KR20090068484A - Shaft for a vertical axis wind power generator with multiple blades - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치에 관한 것으로서, 특히, 2단 이상의 블레이드 유니트로 이루어진 수직축 방식의 풍력발전장치에 있어 블레이드의 회전 구동력을 효과적으로 동력축에 전달하기 위한 동력축 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power shaft device for multi-stage wind power generation of a vertical shaft type, and more particularly, to a power shaft device for effectively transmitting the rotational driving force of the blade to the power shaft in the vertical shaft type wind power generator comprising two or more blade units. It is about.
일반적으로 풍력발전은 회전날개의 축 방향의 구성에 따라서 수평축 형식과 수직축 형식으로 구분된다.In general, wind power generation is classified into a horizontal axis type and a vertical axis type according to the axial configuration of the rotor blades.
통상적으로 수평축 형식에서는 수평축에 설치된 회전자가 에어포일 형상의 단면을 갖는 블레이드로 구성되며, 이 블레이드 주변을 흐르는 공기 유동에 의하여 블레이드에 발생하는 공기역학적 힘 중에서 양력을 이용하여 회전동력을 얻는다. 따라서, 양력형 블레이드가 주로 적용되는 수평축 형식에서는 효율을 높이기 위하여 블레이드 설계 시에 높은 양항비를 갖는 에어포일을 선택해야 하며, 따라서 설 계 및 제작에 많은 노력을 필요로 하며 설비가 고가여서 발전량에 비하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.In general, in the horizontal axis type, the rotor installed on the horizontal axis is composed of a blade having an airfoil-shaped cross section, and rotational power is obtained by using lift force among aerodynamic forces generated in the blade by air flow flowing around the blade. Therefore, in the horizontal axis type where lift type blades are mainly applied, airfoils with high lifting ratio should be selected for blade design to increase efficiency. Therefore, much effort is required for design and manufacturing, and the equipment is expensive, so Compared with the economical disadvantages.
또한, 수평축 형식에서는 프로펠러형의 날개가 정력출력을 위하여 풍속이 강해야만 가동이 되며, 따라서 우리나라 내륙에서와 같이 미풍 환경에서는 발전효율이 떨어진다. 또한, 수평형 풍력발전은 고가의 설비와 시설투자비가 소요되어 경제성이 발전량에 비하여 떨어지는 단점이 있다.In addition, in the horizontal axis type propeller-type blades are operated only when the wind speed is strong for the power output, so the power generation efficiency is low in the breeze environment as inland in Korea. In addition, the horizontal wind power generation has a disadvantage in that the economic efficiency is lower than the generation amount due to the expensive equipment and facility investment costs.
반면에, 수직축 형식의 풍력발전은 수직축 상에 블레이드가 설치되며, 이 블레이드에 작용하는 공기역학적 힘 중에서 주로 저항(또는 항력)을 회전력으로 변환하여 동력을 발생시키게 되므로, 양력에 비해 날개의 형상이 단순하여 제작이 매우 쉽고 제작비용이 저렴한 장점이 있다.On the other hand, in the vertical wind power generation, the blade is installed on the vertical axis, and among the aerodynamic forces acting on the blade, power is generated mainly by converting the resistance (or drag) into rotational force, so that the shape of the wing is higher than lift. Simple and very easy to manufacture has the advantage of low production cost.
본 발명의 출원인은 2007년 특허등록 제776319호(2007.11.07.자 등록)에서 수직축 방식의 풍력발전장치를 제안하고 있다.The applicant of the present invention proposes a vertical axis type wind power generator in 2007 Patent Registration No. 776319 (registered on November 7, 2007).
도 1은 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치를 보여주는 도면으로, 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치는 바람에 의해 회전하게 되는 다수의 블레이드는 케이싱(10) 내에 설치된다.1 is a view showing a conventional vertical axis wind power generator, a conventional vertical axis wind turbine is a plurality of blades are rotated by the wind is installed in the casing (10).
케이싱(10)은 블레이드에 대한 역풍을 막을 수 있도록 블레이드를 감싸는 몸체부(11)와, 블레이드에 전달되는 풍속이 증가될 수 있도록 단면적이 좁아지는 축소관 형식의 인렛 가이드부(12)와, 이 인렛 가이드부(12)의 반대편에 위치하여 몸체부(11)에 고정된 확장관 형식의 아웃렛 가이드부(13)로 이루어진다.The
따라서, 인렛 가이드부(12)를 따라 유입된 바람은 몸체부(11) 내에 설치된 블레이드를 회전시킨 후에 아웃렛 가이드부(13)를 따라서 빠져 나온다.Therefore, the wind flowing along the
블레이드가 고정되는 동력축(21)에는 전기를 발생시키기 위한 주지의 교류발전기(30) 또는 컨버터가 연결된 배터리가 연결된다.The
케이싱(10)에는 방향타(14)가 고정되며, 이 방향타(14)는 인렛 가이드부(12)의 개구부 방향과 나란하게 케이싱(10) 상부에 설치됨으로써, 풍향에 따라서 방향타(14)에 의해 케이싱(10)이 회전하여 인렛 가이드부(12)의 개구부가 항상 바람의 방향과 나란하게 위치하게 된다.The
도 2는 본 발명의 풍력발전장치에 있어 케이싱의 횡방향 단면도를 보여주는 도면으로, 몸체부(11)의 가운데는 동력축(21)이 위치하며, 이 동력축(21)에는 다수의 블레이드로 이루어진 블레이드 유니트(40)가 구비된다.Figure 2 is a view showing a cross-sectional view of the casing in the wind power generator of the present invention, the
이와 같이 구성된 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치는 블레이드의 일부가 케이싱(10)에 의해 역풍이 차단되도록 함으로써, 블레이드가 직접 외부에 노출된 경우와 비교하여 블레이드의 회전력을 크게 할 수가 있다.In the conventional vertical shaft type wind power generator configured as described above, a part of the blade is blocked by the back wind by the
그러나, 이러한 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치는 블레이드 유니트가 1단으로 구성되어 큰 발전량을 얻기에는 한계가 있다.However, such a conventional vertical axis type wind power generator has a limitation that a blade unit is composed of one stage to obtain a large amount of power generation.
따라서, 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치에 있어 발전량을 증가시키기 위한 효과적인 방안으로는 블레이드 유니트를 다단으로 구성하여 수직으로 적층하는 구조가 바람직하다.Therefore, in the conventional vertical axis type wind power generator, an effective method for increasing the amount of power generation is preferably a structure in which the blade units are vertically stacked by forming a plurality of blade units.
본 발명은 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치에 있어 발전량을 증가시킬 수 있도록 수직으로 다단 적층된 블레이드 유니트를 구성함에 있어 각 블레이드 유니트에서 발생된 회전력을 효과적으로 동력축으로 전달될 수 있도록 하기 위한 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to configure the vertically multi-stacked blade units in order to increase the amount of power generated in the vertical wind power generator in the conventional vertical axis system to effectively transmit the rotational force generated in each blade unit to the power shaft To provide a multi-stage wind power drive shaft device.
본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치는, 최소한 2단 이상의 블레이드 유니트가 수직으로 적층되는 다단 풍력발전장치의 수직 동력축 장치에 있어서, 축방향을 따라서 2단 이상의 축기어들을 갖는 수직축과; 상기 수직축을 감싸되 상기 축기어들 각각과 치합이 이루어지는 2단 이상의 아이들기어들이 구비된 축하우징과; 상기 축하우징의 외주면에 위치하여 상기 아이들기어들 각각과 내접하여 치합되고 다수의 블레이드가 고정되는 2단 이상의 내접기어들과; 상기 내접기어들을 구획하도록 상기 축하우징에서 수직 연장된 플레이트들을 포함하는 것을 특징으로 한다.The multi-stage wind turbine power shaft device of the present invention is a vertical power shaft device of a multi-stage wind power generator in which at least two or more blade units are vertically stacked, the vertical shaft having two or more shaft gears along the axial direction. and; A celebratory housing having two or more idle gears that are engaged with each of the shaft gears while surrounding the vertical shaft; Two or more internal gears positioned on an outer circumferential surface of the celebration housing and internally engaged with each of the idle gears and fixed with a plurality of blades; And plates extending vertically from the axial housing to partition the internal gears.
본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치는, 2단 이상의 블레이드 유니트가 수직으로 적층된 풍력발전장치를 제작함에 있어 각 블레이드 유니트 의 회전력이 효과적으로 동력축으로 전달될 수 있도록 함으로써 대용량 발전용 풍력발전장치를 얻을 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.Power shaft device for multi-stage wind power generation of the vertical axis type of the present invention, in the manufacture of a wind power generator in which two or more blade units are vertically stacked, so that the rotational force of each blade unit can be effectively transmitted to the power shaft for large capacity power generation It is an invention that has the effect of obtaining a wind power generator.
도 3 내지 도 5(a)(b)(c)는 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치를 보여주는 도면으로, 도 3은 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치를 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 A-A 선의 단면도이며, 도 5(a)(b)(c)는 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.3 to 5 (a) (b) (c) is a view showing a multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method of the present invention, Figure 3 is a multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method of the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of Figure 3, Figure 5 (a) (b) (c) is a view showing another embodiment of a multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis type of the present invention.
<제1실시예>First Embodiment
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치는, 최소한 2단 이상의 블레이드 유니트가 수직으로 적층되는 다단 풍력발전장치의 수직 동력축 장치에 있어서, 축방향을 따라서 2단 이상의 축기어들(111)(112)을 갖는 수직축(110)과; 상기 수직축(110)을 감싸되 상기 축기어들(111)(112) 각각과 치합이 이루어지는 2단 이상의 아이들기어들(121)(122)이 구비된 축하우징(120)과; 상기 축하우징(120)의 외주면에 위치하여 상기 아이들기어들(121)(122) 각각과 내접하여 치합되는 내접기어(131a)(132a)가 구비되며 블레이드(1a)(1b)가 고정되는 2단 이상의 로터들(131)(132)과; 상기 축하우징(120)에서 수직으로 연장되어 상기 로터 들(131)(132)이 안착되는 다수의 플레이트들(141)(142)(143)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The multi-stage wind turbine power shaft device of the present invention is a vertical power shaft device of a multi-stage wind turbine, in which at least two or more blade units are vertically stacked, two or
수직축(110)은 지면에 대해 수직하게 설치되며, 이 수직축의 바깥으로는 축하우징(120)이 마련된다. 수직축(110)과 축하우징(120) 사이에는 수직축(110)의 회전 구동이 원활히 이루어질 수 있도록 주지의 베어링이 구비될 수 있음은 자명하다.The
수직축(110)에는 전기를 발생시키기 위한 주지의 교류발전기 또는 컨버터가 연결된 배터리가 연결된다.The
수직축(110)에는 축방향을 따라서 2단 이상의 축기어들(111)(112)이 구비된다. The
축하우징(120)에는 상기 축기어들(111)(112)과 각각 치합이 이루어지는 2단 이상의 아이들기어들(121)(122)이 마련된다.The
아이들기어(121)(122)는 각각의 회동축(121a)(122a)에 의해 축하우징(120)에 회동 가능하게 구비된다.The
로터(131)(132)는 축하우징(120)의 외주면에 위치하게 되며, 아이들기어들(121)(122) 각각과 내접하는 내접기어(131a)(132a)가 구비되며, 바깥으로는 다수의 블레이드로 이루어진 블레이드 유니트가 고정된다.The
따라서, 블레이드의 회전 구동력은 순차적으로 로터의 내접기어, 아이들기어 및 축기어로 전달되어 수직축(110)을 회전 구동시킨다.Therefore, the rotational driving force of the blade is sequentially transmitted to the internal gear, the idle gear and the shaft gear of the rotor to drive the
각 로터들(131)(132) 사이에는 상하 이웃한 블레이드 유니트들(1a)(1b)을 구획하도록 축하우징(120)에서 수직으로 연장된 플레이트들(141)(142)(143)이 구비된다.Between the
이러한 플레이트들(141)(142)(143)은 블레이드 유니트가 수납되는 풍력발전장치의 케이싱 역할을 하며, 각 로터들(131)(132)이 안착 지지된다.These
특히, 플레이트와 로터 사이에는 주지의 제1베어링(151)이 구비되어, 로터의 회전 구동이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.In particular, a well-known first bearing 151 is provided between the plate and the rotor, so that the rotational drive of the rotor can be performed smoothly.
또한, 로터들과 축하우징 사이에는 주지의 제2베어링(152)이 구비되어, 로터의 회전 구동이 원활히 이루어지도록 한다.In addition, a well-known second bearing 152 is provided between the rotors and the celebratory housing, so that the rotational drive of the rotor is smoothly performed.
다른 한편으로, 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치에 있어, 아이들기어들은 수직축을 축으로 하여 회전 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method of the present invention, the idle gears are characterized in that the rotation axis is arranged symmetrically around the vertical axis.
도 5(a)(b)(c)는 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다5 (a) (b) (c) is a view showing another embodiment of a power shaft device for a multi-stage wind power generation of the vertical axis method of the present invention.
도 5(a)(b)(c)를 참고하면, 2단 이상의 블레이드 유니트의 구성 시에 아이들기어들은 서로 회전 대칭적으로 배치됨으로써, 블레이드가 회동 시에 발생할 수 있는 편심에 의해 수직축 구동 시에 동력 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.5 (a) (b) (c), the idle gears are arranged rotationally symmetrically with each other in the configuration of two or more blade units, so that when the vertical axis is driven by eccentricity that may occur when the blades rotate. Power loss can be prevented from occurring.
예를 들어, 도 5(a)를 참고하면, 2단의 블레이드 유니트의 구성에서는 2개의 아이들기어(121)(122)가 서로 반대 방향(180°)에 위치하도록 하는 것이 바람직하 다.For example, referring to Figure 5 (a), in the configuration of the two-stage blade unit it is preferable that the two
한편, 도 5(b)와 같이 3단의 블레이드 유니트의 구성에서는 3개의 아이들기어들(121)(122)(123)이 서로 120°의 각도를 갖도록 배치되는 것이 바람직하다.On the other hand, in the configuration of the three-stage blade unit as shown in Figure 5 (b) it is preferable that the three
도 5(c)에서는 4단 블레이드 유니트 구성의 바람직한 예를 보여주는 것으로, 4개의 아이들기어들(121)(122)(123)(124)이 서로 90°의 각도를 갖도록 배치되는 것이 바람직하다.5 (c) shows a preferred example of the four-stage blade unit configuration, it is preferable that the four
<제2실시예>Second Embodiment
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치는, 최소한 2단 이상의 블레이드 유니트가 수직으로 적층되는 다단 풍력발전장치의 수직 동력축 장치에 있어서, 축 방향을 따라서 2단 이상의 축기어들(211)을 갖는 수직축(210)과; 상기 수직축(210)과 평행하게 설치되는 축기둥(220)과; 상기 축기어들(211)(212) 각각과 내접하여 치합되는 내접기어(231a)(232a)가 구비되며 블레이드(1a)가 고정되는 2단 이상의 로터들(231)(232)과; 상기 축기둥(220)에서 수직으로 연장되어 상기 로터들(231)(232)이 안착되는 다수의 플레이트들(241)(242)(243)과; 상기 축기둥(220)과 상기 로터들(231)(232) 사이에 구비되는 베어링부재(241)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Next, the multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method according to the second embodiment of the present invention, in the vertical power shaft device of the multi-stage wind turbine generator in which at least two or more blade units are stacked vertically, Therefore, the
수직축(210)은 지면에 대해 수직하게 설치되어 축 방향으로 회동이 이루어지며, 수직축(210)에는 전기를 발생시키기 위한 주지의 교류발전기 또는 컨버터가 연 결된 배터리가 연결된다.The
수직축(110)에는 축방향을 따라서 2단 이상의 축기어들(211)(212)이 구비된다. The
축기둥(220)은 수직축(110)과는 평행하게 지면에 고정 설치되며, 풍력발전 장치에 부설되는 케이싱, 또는 기타 부속물들을 지지하는 구조물의 기능을 한다.The
로터(231)(232)는 축기둥(220)을 중심으로 하여 회동이 이루어진다. 로터(231)(232)의 내측에는 수직축(110) 상의 축기어들(211)(212) 각각과 내접하는 내접기어(231a)(232a)가 구비되며, 외측으로는 다수의 블레이드로 이루어진 블레이드 유니트가 구비된다.The
축기둥(220)에는 수직으로 연장되어 로터들(231)(232)이 안착되어 회전이 이루어질 수 있도록 각 로터들(231)(232) 사이에 플레이트들(241)(242)(243)이 구비된다.In the
이러한 플레이트들(241)(242)(243)은 블레이드 유니트가 수납되는 풍력발전장치의 케이싱 역할을 할 수 있다.These
축기둥(220)과 상기 로터들(231)(232) 사이에는 각각 베어링부재(241)(242)가 구비되며, 이 베어링부재(241)(242)는 로터들(231)(232)이 축기둥(220)을 축으로 하여 원활한 회전 구동이 이루어질 수 있도록 로터들(231)(232)을 지지하게 된다.Bearing
로터의 상부와 하부에는 각각 플레이트들과의 마찰을 저감하면서 로터의 원활한 회전 구동을 보조하기 위한 주지의 베어링(251)이 구비됨은 자명하다.Obviously, the upper and lower portions of the rotor are provided with well-known
이와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치는 블레이드의 회전 구동력이 로터의 내접기어를 통해 축기어로 전달되어 수직축(210)의 회전 구동이 이루어지면서 발전이 이루어진다.In the multi-stage wind turbine power shaft device according to the second embodiment of the present invention as described above, the rotational driving force of the blade is transmitted to the shaft gear through the internal gear of the rotor, so that the power generation is performed while the
상기 실시예에서는 발명의 이해를 돕기 위하여 2단의 블레이드 유니트 구성만으로 설명하였으나, 2단 이상의 블레이드 유니트의 구성에서도 본 발명의 실시예가 동일하게 적용될 수 있음은 자명한 것으로, 상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.In the above embodiment, in order to help the understanding of the present invention has been described with only two-stage blade unit configuration, it is obvious that the embodiment of the present invention can be applied equally to the configuration of two or more blade units, the above embodiment of the present invention As an example for describing the technical idea concretely, the scope of the present invention is not limited to said drawing or embodiment.
도 1은 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치를 보여주는 도면,1 is a view showing a conventional vertical axis wind power generator,
도 2는 종래의 수직축 방식의 풍력발전장치에 있어 케이싱의 횡방향 단면도를 보여주는 도면,Figure 2 is a view showing a cross-sectional side view of the casing in the conventional vertical axis wind turbine,
도 3은 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치를 보여주는 도면,3 is a view showing a multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method of the present invention,
도 4는 도 3의 A-A 선의 단면도,4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 5(a)(b)(c)는 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.Figure 5 (a) (b) (c) is a view showing another embodiment of a power shaft device for a multi-stage wind power generation system of the vertical axis method of the present invention.
도 6은 본 발명의 수직축 방식의 다단 풍력발전용 동력축 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면,6 is a view showing another embodiment of a multi-stage wind turbine power shaft device of the vertical axis method of the present invention,
도 7은 도 6의 B-B 선의 단면도.7 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 수직축 111, 112 : 축기어110:
120 : 축하우징 121, 122 : 아이들기어120:
131, 132 : 로터 131a, 132a : 내접기어131, 132:
141, 142, 143 : 플레이트141, 142, 143: plate
Claims (3)
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---|---|---|---|
KR1020070136125A KR20090068484A (en) | 2007-12-24 | 2007-12-24 | Shaft for a vertical axis wind power generator with multiple blades |
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2007
- 2007-12-24 KR KR1020070136125A patent/KR20090068484A/en not_active Application Discontinuation
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