KR102326425B1

KR102326425B1 - 도시형 풍력발전기

Info

Publication number: KR102326425B1
Application number: KR1020210014829A
Authority: KR
Inventors: 홍순원; 홍경식; 홍정식
Original assignee: 홍순원; 홍경식; 홍정식
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-11-17

Abstract

도시형 풍력발전기를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기는 타워의 상부에 회전 가능하게 설치되며 발전장치를 내장한 나셀; 나셀의 회전축에 설치되며 방사형으로 연장된 복수의 블레이드를 갖춘 로터; 및 로터의 전방에 방사형으로 설치되며 복수의 블레이드 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절하는 복수의 가이드날개를 갖춘 유입기류 조절장치를 포함한다.

Description

도시형 풍력발전기{URBAN TYPE WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 블레이드 쪽으로 불어오는 바람의 방향을 조절하여 효율을 향상시킬 수 있고, 강풍으로부터 블레이드를 보호할 수 있는 도시형 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기는 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로, 온실가스 저감을 위한 청정에너지원으로 각광받고 있다.

통상의 풍력발전기는 지면에 수직으로 설치된 타워(tower)와, 타워의 상부에 회전 가능하게 설치되며 발전장치를 내장한 나셀(nacelle)과, 나셀의 회전축에 연결되며 방사형으로 연장된 복수의 블레이드를 갖춘 로터(rotor)를 포함할 수 있다.

이러한 풍력발전기는 로터가 불어오는 바람과 마주하도록 나셀이 회전하고, 유동하는 기류가 복수의 블레이드를 회전시킴으로써 나셀 내부의 발전장치를 동작시켜 발전을 한다.

그러나 이러한 풍력발전기는 기류의 방향과 세기가 수시로 변하기 때문에 로터의 회전을 안정적으로 유지하기 어려워 발전효율을 높이는데 한계가 있다. 또 태풍과 같은 강한 바람이 불어올 경우 블레이드들에 작용하는 부하가 너무 크기 때문에 블레이드가 파손될 수 있다.

본 발명의 일 측면은 블레이드 쪽으로 불어오는 바람의 방향을 조절하여 효율을 향상시킬 수 있고, 강풍으로부터 블레이드들을 보호할 수 있는 도시형 풍력발전기를 제공하고자 한다.

또한 운용중 발생 가능한 안전사고로부터 인명과 재산을 보호하고, 시각적으로 외관상 안정감을 줄 수 있는 도시형 풍력발전기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타워의 상부에 회전 가능하게 설치되며 발전장치를 내장한 나셀; 상기 나셀의 회전축에 설치되며 방사형으로 연장된 복수의 블레이드를 갖춘 로터; 및 상기 로터의 전방에 방사형으로 설치되며 상기 복수의 블레이드 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절하는 복수의 가이드날개를 갖춘 유입기류 조절장치;를 포함하는 도시형 풍력발전기가 제공될 수 있다.

상기 유입기류 조절장치는 상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축을 각각 회전 가능하게 지지하는 외측지지링; 상기 외측지지링을 지지하도록 상기 나셀로부터 상기 외측지지링 쪽으로 연장되며 외측지지링에 고정된 복수의 지지부재; 그 중심이 상기 로터의 중심과 일치하도록 설치되며 상기 복수의 가이드날개 내측 단에 마련된 축을 각각 회전 가능하게 지지하는 내측지지링; 상기 내측지지링으로부터 방사형으로 연장되며 상기 내측지지링과 상기 외측지지링을 연결하는 복수의 연결부재; 및 상기 복수의 가이드날개를 회전시켜 각도를 조절하도록 상시 외측지지링 또는 상기 내측지지링에 설치된 날개각 조절장치;를 더 포함할 수 있다.

상기 날개각 조절장치는 상기 외측지지링의 외면에 둘레방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 랙기어; 상기 랙기어와 치합된 피니언기어; 상기 피니언기어를 회전시켜 상기 랙기어를 이동시키는 모터; 상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축으로부터 반경방향으로 연장된 날개연결부; 상기 복수의 가이드날개의 날개연결부와 연결되고 한쪽 단이 상기 랙기어와 연결되며 상기 랙기어의 이동에 의해 상기 복수의 날개연결부를 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 회전시키는 견인줄; 및 상기 견인줄의 반대편 단부에 연결되며 상기 견인줄을 역방향으로 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 역으로 회전시키는 복원스프링;을 포함할 수 있다.

상기 날개각 조절장치는 상기 내측지지링의 내부에 진퇴 가능하게 설치된 랙기어; 상기 랙기어와 치합된 피니언기어; 상기 피니언기어를 회전시켜 상기 랙기어를 이동시키는 모터; 상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축으로부터 반경방향으로 연장된 날개연결부; 상기 복수의 가이드날개의 날개연결부와 연결되고 한쪽 단이 상기 외측지지링으로부터 상기 내측지지링 쪽으로 연장되어 상기 랙기어와 연결되며 상기 랙기어의 이동에 의해 상기 복수의 날개연결부를 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 회전시키는 견인줄; 및 상기 견인줄의 반대편 단부에 연결되며 상기 견인줄을 역방향으로 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 역으로 회전시키는 복원스프링;을 포함할 수 있다.

상기 날개각 조절장치는 상기 내측지지링 내부의 상기 복수의 가이드날개 내측 단에 마련된 축에 각각 결합된 복수의 피동기어; 상기 복수의 피동기어와 치합되도록 상기 내측지지링 내에 설치된 구동기어; 및 상기 구동기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터;를 포함할 수 있다.

상기 날개각 조절장치는 상기 외측지지링 외부의 상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축에 각각 결합된 복수의 피동기어; 상기 복수의 피동기어와 치합되도록 상기 외측지지링 외측에 회전 가능하게 설치된 링기어; 및 상기 링기어와 치합된 상기 피동기어 중 하나를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.

상기 도시형 풍력발전기는 상기 나셀로부터 후방으로 연장된 방향타 연결부; 상기 방향타 연결부에 회전 가능하게 연결된 방향타; 및 상기 방향타를 회전시키는 방향타 구동부;를 포함하고, 상기 방향타 구동부는 상기 방향타의 회전연결부에 마련된 피동기어; 상기 피동기어와 치합된 상태로 상기 방향타 연결부에 설치된 구동기어; 상기 방향타 연결부에 설치되며 상기 구동기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기는 유입기류 조절장치가 로터의 블레이드 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절할 수 있기 때문에 바람이 약하거나 불안정한 경우에도 구동효율을 향상시킬 수 있고, 강풍으로부터 로터의 블레이드들을 보호할 수 있다.

본 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기는 로터의 정면이 바람으로 방향과 어긋날 경우 방향타를 조절하여 나셀을 회전시킬 수 있고, 이를 통해 로터의 정면과 바람의 방향이 일치하도록 할 수 있기 때문에 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기는 유입기류 조절장치가 로터를 전체적으로 감싸는 구조를 이루기 때문에, 블레이드의 파손시 파편이 외부로 유출되는 것을 차단하고 블레이드의 회전동작이 외부로 잘 드러나지 않도록 할 수 있다. 따라서 도시형 풍력발전기는 운용중 브레이드 파손과 같은 안전사고로부터 주위의 인명과 재산을 보호함은 물론 시각적으로도 외관상 안정감을 줄 수 있게 되므로, 도시형으로 채용됨에 있어서 총체적인 안정감을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 전체적인 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 유입기류 조절장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 날개각 조절장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 유입기류 조절장치의 내측지지링이 로터의 허브에 지지되는 예를 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 유입기류 조절장치의 동작에 따라 로터의 블레이드 쪽으로 유동하는 기류의 변화를 각각 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 날개각 조절장치의 변형 예를 나타낸다.
도 9는 도 8의 A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 날개각 조절장치의 다른 변형 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 날개각 조절장치의 또 다른 변형 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 평면도로 방향타의 동작상태를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기의 방향타 구동부를 나타낸 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 도시형 풍력발전기는 타워(10), 나셀(20), 로터(30), 유입기류 조절장치(40), 방향타(80), 방향타 구동부(90)를 포함할 수 있다.

타워(10)는 하단이 지면에 고정된 상태에서 수직으로 설치될 수 있고, 하단으로부터 상단으로 갈수록 직경이 점차 감소하는 원통형태일 수 있다.

나셀(20)은 회전연결부(15)에 의해 타워(10) 상단에 회전 가능하게 설치된다. 나셀(20)의 내부에는 로터(30)의 동작에 의해 얻어진 회전력을 전기에너지로 변환하기 위한 장치들이 설치된다. 즉 나셀(20) 내에는 기어박스, 발전장치, 제어장치 등이 설치될 수 있다. 나셀(20)의 전방에는 기어박스로부터 외측으로 연장된 회전축(21)이 마련된다.

로터(30)는 나셀(20)의 회전축(21)에 고정된 허브(31)와, 허브(31)로부터 방사형으로 연장되도록 설치된 복수의 블레이드(32)를 포함한다. 로터(31)는 나셀(20)의 회전에 의해 전면이 불어오는 바람과 대면하도록 위치할 수 있고, 바람에 의해 회전하여 회전축(21)을 회전시킴으로써 나셀(20) 내에서 발전이 이루어지도록 한다.

유입기류 조절장치(40)는 로터(30)의 전방에 설치되며, 복수의 블레이드(32) 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 유입기류 조절장치(40)는 복수의 가이드날개(41), 외측지지링(42), 복수의 지지부재(43), 내측지지링(44), 복수의 연결부재(45), 날개각 조절장치(50)를 포함할 수 있다.

복수의 가이드날개(41)는 폭이 좁고 길이가 긴 형태로 마련될 수 있고, 로터(30)의 전방에 방사형으로 배치된다. 가이드날개(41)의 수는 로터(30)의 블레이드(32) 수보다 많을 수 있다.

외측지지링(42)은 내경이 로터(30)의 외경보다 크게 마련되고, 복수의 가이드날개(41) 및 복수의 블레이드(32) 외측을 포위하는 형태일 수 있다. 외측지지링(42)은 복수의 가이드날개(41) 외측 단에 마련된 축(41a)을 각각 회전 가능하게 지지한다. 외측지지링(42)은 복수의 가이드날개(41) 및 로터(30)의 외측을 포위함으로써 복수의 가이드날개(41)를 지지하는 기능 뿐 아니라, 전방으로부터 불어오는 바람을 로터(30) 쪽으로 유도하여 로터(30)의 회전효율을 향상시키는 기능도 한다.

복수의 지지부재(43)는 외측지지링(42)을 지지하도록 나셀(20)로부터 방사형으로 연장되며 외측 단이 외측지지링(42)에 고정된다. 따라서 외측지지링(42)은 나셀(20)로부터 연장된 복수의 지지부재(43)와 연결되므로 복수의 지지부재(43)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다.

내측지지링(44)은 그 중심이 로터(30)의 허브(31) 중심과 일치하도록 허브(31)의 전방에 설치되며, 복수의 가이드날개(41) 내측 단에 마련된 축(41b)을 각각 회전 가능하게 지지한다. 내측지지링(44)은 외경이 허브(31)의 외경과 유사한 크기로 마련될 수 있다.

복수의 연결부재(45)는 도 2에 도시한 바와 같이, 내측지지링(44)으로부터 방사형으로 연장되며 내측지지링(44)과 외측지지링(42)을 연결한다. 복수의 연결부재(45)는 복수의 가이드날개(41) 사이에 각각 배치될 수 있고, 내측지지링(44)의 외면을 외측지지링(42)과 연결함으로써 내측지지링(44)이 안정적으로 지지되도록 한다.

내측지지링(44)은 도 4에 도시한 바와 같이, 그 중심으로부터 로터(30)의 허브(31) 중심으로 연장되어 허브(31)의 중심에 회전 가능하게 지지되는 지지축(47)을 포함할 수도 있다. 지지축(47)은 허브(31)의 중심에 설치된 베어링(34)을 매개로 상대 회전 가능하게 지지된다. 이처럼 내측지지링(44)이 지지축(47)에 의해 지지되면, 복수의 가이드날개(41)가 흔들림 없이 더욱 안정적으로 지지될 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 날개각 조절장치(50)는 복수의 가이드날개(41)를 동시에 회전시켜 로터(30)의 블레이드(32) 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절할 수 있다. 날개각 조절장치(50)는 랙기어(51), 피니언기어(53), 모터(54), 날개연결부(55), 견인줄(56), 복원스프링(57), 복수의 지지롤(58)을 포함할 수 있다.

랙기어(51)는 도 3에 도시한 바와 같이, 외측지지링(42)의 외면에 둘레방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 랙기어(51)는 외측지지링(42)의 외면에 마련된 가이드레일(52)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.

피니언기어(53)는 랙기어(51)와 치합된 상태로 모터(54)의 축에 결합되고, 모터(54)는 외측지지링(42)의 외면에 고정된다. 모터(54)는 감속기어장치와 브레이크(54a)를 포함할 수 있다. 따라서 모터(54)는 동작 후 브레이크(54a)에 의해 회전이 제한될 수 있고 브레이크(54a)에 의한 제동이 해제될 때 회전할 수 있다.

날개연결부(55)는 복수의 가이드날개(41) 외측 단에 마련된 축(41a)으로부터 축의 반경방향으로 소정길이 연장된다.

견인줄(56)은 복수의 가이드날개(41)의 날개연결부(55)와 각각 연결되고, 한쪽 단이 랙기어(51)와 연결된다. 따라서 모터(54)의 동작에 의해 랙기어(51)가 이동하면 견인줄(56)이 견인되면서 각 가이드날개(41)와 연결된 날개연결부(55)가 회전하게 되므로 가이드날개(41)가 회전한다.

복수의 지지롤(58)은 견인줄(56)이 외측지지링(42) 외면과 이격된 상태를 유지하면서 원활히 견인될 수 있도록 외측지지링(42) 외면에 설치된 상태에서 견인줄(56)을 지지한다.

복원스프링(57)은 도 2에 도시한 바와 같이, 한쪽이 견인줄(56)의 반대편 단부에 연결되고 다른 쪽이 외측지지링(42) 외면에 마련된 스프링지지부(59)에 고정된다. 복원스프링(57)은 모터(54)의 브레이크(54a)의 제동이 해제될 때 견인줄(56)을 역방향으로 견인함으로써 복수의 가이드날개(41)가 역방향으로 회전하도록 한다.

도 2는 상측의 두 가이드날개(41)와 하측의 두 가이드날개(41)를 각각 별도로 동작시킬 수 있도록 두 날개각 조절장치(50)가 상측과 하측에 각각 설치된 것이나, 날개각 조절장치(50)는 하나로 구성되어 전체 가이드날개(41)가 모두 하나의 견인줄(56)에 연결되는 방식일 수도 있다.

이러한 날개각 조절장치(50)는 로터(30)의 블레이드(32) 쪽으로 불어오는 바람의 상태에 따라 기류의 방향을 조절하도록 가이드날개(41)의 각도를 조정함으로써 로터(30)의 회전효율을 향상시킬 수 있고, 강풍으로부터 블레이드들(32)을 보호할 수 있다.

날개각 조절장치(50)의 동작에 의해 복수의 가이드날개(41)는 도 5에 도시한 바와 같이, 로터(30)의 회전방향과 교차하는 방향을 향하도록 위치할 수 있다. 이때 가이드날개들(41)에 의해 유도되는 기류는 블레이드(32)의 받음면(32a)과 경사를 유지하며 블레이드(32) 쪽으로 유동하여 블레이드(32)를 회전시킬 수 있다. 바람의 상태가 안정적인 경우에는 도 5에 도시한 예처럼 가이드날개(41)의 각도를 유지할 수 있다.

바람의 상태가 상대적으로 약한 경우에는 바람이 블레이드(32)에 미치는 영향이 약하기 때문에 로터(30)의 회전이 불안정하거나 미흡할 수 있다. 이러한 경우 복수의 가이드날개(41)는 도 6에 도시한 바와 같이, 로터(30)의 회전방향으로 회전한다. 이때는 가이드날개들(41)에 의해 유도되는 기류가 블레이드(32)의 받음면(32a)과 거의 수직을 이루며 블레이드(32)의 받음면(32a) 쪽으로 유동하여 블레이드(32)를 회전시킬 수 있다. 이때는 가이드날개(41)에 의해 유도되는 기류가 블레이드 받음면(32a)을 가압하는 힘이 크기 때문에 바람이 약한 경우에도 로터(30)를 원활히 회전시킬 수 있다. 즉 풍력에너지를 로터(30)의 회전에너지로 회수하는 효율을 향상시킬 수 있다.

태풍처럼 바람의 세기가 매우 강한 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 가이드날개들(41)에 의해 유도되는 기류의 방향이 블레이드(32)의 방향과 거의 평행한 상태가 되도록 가이드날개(41)가 역으로 회전할 수 있다. 이때는 기류가 블레이드(32)에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 블레이드들(32)을 강풍으로부터 보호할 수 있다. 이 경우 로터(30)는 거의 회전하지 않는다.

이처럼 본 실시 예의 풍력발전기는 유입기류 조절장치(40)가 로터(30)의 블레이드(32) 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절할 수 있기 때문에 바람이 약하거나 불안정한 경우에도 구동효율을 향상시킬 수 있고, 강풍으로부터 로터(30)의 블레이드들(32)을 보호할 수 있다.

도 8과 도 9는 다른 형태의 날개각 조절장치(60) 를 나타낸다. 도 8과 도 9의 날개각 조절장치(60)는 내측지지링(44) 내부에 마련된다.

날개각 조절장치(60)는 내측지지링(44) 내부의 복수의 가이드날개(41) 내측 단에 마련된 축(41b)에 각각 결합된 복수의 피동기어(61)와, 복수의 피동기어(61)와 치합되도록 내측지지링(44) 내에 설치된 구동기어(62)와, 구동기어(62)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터(63)를 포함한다.

복수의 피동기어(61)와 구동기어(62)는 베벨기어일 수 있다. 모터(63)는 내측지지링(44)의 전면을 덮는 커버(44a)의 내면에 고정된 상태에서 구동기어(62)를 회전시킬 수 있다.

도 8과 도 9의 날개각 조절장치(60)는 모터(63)에 의해 구동기어(62)가 회전할 때 각 가이드날개(41)의 축(41b)에 결합된 복수의 피니언기어(61)가 동시에 회전하므로 복수의 가이드날개(41) 날개각도를 동시에 조정할 수 있다.

도 10은 또 다른 형태의 날개각 조절장치(70)를 나타낸다. 도 10의 날개각 조절장치는 외측지지링(42) 외부의 복수의 가이드날개(41) 외측 단에 마련된 축(41a)에 각각 결합된 복수의 피동기어(73)와, 복수의 피동기어(73)와 치합되도록 외측지지링(42) 외측에 회전 가능하게 설치된 링기어(71)와, 링기어(71)와 치합된 피동기어(73) 중 하나를 회전시키도록 외측지지링(42)의 하측에 설치된 모터(74)를 포함할 수 있다.

링기어(71)는 외측지지링(42)의 외측을 포위하는 링형태로 마련되고, 외측지지링(42) 외면에 설치된 복수의 가이드부재(72)에 의해 외측지지링(42)에 회전 가능하게 지지된다. 모터(74)는 유입기류 조절장치(40)의 무게 중심이 하측에 위치할 수 있도록 외측지지링(42)의 하부에 설치될 수 있댜. 모터(74)는 하나의 피동기어(73)를 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 링기어(71)를 회전시킴으로써 복수의 피동기어(73)를 동시에 회전시킬 수 있고, 이를 통해 복수의 가이드날개(41) 날개각도를 동시에 조정할 수 있다.

도 11은 또 다른 형태의 날개각 조절장치(50A)를 나타낸다. 도 11의 날개각 조절장치(50A)는 도 2의 날개각 조절장치(50) 변형 예로 두 랙기어(51a), 모터(54a), 피니언기어(53a)가 내측지지링(44) 내부에 마련되고, 외측지지링(42)의 외측으로부터 내측지지링(44) 쪽으로 연장된 견인줄들(56)이 두 랙기어(51a)에 각각 연결된 형태다.

모터(54a)는 내측지지링(44) 내에 고정되고, 피니언기어(53a)는 모터(54a)의 축에 결합된다. 두 랙기어(51a)는 피니언기어(53a)와 각각 치합된 상태에서 내측지지링(44) 내에 진퇴 가능하게 지지된다.

따라서 도 11의 날개각 조절장치(50A)는 모터(54a)의 동작에 의해 피니언기어(53a)가 회전하면, 두 랙기어(51a)가 상반되게 이동하면서 양측 견인줄(56)을 견인하게 되므로 도 2의 예와 마찬가지로 각 가이드날개(41)를 회전시킬 수 있다.

도 12와 도 13은 나셀(20)의 후방에 마련된 방향타(80) 및 방향타 구동부(90)를 나타낸다. 도 12와 도13에 도시한 바와 같이, 본 실시 예의 풍력발전기는 나셀(20)로부터 후방으로 소정길이 연장된 방향타 연결부(25), 방향타 연결부(25)에 회전 가능하게 연결된 방향타(80), 방향타(80)를 회전시키는 방향타 구동부(90)를 포함한다.

방향타(80)는 일단이 방향타 연결부(25)에 횡방향으로 회전 가능하게 연결된 상태에서 후방으로 소정길이 연장되는 연장부(81)와, 연장부(81)의 후단에 마련된 꼬리날개(82)를 포함할 수 있다.

방향타 구동부(90)는 방향타(80)의 회전연결부분에 마련된 피동기어(91)와, 피동기어(91)와 치합된 상태로 방향타 연결부(25)에 설치된 구동기어(92)와, 방향타 연결부(25)에 고정된 상태에서 구동기어(92)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터(93)를 포함할 수 있다. 방향타 구동부(90)는 모터(93)의 동작에 의해 구동기어(92)가 회전하여 피동기어(91)를 회전시킴으로써 방향타(80)를 좌우로 회전시킬 수 있다.

따라서 본 실시 예의 도시형 풍력발전기는 로터(30)의 정면이 바람의 방향과 어긋날 경우 방향타(80)를 조절하여 나셀(20)을 회전시킬 수 있고, 이를 통해 로터(30)의 정면과 바람의 방향이 일치하도록 할 수 있기 때문에 효율을 향상시킬 수 있다.

또 풍력발전기의 과출력이 우려될 경우, 방향타(80)는 방향타 구동부(90)에 의해 로터(30)의 정면이 바람의 방향과 더 어긋나는 방향으로 회전함으로써, 블레이드(32)에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 방향타(80)의 회전 동작은 발전효율의 향상은 물론, 블레이드(32)를 포함하는 장치의 전반적인 내구성의 향상에도 기여할 수 있다.

참고로, 유입기류 조절장치(40)는 수력발전기에도 채용이 가능할 수 있다. 즉 유입기류 조절장치(40)는 유입수류 조절장치가 되어 수력발전기 로터의 블레이드 쪽으로 유동하는 수류의 방향을 조절하도록 수력발전기에 설치될 수 있다. 유입수류 조절장치는 외측지지링이 지지부재를 통해 발전장치의 하우징으로 연결되는 형태로 수력발전기에 설치될 수 있다.

이때도 유입수류 조절장치에 의한 발전효율 향상 및 블레이드 보호 효과는 화력발전기에서와 거의 유사하게 발휘될 수 있다.

또 이에 따르면, 유입기류 조절장치나 유입수류 조절장치는 발전기 로터의 블레이드 쪽으로 유동하는 유체의 방향을 조절하는 유입유체 흐름 조절장치가 될 수 있다.

10: 타워, 20: 나셀,
21: 회전축, 25: 방향타 연결부,
30: 로터, 32: 블레이드,
40: 유입기류 조절장치, 41: 가이드날개,
42: 외측지지링, 43: 지지부재,
44: 내측지지링, 45: 연결부재,
50,50A, 60, 70: 날개각 조절장치, 51, 51a: 랙기어,
53,53a: 피니언기어, 54,54a: 모터,
55: 날개연결부, 56: 견인줄,
57: 복원스프링, 58: 지지롤,
61: 피동기어, 62: 구동기어,
63: 모터, 71: 링기어,
80: 방향타, 90: 방향타 구동부.

Claims

타워의 상부에 회전 가능하게 설치되며 발전장치를 내장한 나셀;
상기 나셀의 회전축에 설치되며 방사형으로 연장된 복수의 블레이드를 갖춘 로터; 및
상기 로터의 전방에 방사형으로 설치되며 상기 복수의 블레이드 쪽으로 유동하는 기류의 방향을 조절하는 복수의 가이드날개를 갖춘 유입기류 조절장치;를 포함하고,
상기 유입기류 조절장치는,
상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축을 각각 회전 가능하게 지지하는 외측지지링;
상기 외측지지링을 지지하도록 상기 나셀로부터 상기 외측지지링 쪽으로 연장되며 외측지지링에 고정된 복수의 지지부재;
그 중심이 상기 로터의 중심과 일치하도록 설치되며 상기 복수의 가이드날개 내측 단에 마련된 축을 각각 회전 가능하게 지지하는 내측지지링;
상기 내측지지링으로부터 방사형으로 연장되며 상기 내측지지링과 상기 외측지지링을 연결하는 복수의 연결부재; 및
상기 복수의 가이드날개를 회전시켜 각도를 조절하도록 상시 외측지지링 또는 상기 내측지지링에 설치된 날개각 조절장치;를 더 포함하는 도시형 풍력발전기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 날개각 조절장치는,
상기 외측지지링의 외면에 둘레방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 랙기어;
상기 랙기어와 치합된 피니언기어;
상기 피니언기어를 회전시켜 상기 랙기어를 이동시키는 모터;
상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축으로부터 반경방향으로 연장된 날개연결부;
상기 복수의 가이드날개의 날개연결부와 연결되고 한쪽 단이 상기 랙기어와 연결되며 상기 랙기어의 이동에 의해 상기 복수의 날개연결부를 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 회전시키는 견인줄; 및
상기 견인줄의 반대편 단부에 연결되며 상기 견인줄을 역방향으로 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 역으로 회전시키는 복원스프링;을 포함하는 도시형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 날개각 조절장치는,
상기 내측지지링의 내부에 진퇴 가능하게 설치된 랙기어;
상기 랙기어와 치합된 피니언기어;
상기 피니언기어를 회전시켜 상기 랙기어를 이동시키는 모터;
상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축으로부터 반경방향으로 연장된 날개연결부;
상기 복수의 가이드날개의 날개연결부와 연결되고 한쪽 단이 상기 외측지지링으로부터 상기 내측지지링 쪽으로 연장되어 상기 랙기어와 연결되며 상기 랙기어의 이동에 의해 상기 복수의 날개연결부를 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 회전시키는 견인줄; 및
상기 견인줄의 반대편 단부에 연결되며 상기 견인줄을 역방향으로 견인하여 상기 복수의 가이드날개를 역으로 회전시키는 복원스프링;을 포함하는 도시형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 날개각 조절장치는,
상기 내측지지링 내부의 상기 복수의 가이드날개 내측 단에 마련된 축에 각각 결합된 복수의 피동기어;
상기 복수의 피동기어와 치합되도록 상기 내측지지링 내에 설치된 구동기어; 및
상기 구동기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터;를 포함하는 도시형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 날개각 조절장치는,
상기 외측지지링 외부의 상기 복수의 가이드날개 외측 단에 마련된 축에 각각 결합된 복수의 피동기어;
상기 복수의 피동기어와 치합되도록 상기 외측지지링 외측에 회전 가능하게 설치된 링기어; 및
상기 링기어와 치합된 상기 피동기어 중 하나를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터;를 포함하는 도시형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 나셀로부터 후방으로 연장된 방향타 연결부;
상기 방향타 연결부에 회전 가능하게 연결된 방향타; 및
상기 방향타를 회전시키는 방향타 구동부;를 포함하고,
상기 방향타 구동부는,
상기 방향타의 회전연결부에 마련된 피동기어;
상기 피동기어와 치합된 상태로 상기 방향타 연결부에 설치된 구동기어;
상기 방향타 연결부에 설치되며 상기 구동기어를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터;를 포함하는 도시형 풍력발전기.