KR20090071526A - 타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기의 하중이 타워에 수직으로 전달됨과 동시에 발전기의 중량이 최소화되도록 한 풍력발전기에 관한 것으로서, 중앙부에 허브가 형성되고, 상기 허브의 후방 측으로 회전축이 돌출되며, 상기 허브의 외측방으로 다수의 로터블레이드가 결합된 로터; 상기 로터의 후방측으로 타워의 상단에 배치되되, 상기 타워의 직경보다 작은 축방향 길이를 갖고 내측면에 고정자가 결합된 하우징과, 상기 하우징의 내측에 회전 가능하게 결합되어 상기 로터의 회전에 의해 회전 작동되는 회전자로 구성되어 전력을 생산하는 발전기; 상기 타워의 상단에 고정되고, 상기 발전기의 하면 및 후면을 지지하는 지지브래킷;을 포함하여 구성된다.

이에 따라, 발전기의 하중에 의한 타워 및 발전기의 손상을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 발전기의 설치 및 유지 보수가 간편하게 이루어지는 효과를 가지게 된다.

풍력발전기, 증속기

Description

타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기{a wind turbine with a tower fixing type generator}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 하중이 타워에 수직으로 전달됨과 동시에 발전기의 중량이 최소화되도록 한 타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력발전기는 자연의 바람에 의해서 회전되는 로터의 동력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로서, 통상적으로 지면과 이격된 타워의 상단에 바람의 힘에 의해 회전되는 로터와 로터의 회전속도를 증가시키는 증속기 및 증속기에 결합되어 회전되면서 전력을 생산하는 발전기가 순차적으로 결합되어진다.

하지만, 상기와 같이 증속기가 결합되는 경우에는 풍력발전기의 전체적인 구조가 복잡해져 제작 및 유지 보수가 힘들어질 뿐만 아니라, 풍력발전기의 중량이 증가되어 그에 따른 타워의 구조적인 강도 또한 증가되어야 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하고자 본원 출원인에 의해 2006년 3월 24일 자로 출원되어 등록된 한국등록특허 제695012호에서는 증속기가 제외된 풍력발전기의 구조를 제안한 바 있는데, 도 5에 도시된 것과 같이 지면으로부터 일정 높이로 타워(100) 가 설치되고, 상기 타워(100)의 상부측에 허브(201)를 중심으로 다수의 로터블레이드(202)가 고정된 로터(200)가 설치되며, 로터(200)의 후방 측으로는 타워(100)의 결합되어 회전되는 회전축(300)이 베어링(301)에 의해 지지되도록 하고, 회전축(300)의 후방 끝단에 발전기(400)를 결합하고 있다.

또한, 상술한 발전기(400)는 원통형으로 형성된 하우징(401)의 내측 공간에 상기 회전축(300)과 결합되어 회전되는 회전판(402)을 구비하고, 상기 회전판(402)의 외측 끝단 둘레를 따라 회전자(403)가 결합되도록 하며, 하우징(401)의 내측면을 따라 상기 회전자(403)와 전자기 유도 현상을 일으키는 고정자(404)가 결합되도록 하고 있다.

하지만, 상기와 같이 회전축이 타워의 상단을 가로질러 결합된 경우에는 회전축의 길이가 타워의 직경 보다 길어짐에 따라 풍력발전기의 전체적인 중량이 증가될 뿐만 아니라, 회전축의 처짐 및 비틀림이 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 발전기의 하중이 타워에 수직으로 전달됨과 동시에 발전기의 중량이 최소화되도록 한 풍력발전기를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 작업자가 발전기를 통해 허브 측으로 용이하게 접근할 수 있도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 회전축의 굽힘 강성이 증대되도록 하고, 로터가 회전될 때 회전축이 후방으로 이동되는 것이 방지되도록 함과 동시에, 회전축을 지지하는 베어링의 직경이 작으면서도 하우징과의 견고한 결합이 이루어지도록 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙부에 허브가 형성되고, 상기 허브의 후방 측으로 회전축이 돌출되며, 상기 허브의 외측방으로 다수의 로터블레이드가 결합된 로터; 상기 로터의 후방측으로 타워의 상단에 배치되되, 상기 타워의 직경보다 작은 축방향 길이를 갖고 내측면에 고정자가 결합된 하우징과, 상기 하우징의 내측에 회전 가능하게 결합되어 상기 로터의 회전에 의해 회전 작동되는 회전자로 구성되어 전력을 생산하는 발전기; 상기 타워의 상단에 고정되고, 상기 발전기의 하면 및 후면을 지지하는 지지브래킷;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 회전축의 중앙부가 관통되어 상기 허브와 연통된 원통형으로 형 성되고, 상기 회전자의 중앙부에 상기 회전축과 결합되며 양 단부가 개방되고 상기 하우징의 전면으로 돌출되는 원통형의 결합축이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징의 전면 및 후면에 상기 회전축이 삽입되도록 관통된 관통공이 형성되고, 상기 관통공의 내측면에 상기 회전축을 지지하는 베어링이 구비되며, 상기 회전자의 중앙부에 상기 회전축이 삽입되어 결합되는 결합공이 형성되고, 상기 회전축은, 상기 허브와 결합되는 전방 측의 직경이 반대측의 직경 보다 점차 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 발전기의 하중이 타워에 수직으로 전달됨과 동시에 발전기의 중량이 최소화되도록 한 풍력발전기를 제공함으로서, 발전기의 하중에 의한 타워 및 발전기의 손상을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 발전기의 설치 및 유지 보수가 간편하게 이루어지는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 회전축을 원통형으로 형성하여 작업자가 발전기를 통해 허브 측으로 용이하게 접근할 수 있도록 함으로서, 발전기 및 로터의 유지 보수가 더욱 간편해지는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 하우징에 관통공을 형성하고, 회전축이 관통공에 삽입되도록 하여 회전축을 지지하는 베어링의 직경이 작으면서도 하우징과의 견고한 결합이 이루어지도록 함으로서, 베어링의 설치 및 분해보수가 간편하게 이루어지면서 로터의 작동 과정에서 발생되는 진동이 저감되는 효과를 가지게 된다.

또한, 회전축의 길이가 짧아진 만큼 굽힘강성이 증대되고, 전방측 직경이 후 방측 보다 크게 형성되도록 하여 로터가 회전될 때 회전축이 후방으로 이동되는 것이 방지되도록 함으로서, 강풍에 의해 회전축이 휘어지거나 손상되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 발전기가 더욱 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 효과를 가지게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 종단면도로서, 도시된 것과 같이 본 발명은 바람의 힘에 의해 회전되는 로터(20)와 발전기(30) 사이에 별도의 증속기가 결합되지 않고 로터(20)의 회전이 직접 발전기(30)로 연결되도록 한 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 로터(20)의 후방 측으로 타워(10)의 직경보다 좁은 축 길이를 갖는 발전기(30)가 타워(10)의 상단에 결합되되, 발전기(30)를 지지하는 지지브래킷(40)이 별도로 결합되도록 한 풍력발전기에 관한 것이다.

상기 타워(10)는 풍력발전기의 각종 부품을 지면과 이격된 위치에서 지지하는 구조물로서, 강성을 갖는 금속봉재 등으로 형성되도록 하고, 풍속 및 풍량이 큰 높은 위치에서 로터(20)가 배치되도록 하기 위하여 지면과 수직으로 배치되도록 한다.

상기 로터(20)는 바람의 힘에 의해 회전되면서 상기 회전자(33)를 회전 작동시키는 것으로서, 중앙부에 상술한 회전자(33)와 동일 중심을 가지는 허브(21)가 형성되도록 하고, 상기 허브(21)의 후방측으로 회전축(22)이 돌출 결합되도록 하며, 상기 허브(21)의 외측으로 다수의 로터블레이드(23)를 결합하여 바람의 힘에 의해 로터블레이드(23)를 회전시키면 허브(21)가 회전되면서 최종적으로 이에 결합된 회전축(22)이 회전되도록 한다.

상기 발전기(30)는 상기 로터(20)의 회전에 의해 회전되면서 전력을 생산하는 것으로서, 상기 로터(20)의 후방측으로 상기 타워(10)의 상단에 배치되도록 하되, 상기 타워(10)의 직경보다 작은 축방향 길이를 갖는 원통형으로 형성된 하우징(31)과, 상기 하우징(31)의 내측에 회전 가능하게 결합되고 상기 로터(20)와 결합되어 회전되는 회전자(33)로 구성된다.

이때, 상기 하우징(31)의 내측면에는 발전기(30)의 고정자(32)가 고정 배치되도록 함으로써, 회전자(33)와의 전자기 유도에 의한 원활한 전력 생산이 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 하우징(31)의 내측으로 회전축(22)을 지지하는 다수의 베어링(312)이 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 지지브래킷(40)은 상기 발전기(30)가 타워(10)에 견고하게 고정되도록 함과 동시에 발전기(30) 및 로터(20)의 하중이 안정적으로 타워(10)로 전달되도록 하는 것으로서, 후방측이 상향 경사지게 돌출되어 하우징(31)의 후면을 지지하는 후방하중지지부(41)가 형성되도록 하고, 하면이 각각 발전기(30)와 타워(10)에 고정되도록 하여 지지브래킷(40)이 발전기(30)의 하면 및 후면을 동시에 지지하도록 한다.

이때, 상기 하우징(31)의 하면에 고정되는 지지브래킷(40)의 하부측에는 회전축(22)이 로터(20) 방향으로 상향 경사지게 배치되도록 하는 경사지지부(42)를 형성하여 로터(20)의 전방 측 하중에 의해 회전축(22)이 발전기(30)에서 이탈되는 것이 방지되면서 로터(20)의 하중이 지지브래킷(40)으로 전달되도록 하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 발전기(30)의 전체적인 부피가 작아져 풍력발전기의 중량이 최소화될 뿐만 아니라, 로터(20) 및 발전기(30)의 하중의 대부분이 직접 타워(10)로 전달됨으로써, 로터(20) 및 발전기(30)의 손상을 줄일 수 있게 되는 것이다.

더불어, 상술한 회전축(22)은 중앙부가 관통되어 허브(21)와 연통되는 원통형으로 형성되도록 하고, 상기 회전자(33)의 중앙부에 상기 회전축(22)과 결합되도록 발전기(30)의 전방 측으로 돌출된 원통형의 결합축(332)이 형성되도록 한다.

이에 따라, 회전축(22)의 직경이 극대화되어 회전축(22)의 비틀림 강성이 극대화되면서도 회전축(22)의 중량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 관리자가 발전기(30)와 허브(21) 사이를 자유롭게 이동할 수 있게 되어 풍력발전기의 유지 및 보수 작업이 더욱 간편하게 이루어지게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 보인 종단면도로서, 본 실시예에서는 상술한 제1실시예의 구성요소 중 상술한 회전축(22)은 강성을 갖는 금속봉재 등으로 형성되도록 하되, 상기 하우징(31)의 전면 및 후면에는 상기 회전축(22)이 삽입되도록 관통된 관통공(311)이 형성되도록 하고, 상기 관통공(311)의 내측면에 상기 회전축(22)을 지지하는 베어링(312)이 구비되도록 하며, 상술한 회전자(33)의 중앙부에 상기 회전축(22)이 삽입되어 결합되는 관 형상의 결합공(331)이 형성되도록 한다.

이에 따라, 회전축(22)의 전방측 및 후방측이 동시에 하우징(31)에 지지됨으로써, 회전축(22)의 회전 과정에서 발생되는 진동이 방지될 뿐만 아니라, 회전축(22)의 휘어짐을 더욱 효과적으로 방지하고, 베어링(312)의 직경을 최소화할 수 있게 되어 풍력발전기의 유지 및 보수가 간편하게 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 회전축(22)은 허브(21)와 연결되는 전방측의 직경이 그 반대측 끝단보다 점차 커지게 형성되도록 함으로써, 강풍이 불면서 로터(20)가 발전기(30) 측으로 밀릴 때 회전축(22)의 이동 거리가 제한되어 안정적인 전력의 생산이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 보인 종단면도.

도 3은 종래 풍력발전기의 일 예를 보인 종단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 타워

20 : 로터

21 : 허브 22 : 회전축

23 : 로터블레이드

30 : 발전기

31 : 하우징 311 : 관통공

312 : 베어링 32 : 고정자

33 : 회전자 331 : 결합공

332 : 결합축

40 : 지지브래킷

41 : 후방하중지지부 42 : 경사지지부

Claims (3)

1. 중앙부에 허브(21)가 형성되고, 상기 허브(21)의 후방 측으로 회전축(22)이 돌출되며, 상기 허브(21)의 외측방으로 다수의 로터블레이드(23)가 결합된 로터(20);

   상기 로터(20)의 후방측으로 타워(10)의 상단에 배치되되, 상기 타워(10)의 직경보다 작은 축방향 길이를 갖고 내측면에 고정자(32)가 결합된 하우징(31)과, 상기 하우징(31)의 내측에 회전 가능하게 결합되어 상기 로터(20)의 회전에 의해 회전 작동되는 회전자(33)로 구성되어 전력을 생산하는 발전기(30);

   상기 타워(10)의 상단에 고정되고, 상기 발전기(30)의 하면 및 후면을 지지하는 지지브래킷(40);

   을 포함하는 타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전축(22)의 중앙부가 관통되어 상기 허브(21)와 연통된 원통형으로 형성되고,

   상기 회전자(33)의 중앙부에 상기 회전축(22)과 결합되며 양 단부가 개방되고 상기 하우징의 전면으로 돌출되는 원통형의 결합축(332)이 형성된 것을 특징으로 하는 타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징(31)의 전면 및 후면에 상기 회전축(22)이 삽입되도록 관통된 관통공(311)이 형성되고,

   상기 관통공(311)의 내측면에 상기 회전축(22)을 지지하는 베어링(312)이 구비되며,

   상기 회전자(33)의 중앙부에 상기 회전축(22)이 삽입되어 결합되는 결합공(331)이 형성되고,

   상기 회전축(22)은, 상기 허브(21)와 결합되는 전방 측의 직경이 반대측의 직경 보다 점차 크게 형성된 것을 특징으로 하는 타워 상부 고정형 발전기를 갖는 풍력발전기.

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