀의 양방향을 제어하여 유도하는 경우,
상기 가이드 홈이 상기 블레이드에 연결된 상기 가이드 핀을 유도하여, 상기 블레이드가 상기 블레이드 축을 중심으로 자동적으로 각도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기. - 제1 항에 있어서,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드에 웨이트가 조립되어 중력으로 인해 상기 블레이드가 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 상기 제 2 각도가 되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기. - 제1 항에 있어서,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드와 상기 허브에 스프링이 각각 조립되어 상기 블레이드가 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 상기 제 2 각도가 되고 상기 논-가이드 스토퍼는 상기 스프링의 작동을 제한하여 상기 제 2 각도가 유지되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제9 항에 있어서,
상기 스프링이 작동 한계 제한을 가지는 경우,
상기 가이드 스토퍼와 상기 논-가이드 스토퍼가 생략 되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드 날개에 다운포스가 발생되거나 무게중심에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 상기 제 2 각도가 되고 상기 블레이드 날개가 상기 제2 각도로 유지되도록 상기 논가이드 스토퍼에 의해 상기 블레이드 날개의 회전력이 제한되는,,
수직축 풍력발전기. - 제1 항에 있어서,
상기 허브에는 양력 스토퍼와 다운 스토퍼가 설치되고,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서는 상기 블레이드 날개에 양력이 발생되어 상기 블레이드가 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받을 수 있는 상기 제 1 각도가 되고 상기 양력 스토퍼에 의해 상기 가이드 핀의 이동이 제한되어 상기 제1 각도가 유지되며,
상기 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드 날개에 다운포스가 발생되거나 무게중심에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 상기 제 2 각도가 되고 상기 블레이드 날개가 상기 제2 각도로 유지되도록 상기 다운 스토퍼에 의해 상기 블레이드 날개의 회전력이 제한되는 경우,
상기 조향하우징의 상기 가이드 홈과 상기 가이드 핀이 생략 되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기
- 제1 항에 있어서,
상기 블레이드 날개가 상기 블레이드 축에 조립 또는 분리가 되고,
상기 꼬리 날개가 상기 하우징에 조립 또는 분리가 되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제13 항에 있어서,
상기 외부의 바람의 풍속에 따라 상기 블레이드 날개의 크기 및 형상이 다르게 설정되는,
수직축 풍력발전기. - 제1 항에 있어서,
상기 블레이드 날개의 형상은 상기 외부의 바람의 풍력을 받으면서 상기 블레이드 날개에 부딪힌 바람이 쉽게 벗어나지 못하도록 상기 블레이드 날개의 면에 벽이 형성되어 상기 블레이드 날개의 단면은 그릇 또는 반달모양 형태를 하며, 상기 외부의 바람의 풍속에 의해 회전력을 갖는 구간에서는 그릇에 바람을 담는 형태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 메인샤프트의 회전력이 상기 발전기로 전달되는 것에 있어서,
상기 메인샤프트 및 상기 발전기에 조립되어 회전력을 차단하거나 전달하는 클러치가 더 포함되되,
상기 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 상기 발전기 또는 상기 전기장치의 성능의 한계치 이내인 경우에는 상기 클러치는 상기 발전기와 연결되고,
상기 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 상기 발전기 또는 상기 전기장치의 성능의 한계치 초과인 경우에는 상기 클러치는 차단되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 메인샤프트의 회전력이 상기 발전기로 전달되는 것에 있어서,
상기 고정바디에 조립 및 고정되어 상기 메인샤프트의 회전력을 입력받고, 상기 발전기와 조립 및 고정되어 출력을 주는 기어박스가 더 포함되되,
상기 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기인 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제17 항에 있어서,
상기 기어박스가 상기 변속기인 경우,
상기 변속기는 상기 외부의 바람의 풍속에 따라 상기 메인샤프트로 전달되는 회전력과 회전속도를 입력 받아 상기 발전기가 전력 생산을 하는 경우, 회전력과 회전속도를 변동시켜 출력을 수행하는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
상기 고정바디에 조립 및 고정되고 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되는 브레이크 장치를 더 포함되되,
상기 브레이크 장치는 상기 회전력을 정지시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 제1 항에 있어서,
적어도 하나 이상의 추가의 블레이드 및 추가의 허브를 포함하는 추가의 허브 어셈블리;
상기 허브 어셈블리와 상기 추가의 허브 어셈블리가 서로 고정되어 일체로 회동가능 하게 하는 허브 커넥터;
상기 추가의 허브 어셈블리와 또 다른 추가의 허브 어셈블리를 서로 고정되어 일체로 회동하게 하는 또 다른 허브 커넥터;
상기 블레이드와 상기 추가의 블레이드가 서로 연동되기 위해 각각 조립 및 고정된 연동링크; 및
상기 연동링크를 서로 연동되게 하는 연동 바; 를 더 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 추가의 블레이드는 상기 외부의 바람의 풍력을 받고, 추가의 블레이드 날개와 추가의 블레이드 축으로 구성되며, 상기 블레이드에 대응하는 개수 이하로 구성되며, 상기 적어도 하나 이상의 블레이드와 서로 대응되게 조립되며,
상기 추가의 허브는 상기 적어도 하나 이상의 추가의 블레이드가 조립되고,
적어도 하나 이상의 상기 추가의 허브 어셈블리는 상기 허브 어셈블리 상부에 상기 메인샤프트의 회전 중심선상과 동일하게 회전이 되도록 조립되며,
상기 연동 바는 상기 블레이드에 조립 및 고정되는 상기 연동링크와 상기 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 상기 연동링크를 서로 연동되게 하거나, 상기 블레이드에 조립 및 고정되는 상기 연동링크와 상기 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 상기 연동링크와 또 다른 추가의 블레이드에 조립 및 고정되는 상기 연동링크를 서로 연동되도록 조립되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기 - 삭제
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190074745A KR102072329B1 (ko) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 수직축 풍력발전기 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190074745A KR102072329B1 (ko) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 수직축 풍력발전기 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102188879B1 (ko) * | 2019-10-21 | 2020-12-09 | 최형진 | 수직축 풍력발전기 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100895038B1 (ko) * | 2007-11-07 | 2009-05-04 | 주식회사 케이.알 | 수직축 풍력발전시스템용 터빈의 블레이드 구조 |
| KR101235683B1 (ko) * | 2009-08-28 | 2013-02-21 | 승애림 | 풍력발전기의 블레이드의 가변구조 |
| KR101249207B1 (ko) * | 2010-09-17 | 2013-04-03 | (주)진우소프트이노베이션 | 에너지 하베스팅을 이용한 스마트 센서노드의 전원 공급장치 |
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2019
- 2019-06-24 KR KR1020190074745A patent/KR102072329B1/ko active IP Right Grant
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| KR102188879B1 (ko) * | 2019-10-21 | 2020-12-09 | 최형진 | 수직축 풍력발전기 |
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