KR102250537B1

KR102250537B1 - Multi type wind turbine

Info

Publication number: KR102250537B1
Application number: KR1020200009309A
Authority: KR
Inventors: 이기학; 강동우; 김동일
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-05-11

Abstract

The present invention provides a multi-type wind power generator which can minimize a wake loss. According to one aspect of the present invention, the multi-type wind power generator comprises: a tower vertically stood to be installed; a plurality of supporter arms fixated to the tower; and a plurality of unit power generation units having a rotor having a plurality of blades and a hub supporting the blade and fixated to the supporter arm. The rotors spaced in a lateral direction can be rotated in different directions.

Description

Multi-type wind power generator {MULTI TYPE WIND TURBINE}

본 발명은 멀티형 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후류 손실을 감소시킬 수 있는 멀티형 풍력 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-type wind power generator, and more particularly, to a multi-type wind power generator capable of reducing wake loss.

풍력발전이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.Wind power generation refers to a power generation method that converts wind energy into mechanical energy (rotation power) using a windmill, and this mechanical energy is converted into electrical energy by driving a generator to obtain power.

풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.Wind power generation is not only the most economical among renewable energy sources developed to date, but also has the advantage of being able to generate electricity using wind, which is an infinite, no-cost clean energy source.Therefore, active investment is being made not only in Europe, but also in the Americas and Asia. to be.

이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.Wind power generators for such wind power generation may be classified into a vertical axis wind power generator and a horizontal axis wind power generator according to the direction of the rotation axis. Until now, horizontal axis wind generators are more efficient and stable compared to vertical axis, so horizontal axis wind generators are mostly applied to commercial wind farms.

통상적인 수평축 풍력발전기는 많은 동력을 얻기 위해서는 블레이드의 크기를 키우거나 블레이드 크기에 상응하는 용량을 갖는 발전기를 장착해야 한다. 하지만, 블레이드가 커지거나 발전기의 용량이 커질수록 블레이드와 발전기의 무게가 증가하게 되어 무거운 블레이드와 발전기를 지지할 타워와 구조물의 규모가 같이 커져야 하며, 블레이드와 발전기를 포함한 발전시설이 무거워지면 그 무게의 지지를 위한 베어링과 같은 부품도 증가해야 하고, 바람의 방향에 따라 회전날개부의 방향을 돌려주는 요(yaw) 동작을 위해 별도의 특수 장치가 설치되어야 한다.A typical horizontal axis wind turbine needs to increase the size of a blade or install a generator having a capacity corresponding to the size of the blade in order to obtain a lot of power. However, as the blade and the generator capacity increase, the weight of the blade and the generator increases, so the size of the tower and structure that will support the heavy blade and the generator must be increased.If the power generation facility including the blade and the generator becomes heavier, the weight The parts such as bearings for supporting the motor must also be increased, and a separate special device must be installed for the yaw operation that turns the direction of the rotor blade according to the direction of the wind.

이로 인해 설치 및 유지비용이 기하급수적으로 증가하게 되며, 이러한 기술적인 난이도와 비용의 증가로 인하여 풍력 발전기의 폭넓은 보급에 막대한 장애를 초래하는 문제점이 있었다.As a result, installation and maintenance costs increase exponentially, and due to the increase in technical difficulty and cost, there is a problem that causes enormous obstacles to the wide spread of wind power generators.

최근에는 하나의 타워 주변에 원주방향을 따라 복수의 단위 발전 유닛을 배치하는 멀티형 풍력 발전기가 알려져 있다. 멀티형 풍력 발전기는, 한 개의 타워에 한 개의 메인 나셀을 설치하고, 메인 나셀에 복수의 서포트 아암을 방사상으로 결합하며, 각 서포트 아암에 단위 발전 유닛을 각각 설치하고 있다. 단위 발전 유닛은 발전기를 포함한 서브 나셀, 서브 나셀에 회전 가능하게 결합되는 로터 및 그 로터에 결합되어 함께 회전하는 블레이드를 포함하고 있다.Recently, a multi-type wind power generator has been known in which a plurality of unit power generation units are arranged in a circumferential direction around one tower. In a multi-type wind power generator, one main nacelle is installed in one tower, a plurality of support arms are radially coupled to the main nacelle, and unit power generation units are installed on each support arm. The unit power generation unit includes a sub nacelle including a generator, a rotor rotatably coupled to the sub nacelle, and a blade coupled to the rotor and rotating together.

풍력발전기는 어느 지역에 있어서 한 대 만 설치될 뿐만 아니라, 다수대가 격자모양 또는 지그재그 모양으로 나란히 늘어서 배치될 수 있으며, 이 경우, 풍향에 따라서는, 하나의 풍력발전장치의 후류 측에 다른 풍력발전기가 배치된다. 그 결과, 하나의 풍력발전기의 로터를 통과하고, 풍속이 늦어진 바람의 흐름(이른바 웨이크)이, 후류측으로 배치된 다른 풍력발전기에 공급되어, 다른 풍력발전기에서의 발전량이 저하(이른바 웨이크 로스(wake loss))할 가능성이 있다.Not only one wind turbine is installed in a certain area, but also a plurality of wind turbines may be arranged side by side in a grid or zigzag shape.In this case, depending on the wind direction, another wind turbine is placed on the downstream side of one wind turbine. Is placed. As a result, the flow of wind (so-called wake), which passes through the rotor of one wind turbine and whose wind speed is lowered, is supplied to another wind turbine arranged on the wake side, so that the amount of power generation in the other wind turbine decreases (so-called wake loss). loss)).

멀티형 풍력 발전기는 각 로터의 추력(thrust force)이 작기 때문에 웨이크(wake)가 멀리 퍼지지 않고 신속하게 회복되는 장점이 있다. 그러나 도 9에 도시된 바와 같이 복수의 로터에서 발생된 후류가 자유류와 혼합되어 소산되지 않고 오히려 중심 부근에서 중첩되어 회전류를 형성하면서 하류 방향으로 멀리 뻗어나가는 문제가 발생할 수 있다.The multi-type wind power generator has an advantage that the wake does not spread far and recovers quickly because the thrust force of each rotor is small. However, as shown in FIG. 9, the wake generated in the plurality of rotors is mixed with the free flow and is not dissipated, but rather overlaps near the center to form a rotational flow and extends further in the downstream direction.

본 발명은 후류 손실을 최소화할 수 있는 멀티형 풍력 발전기를 제공한다.The present invention provides a multi-type wind power generator capable of minimizing wake loss.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 세워져 설치된 타워, 상기 타워에 고정된 복수의 서포터 아암, 및 복수의 블레이드와 상기 블레이드를 지지하는 허브를 포함하는 로터를 구비하며 상기 서포터 아암에 고정된 복수의 단위 발전 유닛을 포함하고, 측방향으로 이격된 상기 로터는 서로 다른 방향으로 회전하며, 상기 단위 발전 유닛은 상기 로터와 결합되며 발전기를 포함하는 서브 나셀을 더 포함하고, 상기 서브 나셀에는 상기 서포터 아암에 대하여 상기 서브 나셀을 회전시키는 틸팅 장치가 설치되며, 상기 틸팅 장치는 바람의 속도가 기 설정된 기준 속도보다 낮은 경우에는 각각의 상기 단위 발전 유닛의 상기 로터들의 회전면이 동일한 평면에 위치하도록 제어하고, 바람의 속도가 상기 기준 속도보다 높은 경우에는 상기 로터들이 바람의 입사면에 대하여 경사지게 회전시킬 수 있다.A multi-type wind power generator according to an aspect of the present invention includes a tower erected and installed, a plurality of supporter arms fixed to the tower, and a plurality of blades and a rotor including a hub supporting the blades, and fixed to the supporter arm. Including a unit power generation unit of, the rotor spaced apart from each other in the lateral direction rotates in different directions, the unit power generation unit further comprises a sub nacelle that is coupled to the rotor and includes a generator, and the sub nacelle includes the supporter A tilting device for rotating the sub nacelle is installed with respect to the arm, and the tilting device controls so that the rotational surfaces of the rotors of each unit power generation unit are located on the same plane when the wind speed is lower than a preset reference speed. If the speed of the wind is higher than the reference speed, the rotors may be rotated obliquely with respect to the incident surface of the wind.

본 발명의 일 측면에 따른 측방향으로 이격된 상기 로터들은 바람의 입사면에 대하여 서로 반대 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.The rotors spaced apart in the lateral direction according to an aspect of the present invention may be disposed to be inclined in opposite directions with respect to the incident surface of the wind.

본 발명의 일 측면에 따른 측방향으로 이격된 상기 로터들은 내측 단부가 외측 단부보다 더 전방으로 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다.The rotors spaced apart in the lateral direction according to an aspect of the present invention may be disposed to be inclined so that an inner end protrudes more forward than an outer end.

본 발명의 일 측면에 따른 상하 방향으로 이격된 상기 로터들은 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다.The rotors spaced apart in the vertical direction according to an aspect of the present invention may rotate in different directions.

본 발명의 일 측면에 따른 대각 방향으로 이격된 상기 로터들은 서로 동일한 방향으로 회전할 수 있다.The rotors spaced diagonally apart according to an aspect of the present invention may rotate in the same direction with each other.

본 발명의 일 측면에 따른 상하 방향으로 이격된 상기 로터들은 바람의 입사면에 대하여 서로 반대 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.The rotors spaced apart in the vertical direction according to an aspect of the present invention may be disposed to be inclined in opposite directions with respect to the incident surface of the wind.

본 발명의 일 측면에 따른 상부에 배치된 상기 로터는 하단이 상단보다 더 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다.The rotor disposed on the upper side according to an aspect of the present invention may be disposed to be inclined so that the lower end protrudes more than the upper end.

본 발명의 일 측면에 따른 하부에 배치된 상기 로터는 상단이 하단보다 더 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다.The rotor disposed at the lower portion according to an aspect of the present invention may be disposed to be inclined so that the upper end protrudes more than the lower end.

본 발명의 일 측면에 따른 측방향으로 이격된 상기 로터는 외측 단부가 내측 단부보다 더 전방으로 전방으로 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다.The rotor, which is laterally spaced apart from one another according to an aspect of the present invention, may be disposed inclined so that an outer end protrudes forward more forward than an inner end.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 로터들은 서로 반대방향으로 회전하는 후류가 합류되면서 소멸되는 후류 감소 영역을 형성할 수 있다.The rotors according to an aspect of the present invention may form a wake reduction region in which wakes rotating in opposite directions join each other and disappear.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 측방향으로 이격된 로터가 서로 다른 방향으로 회전하므로 후류가 서로 밀어내어 자유류와 용이하게 혼합되며 웨이크가 신속하게 소실될 수 있다.As described above, in the multi-type wind power generator according to an aspect of the present invention, since the rotors spaced apart in the lateral direction rotate in different directions, the wakes are pushed out of each other so that the wakes are easily mixed with the free flow, and the wake can be quickly dissipated.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에서 발생한 후류를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 우측면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에서 발생한 후류를 나타낸 도면이다.
도 9은 종래의 멀티형 풍력 발전기에서 발생한 후류를 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a multi-type wind power generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a front view showing a multi-type wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the interior of the unit power generation unit of FIG. 1.
4 is a view showing the wake generated in the multi-type wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
5 is a plan view of a multi-type wind power generator according to a second embodiment of the present invention.
6 is a right side view of a multi-type wind power generator according to a second embodiment of the present invention.
7 is a plan view of a multi-type wind power generator according to a third embodiment of the present invention.
8 is a view showing a wake generated in a multi-type wind power generator according to a third embodiment of the present invention.
9 is a view showing a wake generated in a conventional multi-type wind power generator.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 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 발명에서, '포함하다' 또는 '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. The terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as'include' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some elements in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해 설명한다. Hereinafter, a multi-type wind power generator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 정면도이며, 도 3은 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다. 1 is a perspective view showing a multi-type wind power generator according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a front view showing a multi-type wind power generator according to the first embodiment of the present invention, and Figure 3 is a unit power generation of FIG. It is a diagram showing the interior of the unit.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는, 타워(100), 서포트 아암(500) 및 복수의 단위 발전 유닛(700)을 포함한다. 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)에는, 로터(710)의 회전에 의해 전기를 개별적으로 생산하는 단위 발전 유닛(700)이 복수로 배치되고, 복수의 단위 발전 유닛(700) 각각은 서포트 아암(500)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합될 수 있다.1 to 3, the multi-type wind power generator 10 according to the first embodiment includes a tower 100, a support arm 500, and a plurality of unit power generation units 700. In the multi-type wind power generator 10 according to the present embodiment, a plurality of unit power generation units 700 that individually produce electricity by rotation of the rotor 710 are disposed, and each of the plurality of unit power generation units 700 supports It may be fixedly coupled to the main nacelle 300 through the arm 500.

타워(100)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되며, 복수의 단위 발전 유닛(700) 등을 지지할 수 있다. 타워(100)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(100)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(100) 내부에는 단위 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다. The tower 100 is erected and installed at a certain height from the ground, and may support a plurality of unit power generation units 700 and the like. The tower 100 may have a tubular shape whose diameter increases from the top to the bottom. In this case, the tower 100 may be formed in a multi-stage shape in which a plurality of tubular members are stacked. Meanwhile, inside the tower 100, a staircase, a conveyor or an elevator may be installed to transfer workers or work tools for maintenance of the unit power generation unit 700.

타워(100)는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀(300)과 메인 나셀(300)을 회전 가능하게 지지하는 요잉 시스템을 포함할 수 있다. 메인 나셀(300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100) 하부에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다. 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(support arm, 500)이 방사상으로 결합되며, 복수의 서포트 아암(500) 각각의 단부에는 단위 발전 유닛(700)이 결합될 수 있다. 즉, 메인 나셀(300)이 타워(100)에 대해 회전하는 경우, 메인 나셀(300)과 함께 복수의 단위 발전 유닛(700)도 회전할 수 있다. 이때, 메인 나셀(300)은 원기둥 형상으로 이루어질 수도 있다. The tower 100 may include a main nacelle 300 rotatably installed and a yawing system rotatably supporting the main nacelle 300. The main nacelle 300 is located above the tower 100 and may be rotatably coupled to the lower portion of the tower 100. A plurality of support arms 500 are radially coupled to the main nacelle 300, and a unit power generation unit 700 may be coupled to an end of each of the plurality of support arms 500. That is, when the main nacelle 300 rotates with respect to the tower 100, the plurality of unit power generation units 700 may also rotate together with the main nacelle 300. In this case, the main nacelle 300 may be formed in a cylindrical shape.

서포트 아암(500)은 메인 나셀(300)과 단위 발전 유닛(700)을 서로 연결하는 부재로서, 메인 나셀(300)에서 멀어질수록 직경이 작아지거나, 또는 직경이 균일한 관형 형상일 수 있다. 이때, 서포트 아암(500)에는 단위 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 계단 또는 컨베이어가 설치될 수도 있다. The support arm 500 is a member that connects the main nacelle 300 and the unit power generation unit 700 to each other, and may have a smaller diameter or a tubular shape having a uniform diameter as the distance from the main nacelle 300 increases. At this time, steps or conveyors may be installed on the support arm 500 for maintenance of the unit power generation unit 700.

한편, 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(500)이 결합되는데, 메인 나셀(300)을 정면으로 바라볼 때 타워(100)를 기준으로 타워(100)의 좌측 및 우측에 동일한 개수의 서포트 아암(500)이 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 타워(100)의 좌측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치되고, 타워(100)의 우측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치된다. On the other hand, a plurality of support arms 500 are coupled to the main nacelle 300, the same number of supports on the left and right sides of the tower 100 based on the tower 100 when the main nacelle 300 is viewed directly. Arm 500 is placed. For example, as shown in FIG. 1, two support arms 500 are disposed on the left side of the tower 100, and two support arms 500 are disposed on the right side of the tower 100.

서포트 아암(500)의 단부에 결합되는 단위 발전 유닛(700)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 로터(710), 서브 나셀(sub nacelle, 730), 메인 샤프트(740), 증속기(gearbox, 750), 브레이크(760) 및 발전기(770)를 포함한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 단위 발전 유닛(700)은 발전기와 메인 샤프트가 직접 연결되며 증속기를 갖지 않는 기어리스 타입으로 이루어질 수도 있다.The unit power generation unit 700 coupled to the end of the support arm 500 generates electricity using wind, and the rotor 710, the sub nacelle 730, the main shaft 740, and the gearbox ( It includes a gearbox 750, a brake 760 and a generator 770. However, the present invention is not limited thereto, and the unit power generation unit 700 may be of a gearless type having a generator and a main shaft directly connected to each other and not having a gearbox.

로터(710)는 서브 나셀(730)의 전방에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 로터(710)에서 발생된 회전력이 메인 샤프트(740)를 통해 증속기(750)에 전달된다. 로터(710)는 허브(713)와 복수의 블레이드(711)로 이루어지는데, 허브(713)는 메인 샤프트(740)의 일단에 결합되어 서브 나셀(730)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(711)는 허브(713)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다. The rotor 710 is rotatably installed in front of the sub nacelle 730, and the rotational force generated from the rotor 710 is transmitted to the gearbox 750 through the main shaft 740. The rotor 710 is composed of a hub 713 and a plurality of blades 711, the hub 713 is coupled to one end of the main shaft 740 is rotatably installed on the front of the sub nacelle 730. In addition, the plurality of blades 711 are coupled to the outer peripheral surface of the hub 713 by being spaced apart at predetermined intervals along the circumferential direction.

허브(713)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 블레이드(711)는 바람에 의해 허브(713)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(711)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다. The hub 713 may have a conical shape protruding convexly forward to reduce wind resistance. The blade 711 rotates about the central axis of the hub 713 by the wind. The blade 711 has a streamlined cross section in the width direction, and a space portion may be formed therein.

서브 나셀(730)는 증속기(750), 발전기(770) 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 서브 나셀(730)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다. The sub nacelle 730 is a housing accommodating the gearbox 750, the generator 770, and the like, and may be generally formed in a hexahedral shape. However, the shape of the sub nacelle 730 is not necessarily limited thereto, and may be formed in a cylindrical shape or the like.

메인 샤프트(740)는 로터(710)의 회전력을 증속기(750)로 전달하는데, 고속으로 회전하는 메인 샤프트(740)는 메인 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지된다. The main shaft 740 transmits the rotational force of the rotor 710 to the gearbox 750, and the main shaft 740 rotating at high speed is rotatably supported by a main bearing (not shown).

증속기(750)는 기어를 이용해 블레이드(711)에 의해 회전하는 메인 샤프트(740)의 회전속도를 발전에 적합한 회전속도로 변환하는 장치로, 증속기(750) 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있다. 한편, 증속기어부 내의 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위해 증속기(750) 내에는 증속기용 오일(미도시)이 구비될 수 있다. The gearbox 750 is a device that converts the rotational speed of the main shaft 740 rotated by the blades 711 using a gear into a rotational speed suitable for power generation, and includes a plurality of gears inside the gearbox 750. There is an increase gear (not shown). On the other hand, the oil for the gearbox (not shown) may be provided in the gearbox 750 for lubrication and cooling of a plurality of gears in the gearbox part.

브레이크(760)는 증속기(750)와 인접한 위치에 배치되어, 메인 샤프트(740)의 회전력을 제어할 수 있다. 이때, 브레이크(760)는 디스크 방식이 주로 사용될 수 있다. The brake 760 is disposed at a position adjacent to the gearbox 750 to control the rotational force of the main shaft 740. In this case, the brake 760 may be mainly used in a disk type.

발전기(770)는 입력되는 회전에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치로, 그 내부에 회전축에 연결 고정된 회전자(미도시) 및 고정자(미도시)가 구비된다. 회전자가 고정자 주위로 고속 회전함으로써 전기를 발생시키게 된다. The generator 770 is a device that generates electricity using input rotational energy, and includes a rotor (not shown) and a stator (not shown) connected to a rotating shaft and fixed therein. The rotor generates electricity by rotating at high speed around the stator.

도 2에 도시된 바와 같이 측방향으로 이격된 로터(710)는 서로 다른 방향으로 회전하도록 설치된다. 즉, 좌측에 배치된 로터(710)가 반시계 방향으로 회전하면 우측에 배치된 로터(710)는 시계 방향으로 회전할 수 있다.As shown in FIG. 2, the rotors 710 spaced laterally are installed to rotate in different directions. That is, when the rotor 710 disposed on the left rotates counterclockwise, the rotor 710 disposed on the right may rotate clockwise.

또한, 상하방향으로 이격된 로터들(710)은 서로 다른 방향으로 회전하도록 설치된다. 상부에 배치된 로터(710)가 시계방향으로 회전하면 우측에 배치된 로터(710)는 반시계방향으로 회전할 수 있다. 또한, 대각방향으로 이격된 로터들(710)은 서로 동일한 방향으로 회전하도록 설치될 수 있다. 여기서 서로 다른 방향으로 회전하는 로터들(710)의 블레이드(711)의 회전면은 동일한 평면 상에 위치할 수 있다.In addition, the rotors 710 spaced apart in the vertical direction are installed to rotate in different directions. When the rotor 710 disposed on the upper side rotates in a clockwise direction, the rotor 710 disposed on the right side may rotate in a counterclockwise direction. In addition, the rotors 710 spaced diagonally apart may be installed to rotate in the same direction with each other. Here, the rotation surfaces of the blades 711 of the rotors 710 rotating in different directions may be located on the same plane.

도 4에 도시된 바와 같이 측방향으로 이격된 로터들(710)이 서로 다른 방향으로 회전하면 측방향으로 이웃하는 후류들 사이에 척력이 작용하고 서로 밀어내게 된다. 이에 따라 후류들이 중심 부근에서 중첩되어 하류 방향으로 멀리 퍼져나가는 것을 방지할 수 있다. As shown in FIG. 4, when the rotors 710 spaced apart in the lateral direction rotate in different directions, a repulsive force acts and pushes each other between adjacent wakes in the lateral direction. Accordingly, it is possible to prevent the wakes from overlapping near the center and spreading farther in the downstream direction.

또한, 상하방향으로 이격된 로터들(710)이 서로 다른 방향으로 회전하면 상하방향으로 이웃하는 후류들 사이에 척력이 작용하고 서로 밀어내게 되어 후류가 자유류와 합류하여 신속하게 소멸될 수 있다.In addition, when the rotors 710 spaced apart in the vertical direction rotate in different directions, a repulsive force acts and pushes each other between neighboring wakes in the vertical direction, so that the wake joins the free flow and can be quickly extinguished.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해서 설명한다. Hereinafter, a multi-type wind power generator according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 우측면도이다.5 is a plan view of a multi-type wind power generator according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a right side view of a multi-type wind power generator according to the second embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기는 타워(100), 서포트 아암(500), 단위 발전 유닛(700)을 포함한다. 단위 발전 유닛(700)은 로터(710)와 서브 나셀(730)을 포함하며, 로터(710)는 블레이드(711)와 블레이드(711)를 지지하는 허브(713)를 포함할 수 있다.5 and 6, the multi-type wind turbine generator according to the second embodiment includes a tower 100, a support arm 500, and a unit power generation unit 700. The unit power generation unit 700 includes a rotor 710 and a sub nacelle 730, and the rotor 710 may include a blade 711 and a hub 713 supporting the blade 711.

측방향으로 이격된 로터(710)는 서로 반대방향으로 회전하되 바람의 입사면(S11)에 대하여 서로 반대 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 즉, 측방향으로 이격된 로터들(710)은 내측 단부가 외측 단부보다 더 전방으로 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다. 여기서 블레이드의 회전면이 바람의 입사면(S11)에 대하여 측방향으로 이루는 경사각(A11)은 5도 내지 20도로 이루어질 수 있다.The rotors 710 spaced apart in the lateral direction rotate in opposite directions to each other, but may be disposed to be inclined in opposite directions with respect to the incidence surface S11 of the wind. That is, the rotors 710 spaced apart in the lateral direction may be disposed to be inclined so that the inner end protrudes more forward than the outer end. Here, the inclination angle A11 formed by the rotation surface of the blade in the lateral direction with respect to the incident surface S11 of the wind may be made from 5 degrees to 20 degrees.

이와 같이 측방향으로 이격된 로터들(710)의 내측 단부가 외측 단부보다 더 돌출되도록 경사지게 배치되면 측방향으로 이웃하는 후류들이 서로 멀어지는 방향으로 진행하여 후류가 신속하게 소멸될 수 있다.When the inner ends of the rotors 710 spaced apart in the lateral direction are disposed to be inclined to protrude more than the outer ends, the wakes adjacent to each other in the lateral direction proceed in a direction away from each other, so that the wakes can be quickly dissipated.

또한, 상하방향으로 이격된 로터들(710)은 서로 반대방향으로 회전하되 바람의 입사면(S11)에 대하여 서로 반대 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 즉, 상부에 배치된 로터(710)는 하단이 상단보다 더 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있으며, 하부에 배치된 로터(710)는 상단이 하단보다 더 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다. 여기서 블레이드의 회전면이 바람의 입사면(S11)에 대하여 이루는 상하방향으로 이루어지는 경사각(A12)은 5도 내지 20도로 이루어질 수 있다.In addition, the rotors 710 spaced apart in the vertical direction rotate in opposite directions, but may be disposed to be inclined in opposite directions with respect to the incident surface S11 of the wind. That is, the rotor 710 disposed on the upper side may be disposed inclined so that the lower end protrudes more than the upper end, and the rotor 710 disposed at the lower side may be disposed so that the upper end protrudes more than the lower end. Here, the inclination angle A12 made in the vertical direction formed by the rotation surface of the blade with respect to the incident surface S11 of the wind may be made from 5 degrees to 20 degrees.

이와 같이 상하방향으로 이격된 로터들(710)이 서로 다른 방향으로 경사지게 배치되면 상하방향으로 이웃하는 후류들이 서로 멀어지는 방향으로 진행하여 후류가 자유류와 혼합되어 신속하게 소멸될 수 있다.When the rotors 710 spaced apart in the vertical direction are arranged to be inclined in different directions, the wakes adjacent in the vertical direction proceed in a direction away from each other, so that the wake may be mixed with the free flow and quickly disappear.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해서 설명한다. Hereinafter, a multi-type wind power generator according to a third embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에서 발생한 후류를 나타낸 도면이다.7 is a plan view of a multi-type wind power generator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing a wake generated in the multi-type wind power generator according to the third embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기는 타워(100), 서포트 아암(500), 단위 발전 유닛(700)을 포함한다. 단위 발전 유닛(700)은 로터(710)와 서브 나셀(730)을 포함하며, 로터(710)는 블레이드(711)와 블레이드(711)를 지지하는 허브(713)를 포함할 수 있다. 또한, 서브 나셀(730)에는 서포트 아암(500)에 대하여 서브 나셀(730)을 회전시키는 틸팅 장치(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 틸팅 장치는 바람의 입사면(S11)에 대한 로터(710)의 경사각을 조절한다. 바람의 속도가 기준 속도보다 낮은 경우에는 틸팅 장치가 로터(710)의 회전면들이 동일한 평면 상에 위치하도록 제어할 수 있으며, 바람의 속도가 기준 속도보다 높은 경우에는 틸팅 장치가 로터(710)를 바람의 입사면(S11)에 대하여 경사지게 회전시킬 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, the multi-type wind turbine generator according to the third embodiment includes a tower 100, a support arm 500, and a unit power generation unit 700. The unit power generation unit 700 includes a rotor 710 and a sub nacelle 730, and the rotor 710 may include a blade 711 and a hub 713 supporting the blade 711. In addition, a tilting device (not shown) for rotating the sub nacelle 730 with respect to the support arm 500 may be installed on the sub nacelle 730. This tilting device adjusts the inclination angle of the rotor 710 with respect to the incident surface S11 of the wind. When the wind speed is lower than the reference speed, the tilting device can control the rotating surfaces of the rotor 710 to be located on the same plane, and when the wind speed is higher than the reference speed, the tilting device winds the rotor 710 It can be rotated obliquely with respect to the incident surface (S11) of.

측방향으로 이격된 로터들(710)은 서로 반대 방향으로 회전하되 바람의 입사면(S11)에 대하여 서로 반대 방향으로 경사지게 배치되도록 제어될 수 있다. 즉, 측방향으로 이격된 로터들(710)은 외측 단부가 내측 단부보다 더 전방으로 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다. 여기서 블레이드(711)의 회전면이 바람의 입사면(S11)에 대하여 이루는 경사각(A21)은 5도 내지 20도로 이루어질 수 있다.The rotors 710 spaced apart in the lateral direction rotate in opposite directions to each other, but may be controlled to be disposed to be inclined in opposite directions with respect to the incidence surface S11 of the wind. That is, the rotors 710 spaced apart in the lateral direction may be disposed to be inclined so that the outer end protrudes more forward than the inner end. Here, the inclination angle A21 formed by the rotation surface of the blade 711 with respect to the wind incidence surface S11 may be 5 degrees to 20 degrees.

이와 같이 측방향으로 이격된 로터들(710)의 외측 단부가 내측 단부보다 더 돌출되도록 경사지게 배치되면 측방향으로 이웃하는 후류들이 서로 가까워지는 방향으로 진행하여 후류가 합류한다. 서로 반대방향으로 회전하는 후류가 합류하면 합류된 지점에서 후류가 혼합되면서 소멸되는 후류 감소 영역(DIA)이 형성되며 후류 감소 영역(DIA)은 후방으로 갈수록 점진적으로 증가한다. When the outer ends of the rotors 710 spaced apart in the lateral direction are disposed to be inclined to protrude more than the inner ends, the wakes adjacent to each other in the lateral direction proceed in a direction closer to each other and the wakes merge. When the wakes rotating in opposite directions merge, the wakes are mixed at the point where they are joined to form a wake reduction region DIA that disappears, and the wake reduction region DIA gradually increases toward the rear.

도 9에 도시된 바와 같이 종래의 풍력발전기는 로터들이 동일한 방향으로 회전하므로 후류가 중첩된 영역에서 와류가 형성될 수 있다. 그러나 본 제3 실시예와 같이 로터들(710)이 서로 반대 방향으로 회전하면 후류들이 중첩된 영역에서 빠르게 소멸될 수 있다.As shown in FIG. 9, since the rotors rotate in the same direction in a conventional wind turbine, a vortex may be formed in an area where the wake overlaps. However, as in the third embodiment, when the rotors 710 rotate in opposite directions to each other, the wakes may quickly disappear in the overlapping region.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes can be made to the present invention by means of the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.

10: 멀티형 풍력 발전기
100: 타워
300: 메인 나셀
500: 서포트 아암
700: 단위 발전 유닛
710: 로터
713: 허브
711: 블레이드
730: 서브 나셀
740: 메인 샤프트
750: 증속기
760: 브레이크
770: 발전기10: Multi-type wind power generator
100: tower
300: main nacelle
500: support arm
700: unit power generation unit
710: rotor
713: hub
711: blade
730: sub nacelle
740: main shaft
750: gearbox
760: brake
770: generator

Claims

Erected towers;
A plurality of supporter arms fixed to the tower; And
A plurality of unit power generation units having a rotor including a plurality of blades and a hub supporting the blades and fixed to the supporter arm;
Including,
The rotors spaced laterally rotate in different directions,
The unit power generation unit further includes a sub nacelle coupled to the rotor and including a generator,
A tilting device for rotating the sub nacelle with respect to the supporter arm is installed in the sub nacelle,
The tilting device controls so that the rotational surfaces of the rotors of each unit power generation unit are located on the same plane when the wind speed is lower than a preset reference speed, and when the wind speed is higher than the reference speed, the rotors Multi-type wind power generator, characterized in that rotating obliquely with respect to the incident surface of the wind.

The method of claim 1,
The rotors spaced apart in the lateral direction are multi-type wind power generators, characterized in that the rotors are arranged to be inclined in opposite directions with respect to the incident surface of the wind.

The method of claim 2,
The rotors spaced apart in the lateral direction are multi-type wind power generators, characterized in that the rotors are arranged inclined so that the inner end protrudes more forward than the outer end.

The method of claim 1,
Multi-type wind power generator, characterized in that the rotors spaced apart in the vertical direction rotate in different directions.

The method of claim 1,
The rotors spaced diagonally apart from each other rotate in the same direction as a multi-type wind power generator.

The method of claim 1,
The rotors spaced apart in the vertical direction are arranged to be inclined in opposite directions with respect to the incident surface of the wind.

The method of claim 1,
The rotor disposed on the top is a multi-type wind power generator, characterized in that the lower end is obliquely disposed so as to protrude more than the upper end.

The method of claim 7,
The rotor disposed at the lower portion is a multi-type wind power generator, characterized in that the upper end is obliquely disposed so as to protrude more than the lower end.

The method of claim 1,
The rotor spaced apart in the lateral direction is a multi-type wind power generator, characterized in that inclined so that the outer end protrudes forward more forward than the inner end.

The method of claim 1,
The rotors are multi-type wind power generators, characterized in that forming a wake reduction region that disappears as wakes rotating in opposite directions join each other.