KR19980041042A

KR19980041042A - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR19980041042A
Application number: KR1019960060308A
Authority: KR
Inventors: 심현진
Original assignee: 심현진
Priority date: 1996-11-30
Filing date: 1996-11-30
Publication date: 1998-08-17
Also published as: RU2154189C2; KR100269764B1; US6227803B1; PT892890E; EP0892890A2; EP0892890B1; AU722229B2; WO1998026177A3; WO1998026177A2; AU5192698A; ES2155266T3

Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 수직으로 설치되는 고정지주와; 상기 고정지주에 회전가능하게 설치되는 선회축과; 상기 선회측의 상단에 일체로 선회가능하게 고정설치되는 풍차프레임과, 이 풍차프레임에 수평으로 회전가능하게 지지된 풍차축과, 이 풍차축의 일단에 전후방향으로 회동가능하게 지지되는 날개조립체와, 이 날개조립체를 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체를 회전체에 수직으로 유지하며 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체가 젖혀지도록 지지하는 탄력지지수단이 설치된 풍차날개조립체를 가지는 풍차조립체 및; 상기 풍차축의 타단에 연동설치되어 전기를 발전하는 발전기로 구성되어 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체가 최대 회전력을 효율을 얻을 수 있는 상태로 유지하고 풍속의 설정치 이하일 경우에는 뒤로 젖혀지면서 풍압을 감쇠시켜 풍차조립체 등의 훼손을 방지하면서도 발전을 계속할 수 있도록 한 것이다.

Description

풍력 발전 장치

제1도 내지 제7도는 본 발명에 의한 풍력 발전 장치의일 실시례를 보인 것으로,

제1도는 본 실시례에 의한 풍력 발전 장치의 배면도.

제2도는 제1도의 부분 측면도.

제3도는 제2도의 부분 확대 단면도.

제4도는 풍차날개의 프로파일을 보인 측면도.

제5도는 제4도의 A-A선 단면도.

제6도의 (가) 내지 (마)는 제4도의 B-B선, C-C선, D-D선, E-E선 및 F-F선에 따른 단면도.

제7도는 본 발명에 의한 풍차날개의 가변 작동상태를 보인 부분 확대 단면도.

제8도 및 제9도는 본 발명에 의한 풍력 발전 장치의 다른 실시례를 보인 것으로,

제8도는 본 실시례에 의한 풍력 발전 장치의 사시도.

제9도는 제8도의 정면도.

제10도 내지 제?도는 본 발명에 의한 풍력 발전 장치의 또 다른 실시례를 보인 것으로,

제10도는 본 실시례에 의한 풍력 발전 장치의 사시도.

제11도는 제10도의 평면도.

제12도는 제10도의 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100:고정지주 200:선회축

300:풍차조립체 310:풍차프레임

320:풍차축 330:풍차날개조립체

340:회전체 350:날개조립체

360:비틀림 스프링 400:발전기

410:변속기 419:일방향 클러치 베어링

500:격자프레임 600:부선

700:부선선회축

본 발명은 육상 또는 해상에 설치하여 풍력을 이용하여 전력을 발생시키는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

근래 에너지 문제는 여러 가지 면에서 국제적인 문제로 대두되고 있다. 그중의 하나는 화석에너지의 사용에 따른 대기오염을 들 수 있으며, 다른 하나는 화석에너지의 고갈을 들 수 있다.

따라서 어떠한 문제에 비추어 보더라도 대체 에너지의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이며, 이러한 대체 에너지로서는 상기한 두가지 문제점을 해결할 수 있는 것이어야 함은 두말할 나위도 없는 것이다.

예로부터 전력을 얻는 방법으로서는 수력 발전이 있으나, 이를 위해서는 넓은 지역을 수몰시켜야 하므로 국토의 감소를 초래하게 될 뿐만 아니라 수몰에 따른 자연생태계를 훼손시키는 문제점이 있는 것이다.

한편, 현재 개발되어 이용되고 있는 화석에너지의 대체 에너지로서는 원자력 에너지가 그 주종을 이루고 있으나, 이 또한 핵 폐기물의 처리와 방사능 유출로 인한 피해가 국제 사회에서 커다란 문제점을 논란의 대상이 되고 있으며, 국내에서도 지역이기주의 내지 원자력 발전의 안전성에 대한 불신풍조로 원자력 발전 시설이나 핵 폐기물 재처리 시설을 마련하기 위한장소를 선정하는데 많은 어려움을 격고 있는 실정이다.

또한 이러한 문제점을 배제한 소위 무공해 에너지로서 태양열 에너지를 이용하는 기술이 활발히 연구 개발되고 있으며, 대기권 밖에서는 어느 정도 유효한 전력을 얻을 수 있는 우주정거장이나 인공위성 등에서는 활용되고 있으나, 대기권내에서는 기후에 따라 일조량의 변동이 매우 심하고 대기오염으로 인하여 충분한 일조량을 얻기 어려워 효율성이 높지 않으므로 가정용 난방시설 정도에 국한되어 사용되고 있는 실정이다.

또한 조수간만의 차이를 이용한 조력 발전 방법이 개발되고 있으나, 이 또한 조수간만의 차이가 큰 장소에만 국한되는 것일 뿐 아니라 수요를 충족하는 데는 제약이 뒤따르는 것이었다.

따라서 이러한 실정을 감안하여 파도의 힘(波力)을 이용하는 파력 발전 방법이 개발되고 있으며, 그 일례로서 본 발명자가 창안한 대한민국 특허 제35,913호(대응 미국특허 제5,066,867호)와 이를 개량한 대한민국 특허출원 96-11790호가 있다.

이들 특허의 방법은 해상에 부상시킨 부선이 파도의 진행에 따라 반복적으로 승강되는 힘을 회전력으로 변환시키고 이 회전력을 이용하여 발전기를 구동시키는 것이다.

이러한 파력 발전 방법은 심해에서의 파도는 잔잔하다고 간주하는 경우에도 1m 이상의 파고를 가지는 것이므로 항시 전력을 얻어낼 수 있을 뿐만 아니라 지표면의 78%를 차지하는 해양에 설치되는 것으로서 설치장소의 선정에 거의 제약을 받지 않게 되며, 지상에 설치됨에 따른 지표면 감소를 초래하던 종래의 발전 방법과 비교하여 오히려 지표면의 확장효과를 가져오는 것이다.

또한 상술한 제반 문제점을 가장 효과적으로 배제할 수 있는 방법으로서 풍력 발전이 있으나, 이는 충분한 전력을 얻기 위하여 강한 바람을 필요로 하는 것으로 평상시 충분한 전력을 공급하는데 다소 문제점이 있었다.

특히,이러한 풍력 발전 장치에서는 풍압을 받아 회전하는 날개가 일정한 형상과 각도로 고정된 것으로서 설정 풍압(예컨대, 초속 20m 이하에서의 풍압)이하에서는 소기의 목적을 달성하고 있으나 그 이상의 풍압(초속 60m이상에서의 풍압)을 받는 경우에는 날개가 파손되어 발전이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 설정치 이상의 풍압을 받을 경우 날개가 뒤로 회동되어 풍압을 감쇄시킬 수 있어 발전 효율을 높일 수 있도록 한 풍압 발전 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지표면의 확대 효과 및 설치 장소의 선정에 어려움이 없는 해상은 물론 육상에 설치할 경우에도 설치 장소의 선정에 어려움이 없는 무공해 설비를 제공할 수 있도록 하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 해상에 설치할 경우 상술한 본 발명자에 의한 파력 발전 설비와 결합하여 보다 효율적이고 양질의 전력을 대량으로 얻을 수 있도록 하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적들은 후술하는 상세한 설명으로부터 드러나게 될 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수직으로 설치되는 고정지주와; 상기 고정지주에 회전가능하게 설치되는 선회축과; 상기 선회측의 상단에 일체로 선회가능하게 고정설치되는 풍차프레임과, 이 풍차프레임에 수평으로 회전가능하게 지지된 풍차축과, 이 풍차축의 일단에 전후방향으로 회동가능하게 지지되는 날개조립체와, 이 날개조립체를 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체를 회전체에 수직으로 유지하며 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체가 젖혀지도록 지지하는 탄력지지수단이 설치된 풍차날개조립체를 가지는 풍차조립체 및; 상기 풍차축의 타단에 연동설치되어 전기를 발전하는 발전기를 구비하여서 되는 풍력 발전 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 풍압 발전 장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 풍압 발전 장치를 육상에 설치한 실시례를 보인 것으로, 본 실시례에서는 육상에 설치되는 것이다.

이하의 설명에서는 제1도의 우측으로부터 바람이 불어오는 것으로 하고 이 방향을 전방으로 하여 설명한다.

제1도에 도시한 바와 같이 본 실시례에서는 지면에 고정설치되는 고정지주(100)와, 이 고정지주(100)의 상단에 회전가능하게 지지되는 선회축(200)과, 이 선회축(200)과 일체로 결합되어 선회되면서 풍력에 의한 회전력을 발생시키는 풍차조립체(300)와, 이 풍차조립체(300)에서 발생되는 회전력에 의하여 작동되어 전기를 발생시키는 발전기(400)로 구성된다.

상기 고정지주(100)는 지상에 구축된 기초블럭(110)에 수직으로 설치된다. 이 고정지주(100)는 풍압이나 기타 외력에 대하여 지탱될 수 있다면 그 자체만을 설치하는 것으로 충분하나, 안전을 고려하여 다수의 서포터(120)들에 의하여 지지하도록 되어 있다.

상기 서포터(120)들 역시 상기 기초블럭(110)의 주위에 구축된 다수개(도면에서는 2개만 도시되었으나 실제로는 3개 이상임)의 기초블럭(130)에 하단이 고정되면 상단은 상기 고정지주(100)의 중단부에 연결고정되는 것이다.

상기 기초블럭(110,130)들은 통상적인 방법으로 지상에 타설되며, 상기 고정지주(100)와 서포터(120)들은 일반적인 콘크리트 기초블럭에 지주 등을 설치하는 방법으로 설치되는 것이다.

즉, 상기 고정지주(100)와 서포터(120)들의 하단에는 각각 앵커판(101,121)을 고정부착하고, 상기 기초블럭(110,130)들에 매설되는 앵커볼트(도시되지 않음)를 앵커판(101,121)에 밑에서 위로 관통, 돌출시켜 그 돌출단에 너트(도시되지 않음)를 체결하는 것에 의하여 고정지주(100)와 서포터(120)들이 기초블럭(110,130)들에 고정설치되도록 한다.

여기서 상기 고정지주(100)와 서포터(120)들의 기초블럭(110,130)에 대한 고정 설치 방법은 상술한 방법으로만 국한되는 것은 아니며, 매설 등의 방법을 사용할 수도 있는 것이다.

상기 고정지주(100)는 후술하는 발진기(400)에서 발전된 전기를 중앙제어부(도시되지 않음)으로 송전하기 위한 케이블(도시되지 않음)을 통과시킬 수 있도록 하기 위하여 중공(中空) 관체가 사용되며, 상기 서포터(120)들은 H형강이나 앵글 등의 형강이 사용된다.

상기 고정지주(100)의 중단부에 연결구(140)를 겉으로 끼우고, 이 연결구(140)의 외측면에 돌출된 연결돌편(141)에 서포터(120)의 상단을 볼트와 너트(도시되지 않음)로 체결함으로써 고정지주(100)가 서포터(120)들에 의하여 지지되도록 되어 있다. 상기 연결구(140)에는 고정지주(100)에 겉으로 끼워지는 고정부(142)가 구비되어 이 고정부(142)를 나사(143)으로 조이는 것에 의하여 연결구(140)이 고정지주(100)에 고정되도록 되어 있다.

여기서 상기 고정지주(100)와 서포터(120)들의 연결은 반드시 연결구(140)와 볼트, 너트에 의한 방법으로 한정되는 것은 아니며, 고정지주(100)와 서포터(120)를 견고하게 고정할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.

또한 상기 고정지주(100)는 단일 부재로 구성할 수도 있으나, 그 높이를 고려할때 제1도 및 제3도에 도시한 바와 같이 여러개의 부잴(101)로 분리구성하고 이들을 플랜지부(102) 볼트, 너트(103)로 연결하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 선회축(200)은 제3도에 도시한 바와 같이 그 상하단이 고정지주(100)에 설치되는 베어링(210,220)에 회전가능하게 지지된다. 여기서 상단측 베어링(210)은 선회축(200)의 회전을 원활하게 함과 아울러 트러스트(thrust) 하중을 지탱할 수 있도록 하기 위하여 테이퍼 롤러 베어링을 사용하는 것이 바람직하며, 하단측 베어링(220)은 선회축(200)의 회전을 원활하게 하기 위하여 원통 롤러 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 선회축(200)은 후술하는 발전기(400)에서 발전된 전력을 중앙 제어부(도시되지 않음)으로 송전하기 위한 케이블(도시되지 않음)을 통과시킬 수 있도록 하기 위하여 제3도에 도시한 바와 같이 중공형(中空形) 축이 사용된다.

상기 풍차조립체(300)는 상기 선회축(200)와 일체로 회전되는 풍차프레임(310)과, 이 풍차프레임(310 )에 회전가능하게 설치되는 풍차축(320)과, 이 풍차축(320)의 선단측에 설치되는 풍차날개조립체(330)로 구성된다.

상기 풍차프레임(310)은 상기 선회축(200)과 별도로 제작하여 고정결합할 수 있으나 중량을 줄이고 조립 공정수를 줄이기 위하여 제3도에 도시한 바와 같이 엔지니어링 플라스틱 등에 의하여 일체로 성형하는것이 바람직하다.

상기 풍차프레임(310)은 제3도에 도시한 바와 같이 상기 풍차축(320)을 지지하기 위한 전후 한쌍의 지지판부(311,312)를 가지며, 이 지지판부(311,312)에 상기 풍차축(320)이 한쌍의 베어링(323,324)에 의하여 회전가능하게 지지된다.

또한 풍차프레임(310)의 선단측에는 후술하는 변속기(410)를 설치하기 위한 변속기 하우징부(313)가 형성된다.

상기 베어링(323,324)중 제3도에 도시한 바와 같이 전방측 베어링(323)은 풍차축(320)의 회전을 원활하게 하기 위하여 볼 베어링을 사용하고, 후방측 베어링(324)은 풍차축(320)의 회전을 원활하게 함과 아울러 작동시 발생되는 하중을 지탱할 수 있도록 하기 위하여 원통 롤러 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 풍차축(320)에는 제3도에 도시한 바와 같이 그 후단부에 풍차날개조립체(330)를 결합하기 위한 플랜지부(321)가 형성되고, 선단부에 후술하는 변속기(410)를 결합하기 위한 나사부(322)가 형성된다

상기 풍차날개조립체(330)는 제3도에 도시한 바와 같이 상기 풍차축(320)의 후단부에 결합되는 회전체(3430)와, 이 회전체(340)에 내측단에 전후방향으로 회동가능하게 지지되는 다수개(도면에서는 8개)의 날개조립체(350)와, 이 날개조립체(350)를 상시 전방측으로 탄력지지하는 탄력지지수단으로 구성된다.

상기 회전체(340)는 상기 풍차축(320)의 후단 플랜지부(325)에 결합되는 플랜지부(341)와, 이 플랜지부(341)의 중심부에서 후방측으로 연장되는 축부(342)와, 이 축부(342)의 대략 중단부 외주부에 형성되는 다수개(도면에서는 날개체의 수와 같은 8개)의 날개체 지지편(343)이 일체로 형성된다.

상기 날개체 지지편(343)은 제5도에 도시한 바와 같이 그 축선에 대하여 방사형으로 형성되며, 그 선단에는 날개체 지지홈부(345)를 가지는 한쌍의 힌지편(344)이 형성되어 있다.

상기 힌지편(344)은 도시례와 같이 날개체 지지편(343)과 별도로 제작하여 나사(344a)로 체결할 수도 있으나 날개체 지지편(343)에 일체로 형성할 수도 있는 것이다.

또한 상기 날개체 지지편(343)에는 날개조립체(350)가 전방측에 대하여 풍차축(320)에 직각을 이루는 상태 이상으로 회동되는 것을 방지하기 위한 스토퍼(347)가 형성되어 있다.

상기 날개조립체(350)는 내측단이 상기 날개체 지지편(343) 선단에 전후방향으로 회동가능하게 힌지연결되어 방사상으로 연장되는 날개연결봉(351) 과, 이 날개연결봉(351)에 나사결합되는 날개편(352)으로 구성된다.

상기 날개연결봉(351)의 내측단을 날개체 지지편(343) 선단에 회동가능하게 힌지연결함에 있어서는 날개체 지지편(343) 선단에 형성된 날개체 지지홈부(345)에 날개연결홈(351)의 내측단을 삽입하고, 힌지편(344)과 날개연결봉(351)의 내측단에 힌지핀(346)을 관통시키는 것에 의하여 전후방향으로 회동가능하게 연결하는 것이다.

상기 날개편(352)은 제4도 및 제6도에 도시한 바와 같이 중심부에 외주측으로 갈수록 그 휨각도가 작아지는 형태로 형성된다.

예컨대, 날개편(352)의 단면형상은, 날개조립체(350)의 회전중심으로 선단에 이르는 길이를 4m로 할 경우, 날개조립체(350)의 회전중심에서 1.0m지점인 날개편(352)의 내측단에서의 단면은 제6도의 (가)에 도시한 바와 같이 경사각도 40°로 하고, 이로부터 선단측으로 0.5m 이격된 위치(날개체의 회전중심에서 1.5m 위치)에서의 단면은 제6도의 (나)에 도시한 바와 같이 경사각도를 38°로 하며, 이로부터 선단측으로 0.5m 이격된 위치(날개체의 회전중심에서 2.0m 위치)에서의 단면은 제6도의 (다)에 도시한 바와 같이 36°로 하고, 이로부터 선단측으로 1.0m 이격된 위치(날개체의 중심에서 3.0m 위치)에서의 단면은 제6도의 (라)에 도시한 바와 같이 32°로 하며, 이로부터 선단측으로 1.0m 이격된 위치(날개체의 중심에서 4.0m인 선단 위치)에서의 단면은 제6도의 (마)에 도시한 바와 같이 30°로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 탄력지지수단은 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이 상기 회전체(340)의 축부(342) 선단에 형성된 스프링걸이(347)와 날개연결봉(351)에 설치된 스프링걸이(353)에 각각 걸리는 암(361,362)을 가지는 비틀림 스프링(360)으로 구성된다.

또한 상기 비틀림 스프링(360)은 그 턴부(turn部)(363)를 상기 날개연결봉(351)을 날개체 지지편(43)의 힌지편(344)에 힌지연결하는 힌지핀(346)에 권회되는 상태로 설치하고 그 암(361,362)의 선단을 상기 스프링걸이(347,353)에 유동적으로 지지할 수도 있으나 암(361,362)들이 스프링걸이(347,363)로부터 이탈된 경우 탄력지지 작용을 할 수 없게 되므로 도시례와 같이 턴부(363)를 자유로운 위치에 있도록 하고 암(361,362)들을 스프링걸이(347,353)에 고정하는 것이 바람직하다.

상기 스프링걸이(347,353)는 도시례와 같이 각각 날개체 지지편(343)과 날개 연결봉(351)과 별도로 제작하여 나사(347a,353a)로 체결할 수도 있으나 날개체지지편(343)과 날개연결봉(351)과 일체로 형성할 수도 있는 것이다.

상기 날개축(320) 선단에는 제3도에 도시한 바와 같이 변속기(410)를 거쳐 발전기(400)가 설치된다.

상기 변속기(410)는 풍차프레임(310)의 선단측에 일체로 형성되는 변속기 하우징부(313)내에 설치되는 것으로 날개축(320)의 후단에 고정되는 링기어(411)와, 이 링기어(411)의 내주부에 맞물리는 유성기어(412)와, 이 유성기어(412)와 동축으로 고정된 대경기어(414)와, 이 대경기어(414)에 맞물리는 소경기어(415) 및 이 소경기어(415)에 고정된 출력축(416)으로 구성된다.

상기 링기어(411)는 날개축(320)의 후단에 형성된 나사부(322)를 그 중심에 관통시키고 이 나사부(322)에 너트(418)를 체결하는 것에 의하여 날개축(320)에 고정설치되는 것이고, 상기 유성기어(412)와 대경기어(414)는 전동축(413)의 양단에 고정되어 동축을 이루는 것이며, 상기 출력축(416)은 변속기 하우징부(313)에 회전가능하게 지지되는 것이다.

상기 출력축(416)은 발전기(400)의 축과 일체로 형성되는 것으로, 소경기어(415)와 출력축(416)은 일방향 클러치 베어링(419)으로 연결된다. 일방향 클러치 베어링(419)은 정방향 바람이 불 경우에는 소경기어(415)의 회전력이 출력축(416)에 전달되도록 하며, 순간적인 역풍에 의하여 풍차날개조립체(30)가 역방향으로 회전할 경우 소경기어(415)이 출력축(416) 사이에서 슬립되면서 그 회전력이 출력축(416)에 전달되지 않도록 하여 출력축(416)이 항상 일방향(정방향)으로만 회전하도록 하기 위한 것이다.

또한 상기 출력축(416)에는 플라이휠(417)이 설치되어 그 관성력에 의하여 출력축(416)의 회전이 원활하게 이루어지도록 되어 있다.

상기 발전기(400)는 직류 발전기가 사용되며, 여기서 발전된 전기는 선회축(200)과 고정지주(100)의 내부를 통과하는 케이블(도시되지 않음)에 의하여 중앙제어부(도시되지 않음)에 설치된 배터리(도시되지 않음)에 송전하도록 되어 있다.

상기 풍차조립체(300)에는 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 전,후방측 커버(371,372)에 의하여 씌워져 이물질이 침입하는 것을 방지하도록 되어 있다. 이들 커버(371,372)는 바람의 저항을 최소화하기 위하여 첨예(尖銳)한 유선형으로 형성된다.

또한 상기 발전기(400)는 커버(371)에 고정설치되는 것으로 도시되어 있으나, 풍차프레임(310)에 발전기 마운트를 일체로 형성하여 이에 발전기(400)를 장착할 수도 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 풍력 발전 장치는 하나의 독립 구조물로서 설치할 수도 있으나, 실제적으로 많은 양의 전력을 얻기 위하여는 여러개를 병렬로 설치하여 각각에서 얻어지는 전기를 취합하는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 발전과정을 설명한다.

제1도와 같이 설치된 상태에서 바람이 도면의 우측으로부터 불어오면, 그 풍압에 의하여 날개조립체(350)가 회전하게 되고, 이 날개조립체(350)가 결합되어 있는 회전체(340)이 회전하게 된다.

회전체(340)의 회전력은 회전체(340)의 선단 플랜지부(341)와 이에 결합된 플랜지부(321)를 통하여 전달되어 풍차축(320)이 회전하게 된다.

풍차축(320)이 회전함에 있어서 그 양단부는 풍차프레임(310)에 베어링(323,324)로 지지되어 있으며, 전방측 베어링(323)은 볼베어링으로 되어 있고 후방측 베어링(324)는 원통롤러 베어링으로 되어 있으므로 풍차축(320)은 그 회전이 원활하게 이루어지면서도 풍압에 의한 외력에 견딜 수 있게 되는 것이다.

풍차축(320)의 회전력은 그 후단의 나사부(322)에 너트(418)로 결합되어 있는 변속기(410)의 링기어(411)에 전달되고, 이 링기어(411)에 맞물려 있는 유성기어(312)에 전달되는 과정에서 1차 증속되며, 다시 이 유성기어(412)에 전동축(413)에 의해 동축으로 설치된 대경기어(414)가 회전하게 되고, 이 대경기어(414)에 맞물려 있는 소경기어(415)에 전달되는 과저에서 2차 증속되어 소경되어(415)가 고정되어 있는 출력축(416)에 전달된다.

출력축(416)이 회전함에 따라 이에 결합된 발전기(400)가 가동되어 발전이 이루어지게 된다.

이때, 출력축(416)에는 플라이휠(417)이 설치되어 있으므로 그 관성력에 의하여 지속적인 회전이 이루어지게 된다.

한편, 바람의 방향이 전환되는 경우에는 그 풍압에 의하여 수직축을 중심으로 하는 회전모멘트가 작용하게 되고, 이 회전모멘트에 의하여 풍차조립체(300) 전체가 선회축(200)을 중심으로 선회하여 풍차날개 조립체(330)의 중심축선이 항상 바람의 방향과 일치하게 된다.

선회축(200)을 중심으로 선회하는 과정에서 선회축(200)은 고정지주(100)에 대하여 상하측 베어링(210,220)으로 지지되어 있고, 상부 베어링(210)은 테이퍼 롤러 베어링을 사용하고 있고 하부 베어링(220)은 원통 롤러 베어링을 사용하고 있으므로 풍차조립체(200)의 하중을 지탱하면서 선회축(200)의 선회가 원활하게 이루어지게 된다.

이때, 바람의 방향이 급작스럽게 변경되어 선회축(200)의 선회작동이 미처 이루어지지 않아 날개조립체(50)가 역회전할 경우에는 소경기어(415)와 출력축(416)사이의 일방향 클러치 베어링(419)에서 슬립이 일어나 소경기어(415)의 회전력이 출력축(416)에 전달되지 않고 출력축(416)은 정회전시의 플라이휠(417)의 관성력에 의하여 계속하여 정회전하게 되는 것이다.

한편, 날개조립체(350)은 탄력지지수단에 의하여 그 날개연결봉(351)이 항상 스토퍼(347)에 걸려서 풍차축(320)에 직각을 이루는 상태를 유지하게 되어 풍압에 의하여 회전되는 날개조립체(350)의 회전력 발생 효율이 최대로 유지된다.

여기서 상기 탄력지지수단은 풍속이 초속 20m이내일 경우에는 날개조립체(350)의 회전력 발생 효율이 최대로 되는 상태를 유지시키게 되며, 풍속이 설정치(예컨대, 초속 20m)를 넘어서게 되면 풍압이 탄력지지수단의 탄성력을 이기게 되어 날개조립체(350)는 힌지핀(346)을 중심으로 하여 후방으로 젖혀지게 되어 날개편(352)에 작용하는 풍압을 감쇠시켜 과한 풍압에 의한 날개조립체(350)를 비롯한 풍차조립체(300)의 훼손을 방지하게 된다.

제7도에서 가상선으로 도시한 상태는 풍속이 초속 60m이상일 경우 날개조립체(350)가 후방으로 완전히 젖혀진 상태를 보인 것이다.

이와 같이 날개조립체(350)가 설정치 이상의 풍압에 의하여 후방으로 젖혀진 상태에서 젖혀진 각도만큼 날개조립체(350)에 작용하는 풍압이 감쇠되는 것일 뿐 날개조립체(350)에는 계속하여 회전력이 작용되게 되므로 지속적으로 발전을 수행할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 날개조립체(350)가 풍압에 의하여 후방으로 젖혀지는 과정에서 탄성지지수단을 구성하는 비틀림 스프링(360)은 그 암(361,362)이 각각 회전체(340)의 스프링걸이(347)와 날개연결봉(351)의 스프링걸리(353)에 고정되고 턴부(363)가 자유로운 위치에 있으므로 날개조립체(350)가 급속히 회동되는 경우에도 이탈되는 일이 없게 되는 것이다.

풍압에 의하여 날개조립체(350)가 후방으로 젖혀진 상태에서 다시 풍속이 설정치 이하로 떨어지게 되면, 탄력지지수단의 작용에 의하여 날개조립체(350)는 제7도의 실선표시와 같은 정상적인 상태로 복원된다.

한편, 발전기(400)에서 발전된 직류 전류는 중앙제어부에서 배터리에 충전된 후 변류 및 승압처리되어 사용처로 송전되는 것이다.

제8도 및 제9도는 본 발명을 해상에 설치한 실시례를 도시하는 것으로, 해저면에 설치된 앵커블럭(도시되지 않음)에 앵커와이어(510)로 연결되어 해수면 이하에 부상 설치되는 격자플레임(500)상에 설치되는 고정지주(100)에 상술한 선회축(200)을 회전가능하게 지지하고, 이 선회축(200)의 상부에 상술한 풍차조립체(300)을 설치함으로써 해상에서 풍력 발전을 수행할 수 있도록 함으로써 발전시설 설치를 위한 장소의 선정에 어려움이 없는 해상에 설치하는 것이어서 지표면의 확대효과를 얻을 수 있는 것이며, 선회축(200)과 풍차조립체(300) 및 발전기(400) 등의 구성을 상술한 실시례에서와 같으므로 동일 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.

제10도 내지 제12도는 본 발명은 상술한 본 발명자에 의한 대한민국 특허출원 96-11790호의 파력 발전 장치에 결합함으로써 파력에 의한 발전과 풍력에 의한 발전을 동시에 수행하도록 한 것이다.

본 실시례에서는 제8도 및 제9도의 실시례에서와 같이 해수면 이하에 부상설치된 격자프레임(500)상에 설치되는 고정지주(100)에 부선(600)을 선회가능하게 지지하는 부선선회축(700)상에 상기 선회축(200)을 회전가능하게 설치한 것이며, 여타 구성 부분은 상술한 실시례에서와 동일하므로 동일 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.

제10도 내지 제12도에서 610은 부선에 설치된 펌프이고, 620은 부선(600)을 승강가능하게 지지하는 지지대이며, 800은 펌프(610)에서 발생된 압력유체를 이송하는 압력유체 이송관이다.

본 발명은 상술한 실시례로서만 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.

Claims

수직으로 설치되는 고정지주와; 상기 고정지주에 회전가능하게 설치되는 선회축과; 상기 선회측의 상단에 일체로 선회가능하게 고정설치되는 풍차프레임과, 이 풍차프레임에 수평으로 회전가능하게 지지된 풍차축과, 이 풍차축의 일단에 전후방향으로 회전가능하게 지지되는 날개조립체와, 이 날개조립체를 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체를 회전체에 수직으로 유지하며 풍속이 설정치 이하일 경우에는 날개조립체가 젖혀지도록 지지하는 탄력지지수단이 설치된 풍차날개조립체를 가지는 풍차조립체 및; 상기 풍차축의 타단에 연동설치되어 전기를 발전하는 발전기를 구비하여서 되는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 소정지주는 육상에 고정성치되는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 고정지주는 해수면 이하에 부상 설치되는 격자프레임에 고정설치되는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 고정지주는 해수면 이하에 부상설치되는 격자프레임에 고정설치되고, 상기 선회축은 상기 고정지주에 선회가능하게 설치되어 파도에 의하여 승강하면서 파력 발전용 동력을 발생시키는 부선을 선회지지하는 부선선회축상에 회전가능하게 지지되는 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기풍차날개조립체는 상기 풍차축의 일단에 회전체가 고정설치되고, 상기 날개조립체가 상기 회전체에 형성된 날개조립체 지지편에 전후방향으로 회동가능하게 힌지연결된 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 날개조립체는 상기 날개조립체 지지편에 전후방향으로 회동가능하게 지지되는 날개연결봉과, 이 날개연결봉에 부착되는 날개편으로 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 탄력지지수단은 상기 회전체에 설치된 스프링걸이와 날개조립체에 설치된 스프링걸이에 양측 암이 고정되는 비틀림 스프링임을 것임을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 풍차축과 발전기 사이에는 변속기가 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제8항에 있어서, 상기 변속기는 풍차축에 고정되는 링기어와, 이 링기어의 내주부에 맞물리는 유성기어와, 이 유성기어와 동축으로 고정된 대경기어와, 이 대경기어에 맞물리는 소경기어 및 이 소경기어에 고정되어 발전기축과 동축으로 되는 출력축으로 구 성됨을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제8항에 있어서, 상기 소경기어와 출력축 사이에는 일방향 클러치 베어링이 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 출력축에는 플라이휠이 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.