KR20090071527A - 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기의 고정자와 회전자의 대응 면적이 극대화됨과 동시에 하우징이 타워에 견고하게 결합되고, 발전기 및 로터의 중량이 타워의 수직 하방으로 전달되도록 한 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기에 관한 것으로서, 타워의 상단에 고정되고 일측면이 개방된 원통형으로 형성되고, 상기 타워의 직경 보다 긴 길이를 갖는 하우징; 상기 하우징의 내측에 회전 가능하게 결합되는 원통형의 회전자 및 상기 하우징의 내측면에 고정되는 고정자로 구성된 발전기; 원통형으로 형성되어 상기 회전자의 전면에 결합되는 허브의 외측면에 다수의 로터블레이드가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전되면서 상기 회전자를 회전 작동시키는 로터;를 포함하여 구성된다.

이에 따라, 발전기의 발전 용량이 더욱 향상되고, 풍력발전기의 전체적인 지지 강성이 향상되어 강풍이 불 때에도 발전기가 타워에 견고히 고정된 상태를 유지할 수 있게 되며, 로터를 고정하기 위한 별도의 구조물을 이용하지 않게 되어 풍력발전기의 중량이 감소되는 효과를 가지게 된다.

풍력발전기, 증속기, 직결

Description

타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기{a housing and tower direct coupling type wind turbine}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 고정자와 회전자의 대응 면적이 극대화됨과 동시에 하우징이 타워에 견고하게 결합되고, 발전기 및 로터의 중량이 타워의 수직 하방으로 전달되도록 한 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 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 고정자와 회전자의 대응 면적이 극대화됨과 동시에 하우징이 타워에 견고하게 결합되고, 발전기 및 로터의 중량이 타워의 수직 하방으로 전달되도록 한 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 회전자가 하우징에서 이탈되는 것이 방지됨과 동시에 원활히 회전되도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 관리자가 회전자의 내부를 통해 로터 측으로 접근하는 것이 용이하게 이루어지도록 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 타워의 상단에 고정되고 일측면이 개방된 원통형으로 형성되고, 상기 타워의 직경 보다 긴 길이를 갖는 하우징; 상기 하우징의 내측에 회전 가능하게 결합되는 원통형의 회전자 및 상기 하우징의 내측면에 고정되는 고정자로 구성된 발전기; 원통형으로 형성되어 상기 회전자의 전면에 결합되는 허브의 외측면에 다수의 로터블레이드가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전되면서 상기 회전자를 회전 작동시키는 로터;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 하우징의 후방측에 상기 회전자의 직경보다 작은 직경의 관통공이 형성되고, 상기 회전자의 후방측으로 직경이 좁아지면서 상기 관통공에 회전 가능하게 삽입되는 결합부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 허브와 회전자의 내부 공간이 연통된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 타워의 상단에 원통형의 하우징을 결합하고, 하우징의 전면에 로터가 결합되도록 하여 발전기의 고정자와 회전자의 대응 면적이 극대화됨과 동시에 하우징이 타워에 견고하게 결합되고, 발전기 및 로터의 중량이 타워의 수직 하방으로 전달되도록 한 풍력발전기를 제공함으로서, 발전기의 발전 용량이 더욱 향상되고, 풍력발전기의 전체적인 지지 강성이 향상되어 강풍이 불 때에도 발전기가 타워에 견고히 고정된 상태를 유지할 수 있게 되며, 로터를 고정하기 위한 별도의 구조물을 이용하지 않게 되어 풍력발전기의 중량이 감소되는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 하우징에 관통공을 형성하고, 회전자의 후방 끝단이 관통공에 삽입되도록 하여 회전자가 하우징에서 이탈되는 것이 방지됨과 동시에 원활히 회전되도록 함으로서, 회전자가 회전될 때 회전자가 하우징의 후방측으로 밀려나가는 것을 방지하면서도 하우징의 내부에서 회전자가 안정적인 균형을 이룰 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 허브와 회전자가 연통되도록 하여 관리자가 회전자의 내부를 통해 로터 측으로 접근하는 것이 용이하게 이루어지도록 함으로서, 풍력발전기의 유지 및 보수가 더욱 간편하게 이루어지는 효과를 가지게 된다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 풍력발전기의 종단면도로서, 도시된 것과 같이 본 발명은 바람의 힘에 의해 로터(40)가 회전되면서 회전자(32)를 회전시켜 전력의 생산이 이루어지도록 한 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력발전기의 하우징(20) 자체가 타워(10)의 상단에 고정되면서 하우징(20)의 내부에 발전기(30)가 설치되도록 하고, 발전기(30)에 로터(40)가 결합되도록 한 풍력발전기에 관한 것이다.

상기 타워(10)는 풍력발전기의 각종 부품을 지지하는 구조물로서 강성을 갖는 금속봉재 등으로 형성되도록 하고, 풍속 및 풍량이 큰 높은 위치에 로터(40)가 배치되도록 하기 위하여 지면과 수직으로 배치되도록 한다.

상기 하우징(20)은 후술되는 발전기(30)가 외부로 노출되는 것을 방지함과 동시에 발전기(30)와 로터(40)가 타워(10)에 견고하게 고정되도록 하는 것으로서, 전면이 개방된 원통형으로 형성되도록 하여 내측 공간에 발전기(30)가 설치되도록 한다.

상기 발전기(30)는 전력을 생산하는 것으로서, 상술한 하우징(20)의 내측면에 고정자(31)가 결합되도록 하고, 하우징(20)의 내경과 대응되는 원통형으로 형성되어 하우징(20)의 내측에 삽입되면서 후술되는 로터(40)와 결합되어 회전되는 회전자(32)로 구성되도록 한다.

상기 로터(40)는 바람의 힘에 의해 회전되면서 상기 회전자(32)를 회전 작동시키는 것으로서, 중앙부에 상술한 회전자(32)와 동일 중심을 가지면서 회전자(32) 와 일체로 고정되는 허브(41)가 형성되고, 상기 허브(41)의 외측으로 지면과 수직으로 배치되는 다수의 로터블레이드(42)가 결합되도록 함으로써, 바람에 의해 로터(40)가 회전되면서 회전자(32)를 회전시켜 전력이 생산되도록 한다.

이때, 상기 하우징(20) 및 로터(40)의 축방향 길이는 전체적으로 타워(10)의 직경보다 길게 형성되도록 함으로써, 회전자(32)와 고정자(31)의 대응 면적이 극대화되어 전력 생산량이 향상되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 하우징(20)의 하부측으로는 회전자(32)의 중심이 상향 경사지게 배치되도록 하면서 하우징(20)이 타워(10)에 견고하게 고정되도록 하기 위한 경사부를 형성하는 것도 무방하다.

또한, 상기 하우징(20)의 내측으로는 회전자(32)가 회전 가능하게 지지되도록 하는 하나 이상의 베어링을 구비하여 회전자(32)의 회전 과정에서 발생되는 마찰저항이 최소화되도록 하면서 회전자(32)가 일정한 중심으로 회전되도록 하여 진동에 의한 회전자(32) 및 고정자(31)의 손상이 발생되는 것이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.

더불어, 상술한 하우징(20)의 후방 측으로는 상기 회전자(32)의 직경보다 작은 직경의 관통공(21)이 형성되도록 하고, 원통형으로 형성된 상기 회전자(32)의 후방측 끝단이 상기 관통공(21)에 삽입되도록 점차 좁아지는 직경을 갖는 결합부(33)를 형성함으로써, 회전자(32)가 회전될 때 회전자(32)가 하우징(20)의 후방측으로 밀려나가는 것을 방지하면서도 하우징(20)의 내부에서 회전자(32)가 안정적인 균형을 이룰 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 상기 관통공(21)의 내측으로는 회전자(32)의 후방 측 끝단에 형성된 결합부(33)를 견고하게 지지하면서 원활한 회전이 이루어지도록 하는 베어링을 삽입하는 것이 바람직하다.

더불어, 상기 허브(41)는 내측에 작업자가 직접 접근할 수 있는 공간부가 형성되도록 하되, 상술한 회전자(32)와 결합되는 후방 측 끝단이 개방되도록 하고, 원통형으로 형성된 상기 회전자(32)의 전방측 끝단이 상기 허브(41)의 후방 측 직경과 대응되는 직경으로 형성되면서 전면이 개방되도록 하여, 허브(41)와 회전자(32)가 일체로 결합됨과 동시에 허브(41)와 회전자(32)의 내부 공간이 연통되도록 한다.

이에 따라, 풍력발전기의 유지 및 보수를 위한 작업자가 로터(40)와 발전기(30) 사이를 자유롭게 오갈 수 있게 되어 작업이 더욱 간편하게 이루어질 뿐만 아니라, 허브(41)와 회전자(32)의 결합부(33)에서의 면적모멘트가 증가되어 강성이 더욱 향상되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 종단면도.

도 2는 종래 풍력발전기의 일 예를 보인 종단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 타워

20 : 하우징

21 : 관통공

30 : 발전기

31 : 고정자 32 : 회전자

33 : 결합부

40 : 로터

41 : 허브 42 : 로터블레이드

Claims (3)

1. 타워(10)의 상단에 고정되고 일측면이 개방된 원통형으로 형성되고, 상기 타워(10)의 직경 보다 긴 길이를 갖는 하우징(20);

   상기 하우징(20)의 내측에 회전 가능하게 결합되는 원통형의 회전자(32) 및 상기 하우징(20)의 내측면에 고정되는 고정자(31)로 구성된 발전기(30);

   원통형으로 형성되어 상기 회전자(32)의 전면에 결합되는 허브(41)의 외측면에 다수의 로터블레이드(42)가 결합되어 바람의 힘에 의해 회전되면서 상기 회전자(32)를 회전 작동시키는 로터(40);

   를 포함하는 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징(20)의 후방측에 상기 회전자(32)의 직경보다 작은 직경의 관통공(21)이 형성되고, 상기 회전자(32)의 후방측으로 직경이 좁아지면서 상기 관통공(21)에 회전 가능하게 삽입되는 결합부(33)가 형성된 것을 특징으로 하는 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 허브(41)와 회전자(32)의 내부 공간이 연통된 것을 특징으로 하는 타워 직결형 발전기 하우징이 구비된 풍력발전기.

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