KR102188879B1 - 수직축 풍력발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 양상에 따른 풍력발전기는, 적어도 하나 이상의 블레이드와 허브를 포함하는 허브 어셈블리; 상기 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트; 상기 메인샤프트에 조립되는 발전기; 상기 발전기에 조립되는 고정판; 및 상기 발전기로부터 전력을 받는 전기장치로 구성되며, 상기 블레이드는 외부의 풍력을 받고, 블레이드 날개와 블레이드 웨이트와 블레이드 축과 블레이드 스토퍼를 포함하고, 상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 상기 메인샤프트는 상기 발전기의 발전기 로터부에 고정되어 일체로 회동되며, 상기 고정판은 상기 발전기의 발전기 스테이터부에 고정되며, 상기 고정판은 고정물체에 고정된다.
Description
본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드가 중력과 풍력에 의해 각이 변화되며, 바람에 의한 회전력을 갖는 구간에서의 블레이드는 회전력을 얻기 위하여 풍력을 많이 받는 방향으로 각이 변화되고, 그 외의 구간에서의 블레이드는 회전력에 방해가 적도록 풍력을 적게 받는 방향으로 각이 변화됨으로써, 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 화대하는데 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.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 블레이드 날개가 블레이드 축을 중심으로 블레이드 날개의 무게중심과 외부의 바람의 풍력에 의해 회전되며 각도가 변화되어 회전력을 갖는 구간에서의 블레이드는 회전력을 얻기 위하여 풍력을 많이 받는 방향으로 각이 변화되고, 그 외이 구간에서는 회전력에 방해가 적도록 풍력을 적게 받는 방향으로 각이 변화되는 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 발명에 의한 수직축 풍력발전기에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 바람의 방향에 따라 회전력을 얻는 구간이 자동으로 변화되어 전력 발생 효율이 높다.
(2) 회전력을 갖는 구간에서의 블레이드 날개는 회전력을 얻기 위하여 풍력을 많이 받는 방향으로 각이 변화되고, 그 외이 구간에서의 블레이드는 회전력에 방해가 적도록 풍력을 적게 받는 방향으로 각이 변화되어 전력 발생 효율이 높다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리를 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 회전력을 갖는 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 6의 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 또 다른 단면도이다.
도 10은 도 9의 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 도 9의 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
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도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다.
도 17은 도 16을 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. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기는, 적어도 하나 이상의 블레이드와 허브를 포함하는 허브 어셈블리; 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트; 메인샤프트에 조립되는 발전기; 발전기에 조립되는 고정판; 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개와 블레이드 웨이트와 블레이드 축과 블레이드 스토퍼를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터와 회전자인 발전기 로터로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정된다.
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 웨이트는 블레이드 날개가 중력에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하며, 블레이드 스토퍼는 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하며, 블레이드 날개는 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되며; 블레이드 날개는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분하고, 블레이드 상부는 블레이드 하부보다 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받는 형상을 하며; 블레이드 웨이트는 블레이드 하부에 고정되어 중력에 의해 블레이드 날개가 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하며; 블레이드 스토퍼는 블레이드 축에 고정되어 블레이드 날개를 외부의 바람의 풍력에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한 또는 블레이드 웨이드에 의해 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한을 하며; 블레이드 축은 허브에 고정되며; 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 웨이트에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 외부의 바람의 풍력에 의해 다운포스 되어 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 수행된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드 날개의 무게중심이 블레이드 하부에 있는 경우, 블레이드 웨이트는 생략된다.
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 웨이트는 블레이드 날개가 중력에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하며, 블레이드 스토퍼는 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하며, 블레이드 날개는 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되며; 블레이드 날개는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분하고, 블레이드 상부는 블레이드 하부보다 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받는 형상을 하며; 블레이드 웨이트는 블레이드 상부에 고정되어 중력에 의해 블레이드 날개가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하며; 블레이드 스토퍼는 블레이드 축에 고정되어 블레이드 날개를 블레이드 웨이트에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한 또는 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한을 하며; 블레이드 축은 허브에 고정되며; 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 웨이트에 의한 중력에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 수행된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 블레이드 날개의 무게중심이 블레이드 상부에 있는 경우, 블레이드 웨이트는 생략된다.
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 전달된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 전기장치는 발전기에서 생성된 전력을 변환하거나 정류하거나 저장하거나 외부로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 전기, 전자부품으로 구성된다.
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 된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 메인샤프트의 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 차단된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되어 허브 어셈블리의 회전력을 입력으로 받고, 발전기 로터로 출력을 주는 기어박스가 더 포함되되, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기이다.
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 출력이 수행된다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되고 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되는 브레이크 장치를 더 포함되되, 브레이크 장치는 회전력을 정지시킬 수 있다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따른 수직축 풍력발전기에 있어서, 허브 어셈블리를 적어도 하나 더 포함되되, 메인샤프트에 고정된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 구조도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 허브 어셈블리를 개략적으로 도시한 입체도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되는 것을 특징으로 한다.
허브(21)는 적어도 하나 이상의 블레이드(10)가 원주 선상으로 균등 또는 불규칙 균등하게 조립되고, 외부의 바람의 풍력에 의해 적어도 하나 이상의 블레이드로부터 발생되는 회전력들이 하나의 축인 메인샤프트(30)로 전달되는 것을 특징으로 한다.
전기장치(60)는 발전기(40)에서 생성된 전력을 변환하거나 정류하거나 저장하거나 외부로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 전기, 전자부품으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
블레이드 날개(11)의 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 되는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 회전력을 갖는 구간을 개략적으로 도시한 도면으로서, 외부의 바람의 방향에 따라 적어도 하나 이상의 블레이드는 회전력을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 7은 도 6의 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8은 도 6의 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 블레이드 날개(11)는 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고, 블레이드 축(12)은 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이며, 블레이드 웨이트(13)는 블레이드 날개가 중력에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하며, 블레이드 스토퍼(14)는 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하며, 블레이드 날개는 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되며; 블레이드 날개는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분하고, 블레이드 상부는 블레이드 하부보다 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받는 형상을 하며; 블레이드 웨이트는 블레이드 하부에 고정되어 중력에 의해 블레이드 날개가 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하며; 블레이드 스토퍼는 블레이드 축에 고정되어 블레이드 날개를 외부의 바람의 풍력에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한 또는 블레이드 웨이드에 의해 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한을 하며; 블레이드 축은 허브(21)에 고정되며; 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 웨이트에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 외부의 바람의 풍력에 의해 다운포스 되어 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 수행되는 것을 특징으로 한다. 블레이드 날개(11)의 무게중심이 블레이드 하부에 있는 경우, 블레이드 웨이트(13)는 생략되는 것을 특징으로 한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 블레이드를 개략적으로 도시한 또 다른 단면도이다. 도 10은 도 9의 블레이드가 회전력을 갖는 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 11은 도 9의 블레이드가 회전력을 갖는 구간 외의 구간에서 풍력을 받는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 블레이드 날개(11)는 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고, 블레이드 축(12)은 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이며, 블레이드 웨이트(13)는 블레이드 날개가 중력에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하며, 블레이드 스토퍼(14)는 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하며, 블레이드 날개는 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되며; 블레이드 날개는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분하고, 블레이드 상부는 블레이드 하부보다 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받는 형상을 하며; 블레이드 웨이트는 블레이드 상부에 고정되어 중력에 의해 블레이드 날개가 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하며; 블레이드 스토퍼는 블레이드 축에 고정되어 블레이드 날개를 블레이드 웨이트에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한 또는 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한을 하며; 블레이드 축은 허브(21)에 고정되며; 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 블레이드 축을 중심으로 블레이드 웨이트에 의한 중력에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 수행되는 것을 특징으로 한다. 블레이드 날개(11)의 무게중심이 블레이드 상부에 있는 경우, 블레이드 웨이트(13)는 생략되는 것을 특징으로 한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도로서, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되며, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 메인샤프트의 회전력을 차단하거나 전달하는 클러치(70)가 포함되는 것을 특징으로 한다.
클러치(70)는 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기(40) 또는 전기장치(60)의 성능의 한계치 이내인 경우에는 발전기 또는 기어박스(80)와 연결되고, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능의 한계치 초과인 경우에는 차단되는 것을 특징으로 한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도로서, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되며, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되는 기어박스(80); 기어박스는 허브 어셈블리(20)의 회전력을 입력으로 받고, 발전기 로터로 출력을 주며, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기인 것을 특징으로 한다.
기어박스(80)가 변속기인 경우, 변속기는 외부의 바람의 풍속에 따라 메인샤프트(30)로 전달되는 회전력과 회전속도를 입력 받아 발전기(40)가 전력 생산을 하는 경우, 회전력과 회전속도를 변동시켜 출력이 수행되는 것을 특징으로 한다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도로서, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되며, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되는 브레이크 장치(90); 브레이크 장치(90)는 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되어 회전력을 정지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도로서, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되며, 메인샤프트의 회전력이 발전기로 전달되는 것에 있어서, 메인샤프트의 회전력을 차단하거나 전달하는 클러치(70)가 포함되며, 클러치는 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능의 한계치 이내인 경우에는 발전기 또는 기어박스(80)와 연결되고, 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 발전기 또는 전기장치의 성능의 한계치 초과인 경우에는 차단되며, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되는 기어박스(80); 기어박스는 허브 어셈블리의 회전력을 입력으로 받고, 발전기 로터로 출력을 주며, 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기이며, 고정물체 또는 고정판 또는 발전기 스테이터에 조립 및 고정되는 브레이크 장치(90); 브레이크 장치는 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되어 회전력을 정지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 수직축 풍력발전기의 구성을 개략적으로 도시한 또 다른 구조도이다. 도 17은 도 16을 개략적으로 도시한 입체도이다.
도 16 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 적어도 하나 이상의 블레이드(10)와 허브(21)를 포함하는 허브 어셈블리(20); 적어도 둘 이상의 허브 어셈블리들의 각 허브들에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트(30); 메인샤프트에 조립되는 발전기(40); 발전기에 조립되는 고정판(50); 및 발전기로부터 전력을 받는 전기장치(60)로 구성되며, 블레이드는 외부의 바람의 풍력을 받고, 블레이드 날개(11)와 블레이드 웨이트(13)와 블레이드 축(12)과 블레이드 스토퍼(14)를 포함하고, 발전기는 고정자인 발전기 스테이터(41)와 회전자인 발전기 로터(42)로 구성되며, 허브는 적어도 하나 이상의 블레이드가 조립되며, 메인샤프트는 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며, 고정판은 발전기 스테이터에 고정되며, 고정판은 고정물체에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 설명된 동력전달장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 블레이드
11 : 블레이드 날개
12 : 블레이드 축
13 : 블레이드 웨이트
14 : 블레이드 스토퍼
20 : 허브 어셈블리
21 : 허브
30 : 메인샤프트
40 : 발전기
41 : 발전기 스테이터
42 : 발전기 로터
50 : 고정판
60 : 전기장치
70 : 클러치
80 : 기어박스
90 : 브레이크 장치
11 : 블레이드 날개
12 : 블레이드 축
13 : 블레이드 웨이트
14 : 블레이드 스토퍼
20 : 허브 어셈블리
21 : 허브
30 : 메인샤프트
40 : 발전기
41 : 발전기 스테이터
42 : 발전기 로터
50 : 고정판
60 : 전기장치
70 : 클러치
80 : 기어박스
90 : 브레이크 장치
Claims (13)
- 적어도 하나 이상의 블레이드와 허브를 포함하는 허브 어셈블리;
상기 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트;
상기 메인샤프트에 결합되는 발전기;
상기 발전기에 결합되는 고정판; 및
상기 발전기로부터 전력을 받는 전기장치를 포함하고,
상기 블레이드는 블레이드 날개, 블레이드 축 및 블레이드 스토퍼를 포함하여 외부 바람의 풍력을 받도록 형성되고,
상기 발전기는 고정자인 발전기 스테이터와 회전자인 발전기 로터를 포함하여 형성되며,
상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 결합되며,
상기 메인샤프트는 상기 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며,
상기 고정판은 상기 발전기 스테이터에 고정되며,
상기 고정판은 고정물체에 고정되고,
상기 블레이드 날개의 무게중심이 상기 블레이드 상부에 있는 경우,
상기 블레이드에 블레이드 웨이트가 추가로 결합되고,
상기 블레이드 날개는 상기 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고,
상기 블레이드 축은 상기 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이며,
상기 블레이드 웨이트는 상기 블레이드 날개가 중력에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하며,
상기 블레이드 스토퍼는 상기 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하며,
상기 블레이드 날개는 상기 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되며, 상기 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분되고, 상기 블레이드 상부는 상기 블레이드 하부보다 상기 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받도록 형성되고,
상기 블레이드 웨이트는 상기 블레이드 하부에 고정되어 중력에 의해 상기 블레이드 날개가 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 유도하고,
상기 블레이드 스토퍼는 상기 블레이드 축에 고정되어 상기 블레이드 날개를 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 제한하거나 상기 블레이드 웨이드에 의해 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 제한하고,
상기 블레이드 축은 상기 허브에 고정되고,
상기 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 상기 블레이드 축을 중심으로 상기 블레이드 웨이트에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드 축을 중심으로 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 다운포스되어 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 수행되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기. - 삭제
- 삭제
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- 적어도 하나 이상의 블레이드와 허브를 포함하는 허브 어셈블리;
상기 허브에 조립되어 일체로 회동하는 메인샤프트;
상기 메인샤프트에 결합되는 발전기;
상기 발전기에 결합되는 고정판; 및
상기 발전기로부터 전력을 받는 전기장치를 포함하고,
상기 블레이드는 블레이드 날개, 블레이드 축 및 블레이드 스토퍼를 포함하여 외부 바람의 풍력을 받도록 형성되고,
상기 발전기는 고정자인 발전기 스테이터와 회전자인 발전기 로터를 포함하여 형성되며,
상기 허브는 상기 적어도 하나 이상의 블레이드가 결합되며,
상기 메인샤프트는 상기 발전기 로터에 고정되어 일체로 회동되며,
상기 고정판은 상기 발전기 스테이터에 고정되며,
상기 고정판은 고정물체에 고정되고,
상기 블레이드 날개의 무게중심이 상기 블레이드 하부에 있는 경우,
상기 블레이드에 블레이드 웨이트가 결합되고,
상기 블레이드 날개는 상기 외부의 바람의 풍력을 발전에 필요한 회전력으로 전환하고,
상기 블레이드 축은 상기 블레이드 날개가 회전하기 위한 중심축이고,
상기 블레이드 웨이트는 상기 블레이드 날개가 중력에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하고,
상기 블레이드 스토퍼는 상기 블레이드 날개의 회전 각도를 제어하고,
상기 블레이드 날개는 상기 블레이드 축에 조립되어 축을 중심으로 회전되고,
상기 블레이드 날개는 상기 블레이드 축을 중심으로 블레이드 상부와 블레이드 하부로 구분하고, 상기 블레이드 상부는 상기 블레이드 하부보다 상기 외부의 바람의 풍력을 더 많이 받는 형상으로 형성되고,
상기 블레이드 웨이트는 상기 블레이드 상부에 고정되어 중력에 의해 상기 블레이드 날개가 상기 외부의 바람의 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 유도하고,
상기 블레이드 스토퍼는 상기 블레이드 축에 고정되어 상기 블레이드 날개를 상기 블레이드 웨이트에 의해 풍력을 적게 받는 각도가 되도록 제한하거나 상기 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 풍력을 많이 받는 각도가 되도록 제한을 하고,
상기 블레이드 축은 상기 허브에 고정되고,
상기 블레이드 날개는 회전력을 얻는 구간에서는 상기 블레이드 축을 중심으로 상기 외부의 바람의 풍력에 의한 양력에 의해 상기 외부의 바람의 풍력을 많이 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전되고, 회전력을 얻는 구간 외의 구간에서는 상기 블레이드 축을 중심으로 상기 블레이드 웨이트에 의한 중력에 의해 풍력을 적게 받는 각도에서의 제한된 각도까지 회전이 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 전기장치는,
상기 발전기에서 생성된 전력을 변환하거나 정류하거나 저장하거나 외부로 공급하도록 형성되거나,
풍속, 풍량 및 전력량을 포함하는 정보를 외부 또는 상기 발전기 내부로 전달하고 상기 정보를 표시하도록 형성되거나,
상기 정보를 토대로 상기 발전기 내부를 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
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 형성되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기.
- 제1 항에 있어서,
상기 메인샤프트의 회전력이 상기 발전기로 전달되는 것에 있어서,
상기 메인샤프트의 회전력을 차단하거나 전달하는 클러치가 더 포함하되,
상기 외부의 바람의 풍속에 의한 회전력 또는 회전속도가 상기 발전기 또는 상기 전기장치의 성능의 한계치 이내인 경우에는 상기 클러치는 상기 발전기 또는 기어박스와 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 고정물체 또는 상기 고정판 또는 상기 발전기 스테이터에 조립 및 고정되어 상기 허브 어셈블리의 회전력을 입력으로 받고, 상기 발전기 로터로 출력을 주는 기어박스가 더 포함되되,
상기 기어박스는 감속기 또는 증속기 또는 변속기인 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기.
- 제10 항에 있어서,
상기 기어박스가 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 고정물체 또는 상기 고정판 또는 상기 발전기 스테이터에 조립 및 고정되고 상기 외부의 바람의 풍력에 의해 생성된 회전력을 갖는 부품에 조립되는 브레이크 장치를 더 포함하되,
상기 브레이크 장치는 상기 회전력을 정지시킬 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기.
- 제1 항에 있어서,
상기 메인샤프트에 고정되는 상기 허브 어셈블리를 적어도 하나 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
수직축 풍력발전기
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190130839A KR102188879B1 (ko) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 수직축 풍력발전기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190130839A KR102188879B1 (ko) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 수직축 풍력발전기 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102188879B1 true KR102188879B1 (ko) | 2020-12-09 |
Family
ID=73787213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190130839A KR102188879B1 (ko) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 수직축 풍력발전기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102188879B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005009473A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-01-13 | Masato Nakawa | 風を利用した動力装置、回転体及び当該装置に供する好適な羽根部材 |
| KR20110003649A (ko) * | 2009-07-06 | 2011-01-13 | (주)대화유니텍 | 도로 설치형 수직축 풍력발전기 |
| KR101552808B1 (ko) * | 2015-01-30 | 2015-09-11 | 방소윤 | 에너지 발생장치의 저항판구조 |
| KR101626715B1 (ko) * | 2015-03-18 | 2016-06-01 | 원상묵 | 수직형 풍력발전기 |
| KR102072329B1 (ko) * | 2019-06-24 | 2020-01-31 | 최형진 | 수직축 풍력발전기 |
-
2019
- 2019-10-21 KR KR1020190130839A patent/KR102188879B1/ko active IP Right Grant
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