KR20100127991A - 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 개의 모터를 사용하는 풍속에 구애받지 않는 풍력발전기에 관한 것으로서, 풍속이 적을때는 모터가 좌측에 구비된 공회전기어 와 연결되어 메인헤리컬기어 와 일체형으로 구비된 링기어를 회전 시켜 상기 링기어에 연결된 유성기어가 자전운동을 하여 필요동력을 얻으며, 풍속이 과할때는 모터가 우측에 구비된 공회전기어 와 연결되어 유성기어와 일체형으로 구비된 헤리컬기어를 회전시켜 유성기어는 공전운동을 하여 필요동력을 조절하며 계절적, 지역적 풍속에 영향 없이 가동되는 고효율 풍력발전기에 관한 것이다.

유성기어, 헤리컬기어, 풍력발전기, 모터

Description

풍력발전기{Wind generator}

본 발명은 풍속이 전혀 없는 상태에서도 설치된 변속모터에 의해서 강제로 회전시키며 그 회전력을 유성기어장치를 통해서 그속도가 조절되고 다시 증속기를 통하여 발전에 적절한 속도로 전환(증속)되어 발전기를 돌려 균일한 발전을 하는 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 풍력을 이용하여 발전기를 가동하는 것으로서,

기존의 풍력 발전기는 평균풍속이 최소 3m/SEC 이상이 되는 지역이 아니면 풍력 발전기로서의 경제성을 얻기가 힘든 것으로 확인되고 있다.

또한, 계절적으로도 풍속의 크기가 크게 차이가 있어서 가동율을 높이기 위해 높은 산의 정상이나 바닷가 등 일부 한정된 지역에 설치를 해야되는 실정으로서 설치지역에 많은 제약을 받고있으며 풍속이 갑자기 높아졌을 때는 조정장치로서 날개를 유압식으로 접었다 폈다 하면서 속도를 조정하므로 정확성이 떨어지고 제조원ㄱ나가 높아지며, 설치지역이 한정되어 있어서, 발전기 제작비 보다도 설치비가 오히려 2배 이상 드는 문제점이 있어왔다.

예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호 제10-760995호에는 지중에 기소로 고정되면서 지면으로 돌출되어 소정의 높이로 구성되는 기둥(11)에 조립되는 발전장치(20)의 회전축(19)에 회전날개(18)가 조립으로 구성되면서, 상기 회전날개(18)를 풍력에 의한 회전으로 발전기(20)의 가동으로 발전을 하는 풍력발전기에 있어서,기둥(11)의 하측부위에서 확대되면서 형성되는 입구(13)로 연결되는 통로(29)를, 단면이 역나팔형으로 점차 축소되면서 형성하는 통로(29)를 구성하는 벽면(32)을 기둥(11)의 하측부위에 조립구(45)와 베아링(35)과 하우징(36)으로 조립되면서 연결하면서 1차 만곡관(33)으로 만곡되면서 기둥(11)의 상측부위에 하측방향으로 조립구(45)와 베아링(35)과 하우징(36)으로 조립되면서 연결되는 통로(29)는 2차만곡관(34)으로 만곡되면서 출구(14)로 구성함을 특징으로 하는 풍력 유도 장치가 구비된 풍력 발전기가 공개되어 있고,

동 공보 공개번호 2003-0097570호에는 두 개의 관속에 하나는 풍력기 또 하나는 발전기로 연결하고, 상기 축전기에서 전기를 공급하고, 상기 전동모터는 유압펌프로 구동하고, 상기 유압 유는 고압파이프로 통과하여 풍력기에 부착된 노즐에서 상기 유압 유는 추진 임펠러로 향해 분사하면 추진 임펠러가 구동하면서 상기 추진 임펠러 와 동축으로 연결된 풍력 임펠러 와 풍력가속 임펠러는 풍력 압축 임펠라가 동시에 구동한다. 일단은 풍력기 후팬에 풍력 발전기를 장착하고, 상기 풍력기에서 풍력을 발전기를 향해 풍력을 압축하면 발전기 임펠라 와 풍력기 와는 반 시계 방향으로 역회전하면서 전기를 증가 발전하는 구조가 기재되어 있으며,

동 공보 등록번호 제10-667232호에는 권선형 회전자 유도 발전기|상기 발전 기에 결합되어 필드 방위 제어를 이용하여 발전기 토크를 제어하는 토크 제어기| 및상기 발전기에 결합되어 발전기 회전자 속도를 기초로 피치 조절을 수행하고 상기 토크 제어기와 무관하게 동작하는 피치 제어기를 포함하는 가변 속도 풍력 터빈 시스템이 기술되어 있고,

동 공보 등록번호 제10-420537호에는 풍력발전기에서, 두 개의 회전자의 축에 연결한 회전주축(2)에 기어전동장치(6)를 각각 설치하고, 두 개의 입력측으로 구비된 유성기어장치(3)의 태양기어(10)와 링기어(7)는, 좌우에 설치한 기어전동장치 축(11)으로부터 각각 회전력을 공급받아서, 각각 맞물려 있는 유성기어(8)을 회전시켜서 회전력을 결합하고, 결합된 회전력을 유성기어장치(3)의 출력측으로 구비한 케리어(9)에 축이음 된 동력전달장치를 통하여 하나의 발전장치에 공급함으로서, 전력을 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 회전력 결합장치 가 공개되어 있음을 알 수 있다.

종래의 풍력 발전기는 풍속에 영향이 크므로 산의 정상이나 바닷가 등 일부 한정된 지역에 설치를 해야되는 실정으로서 설치지역에 많은 제약을 받고 있으므로 작은 변속모터 한 개로 풍속을 증·감속 하여 계절적 요인에 관계없이 높은 발전효율을 가진 풍력발전기를 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 풍속이 적을때는 변속모터가 일측에 구비된 공회전기어 와 연결되어 메인헤리컬기어 와 일체형으로 구비된 링기어를 회전 시켜 상기 링기어에 연결된 유성기어가 자전운동을 하여 필요동력을 얻으며, 풍속이 과할때는 변속모터가 우측에 구비된 공회전기어와 연결되어 유성기어와 일체형으로 구비된 헤리컬기어를 회전시켜 유성기어는 공전운동을 하여 필요동력을 조절하는 풍력에 구애받지 않는 풍력발전기를 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제 해결 수단인 것이다.

본 발명은 풍속에 관계없이 계절적 요인에 관계없이 저렴한 비용으로 높은 효율 을 가졌으며, 풍속에 따라 변속모터와 감속모터의 작동에 의해 가속 및 감속의 위치변환에 대한 빠른 응답성을 기대할 수 있고,

발전기보다 많이 작은 소형모터를 사용하여 가동효율을 높힌것( 이모터는 A/C 나 D/C 모두사용 할 수 있으며, 유성 기어를 헤리컬 기어와 일체화 시켜 공전과 자전의 원리로 증속과 감속을 간렬하게 조정 할 수 있고,

모터에 웜 스크류와 웜 기어를 사용하여 모터의 동력 소모를 줄이면서 웜기어가 기어의 회전 저항을 막을 수 있다는 장점과, 설치 지역에 구애받지 않는 장점이 있는 것이다.

상 기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 한 개의 모터를 사용하는 풍속에 구애받지 않는 풍력발전기에 관한 것으로서, 풍속이 적을 때는 변속모터가 좌측에 구비된 공회전기어 와 연결되어 메인헤리컬기어 와 일체형으로 구비된 링기어를 회전 시켜 상기 링기어에 연결된 유성기어가 자전운동을 하여 링기어에서 전달되는 실동력(회전수)보다 몇배 더큰 동력을 얻으며, 풍속이 과 할때는 모터가 우측에 구비된 공회전기어 와 연결되어 유성기어와 일체형으로 구비된 헤리컬기어를 회전시켜 유성기어는 공전운동을 하여 필요동력을 조절하는 풍력발전기에 관한 발명인 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

1) 본 발명은 풍속이 전혀없는 상태에서도 설치된 모터(6) 에의해서 강제로 회전시키며 그회전력을 유성기어장치(16) 을 통해서 그속도가 조절되고 다시 증속기(13)통하여, 발전에 적절한 속도로 전환(증속)되어서 발전기를 돌려서 균일 한 발전을 하게되며, 발전기는 회전속도가 균일할 수록 양질의 전기가 생산되고 효율도 좋아진다.

2)모터의 가동신호는 기어박스(증속기)의 최종 샤프트 쪽에 설치된 스피드센서에 의해서 회전 속도를 체크하고 센서는 발전목표 회전수에 부족 하거나 과할때 변속모터(인버터모터)(6)에 가동신호를 보내게 되면, 변속 모터(6)은 적정한 속도로 회전을 시작한다 이때, 변속모터는정교한 전자 컨트롤 시스템에 의해서 회전 속도가 조정 된다.

3)변속 모터(6)가 회전되면 이 회전력은 변속모터축에 연결된 웜기어(7)를 회전시키며, 웜기어의 특성상 작은 크기의 모터를 사용하더라도 큰힘을 발휘하게된다.

4)풍속이 낮아 프로펠라(1) 회전이 적정치에 못미치면 스피드센서(12)는 본 발명의 장치중 하나로, 증속기(13)의 변속비, 연결기어, 웜기어등 모든 기어들의 속도 비율을 계산하고 변속모터(6)에필요한 정확한 속도 신호를 보낸다.

이 전자 시스템을 우리는 T.C.U 라함( 트랜스 밋션 컨트롤 유니트)

본 발명은 설치지역 환경에 따라 발전하기에 적정한 회전 속도는 1200/분. 1750/분. 3600/분로 간단하게 조정할 수가 있는 시스템 으로 구성된다

5)정확한 구동원리는 변속모터(6)의 축에는 모터가 회전하는데 최대한

부하를 덜받게 하고 모터의 전력 소모를 줄일수있는 구조인 웜스크류(WORM SCWEW;또는 베벨 헤리컬 기어)등을 직접 연결 한다. 변속모터(6)의 축과 접촉 연결된 웜기어는 상부샤프트에 완전히 고정되어 상부샤프트를 회전 시키게 되는데,

상부샤프트는 부분적으로 스플 라인 형상 (낮은 깊이의 기어형상 으로 공회전 방지 용)으로 가공 되어있고, 이 스플라인 가공된 부위에는 동력 전달 캠(3) 이 항상 위치하고 있다.

동력전달캠(3) 또한 스피드센서(12)에 의해서 감속모터(4)에 신호가 전달하면 두개의 공회전기어(2-1,2-2)를 좌우로 이동 하면서, 동력을 전달 하거나 중지 시키는 역할을 한다.

6) 상기에서 1차 동력원 인 상부샤프트(8)은 동력전달캠(3)을 중심으로 좌우 2개의 제1,제2공회전기어(2)가 설치되며, 상부샤프트(8)에 장착된 리들베어링(미도시)위에서 공회전을 하다가 동력전달캠(3)이 측면 이동하여

동력전달캠(3)에 연결된 캠클러치(돌출)와 공회전기어(2-1,2-2)가 캠클러치가 맞물리게 되면 변속모터의 동력이 맞물리는 공회전기어쪽에 회전력을 전달하게 한다.

전면의 제1공회전기어(2-1)는 제1링크기어(21-1)에 의해 메인헤리컬기어(19)와 동력을 연결하게 되는데, 메인헤리컬기어(19)는 풍속에 의해서 회전하는 프로펠라(1)와, 일체형 (통자) 으로 되어있다.

즉, 제1공회전기어(2-1)가 회전하는 것은 풍속의 속도가 기준치에 미달할 때, 보충해 주는 모터 동력 전달 구조이다.

따라서 모든 회전 장치는 원심력이 있으므로 변속모터(6) 가 어느정도 회전량을 보충해주면 바로 발전 목표 회전동력에 도달 하게된다 이후 스피드 센서는 변속모터(6) 와 동력전달 동력전달캠(3)을 조정하는 감속모터(4) 에 동시에 신호를 보내 제2공회전 기어(2-2) 로 동력의 방향을 바꾸게 하여 과속에 대비하게 된다 이러한 동력 방향전환 동작 시간은 순간적인 전기신호로 행해지므로 발전기 가동 효율에는 거의 영향을 미치지 않는다.

7) 위에서 설명한 바와 같이 풍속이 부족 할때 변속모터(6)는 부족 회전 동력을 보충해준 후, 변속모터(6)의 동력은 동력전달캠(3)에 의해 제2공회전기어 (2-2) 쪽으로 이동하게 되는데, 이후, 변속모터(6) 의 회전 동력은 링크기어(21-2) 를 통하여 헤리컬 기어(15) 를 회전시키 거나 회전 중지를 시키게 한다.

이 헤리컬기어(15)는 회전을 하거나 중지할 때 유성기어와 (16) 일체형으로서 유성기어를 공전 운동 시키거나 자전 운동을 시키는 2가지 역할을 나타내게 한다.

다시말해서 헤리컬기어(15) 가 정지하면 유성기어는 자전운동을 하여 선기어의 회전을 높혀 주게 된다.

반대로 헤리컬 기어(15)가 회전하면 유성기어는 링기어 와 같은 방향으로

공전 운동을 하는데 선 기어의 회전수를 미세하게 낮추거나 완전 정지까지 시킬수있는 크고 정교한 조정 범위를 갖는다 이러한 조정 기능은 발전기를 시험하거나 풍속의 크기를 정밀하게 관리하는데 큰장점이라 할 수 있다.

따라서 본 발명은 풍속이 빠를때는 헤리컬기어(15)를 회전시켜 공전을 이용하고 풍속이 느릴때는역시 헤리컬(15) 기어를 활용한 유성기어의 자전운동원리 와 여기에 방향전환캠(3)과 캠클러치(5) 와 헤리컬기어를 이용한 동력 전달 장치를 적절히 활용한 이상적인 구조라 할 수 있다.

풍속이 낮아서 선기어의 속도(최종 발전속도 로 증속되기 전)를 높힐려면

모터를(6) 가동시켜서 링기어의 회전 동력을 높히고 이 링 기어의 회전 동 력은 자전운동 상태인 유성기어(16)에 의해서 선기어를 증속시키 구조원리인데 자전운동시에는 헤리컬 기어(15)는 정지상태가 유지 돼야하는데 유성기어 가 자전운동시 링기어와 맞물려 회전하면서

링기어 회전 방향으로 같이 따라 돌려는 원심력에 영향을 받게 된다. 유성기어와 일체형인 헤리컬기어(15가) 는 웜기어 원리와 달라서 정지시키지 못하고, 유성기어와 함께 링기어 회전방향으로 따라 돌 수밖에 없고, 자전도 공전도 아닌 상태가 되어서 선기어의 회전은 순간 순간 불규칙하게 변한다 이를 방지하기위해서 는 링크기어(21-2) 를 고정시켜는 장치가 필요하다 브레이크클러치(23) 은 동력 전달 클러치(5)와 구조와 기능이 동일하고 브레이크클러치(23) 는

브레이크 캠(24) 에 의해서 링크기어(21-2) 를 잠그고 연다.

또한 브레이크캠(24)은 캠클러치(5) 가 공회전 기어(2-1) 쪽으로 이동 시 반대의 방향으로 회전하면서 브레이크클러치(23)를 링크기어(21-2) 로 결합 시키고 헤리컬기어(15)는 회전을 할 수 없다.

따라서 브레이크클러치(23)와 브레이크캠(24)는 풍속이 부족하여 모터(6) 의 동력이 링기어를 지원 할때는 유성기어 를 자전 시키기 위하여 헤리컬기어(15) 를 정지 시킬때 필요한 장치이다.

여기서 현존의 풍력 발전기는 풍속이 낮을때는 당연히 발전이 되지않고 풍속이 높을 때만

이를 조정하는 기능있는데 프로펠러(1) 를 유압식으로 접었다 폈다 하면서 속도를 줄이고 이것도 부족하여 유압브래이크 까지 설치했으나 정확성과 속도가 떨 어지고 제작비도 증가하는 등 본 발명과는 차이가 많다.

본 발명의 유성 기어(16)는 헤리컬기어(15)의 전면에 일정간격 이격되어 4개 설치되어, 자전과 공전을 하면서 회전 하는데,

자전을 하면 선기어(22)와, 선기어(22)가 부착된 증속기샤프트(13-1)의 회전속도가 빨라지고,

공전을 하면 선기어(22)와, 선기어(22)가 부착된 증속기샤프트(13-1)의 회전속도가 줄어든다는 것이다.

이자전과 공전은 1차 증속기샤프트(13-1)의 끝단부에는 스피드센서(12)의 신호와, 동력전달캠(3)의 작동과,

상기 상부샤프트(8)의 캠클러치(5)의 하부에 설치된 브레이크캠(24)과, 상기 브레이크캠(24)의 하부에 연결되며, 중간샤프트(10)의 중간부에 설치된 브레이크클러치(23)를 작동 시켜서 제2링크기어(21-2)는(제1공회전기어(2-1)가 가동시 만 ) 회전 정지 로 행해진다.

유성기어(16)은 도2에 도시된 바와 같이, 링기어(17)이 회전 하더라도 4개의 유성기어(16)가 링 기어(17)을 따라 다니면서 공회전하며, 이때, 선기어(22)는 회전되거나,( 링 기어(17)의 회전보다 유성기어(16)의 공회전이 느리면) 정지( 유성기어 공전 속도가 링 기어 회전 속도와 같으면 )하게 된다.

상부샤프트(8)와 웜기어(7)의 연결상태는 일체형 이지만 강제키 를 박은 것 이 아니고, 캠클러치(5) 와 같이 스플라인 형상 (상부샤프트(8)는 숫 기어 형상이고 웜기어(7)와 캠클러치(5)는 내측기어 형상으로 공회전방지)으로 끼워맞춤 인데 웜기어(7)는 항상 제자리 에서 회전 하고 (기어 양면에 스넵 링이 있음) 캠클러치(5)도 동일한 상부샤프트(8) 위에서 회전 하지만, 캠클러치(5)는 양방 에서 공회전 하고있는 두개의 공회전기어(2-1,2-2) 에게 풍속에 따라서 변속모터(6)의 동력을 전달해야 하기때문에 동력전달캠(3)에 의해서 제1공회전기어(2-1)와 제2공회전기어(2-2)로 직선 운동을 하며,

변속모터(6)가 회전하여 웜기어(7)와 상부샤프트(8)가 회전 하더라도 동력이 전달되지 못하고 베어링 위에 그냥 서 있는 것을 말하고 샤프트와 같은 회전체인 캠클러치(5)가(캠클러치도 웜기어(7)와 같은 상부샤프트(8)의 스플라인 가공 형상 위에 항상 위치) 옆으로 이동하여 캠클러치(5) 양측면에 기어 잇발(치형) 형상과 공회전기어(2-1,2-2)의 한측면의 기어잇발(치형) 끼리 맞물려 공회전기어(2-1,2-2)가 캠클러치(5)와 맞물려서 같이 회전을 하는 원리인 것이다.

본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 본 발명의 풍력발전기 전체도, 도2 본 발명의 헤리컬기어 상세도를 도시한 것이며, 프로펠라(1), 제1공회전기어(2-1), 제2공회전기어(2-2), 동력전달캠(3), 감속모터(4), 캠클러치(5), 변속모터(6), 웜기어(7), 상부샤프트(8), 중간샤프트(10),발전기(11), 발전기샤프트(11-1), 발전기샤프트기어(11-2), 스피드센서(12),증속기(13), 증속기샤프트(13-1), 증속기샤프트기어(13-2), 헤리컬기 어(15), 유성기어(16), 링기어(17), 하우징(18), 메인헤리컬기어(19), 마운트볼트(20), 제1링크기어(21-1), 제2링크기어(21-2), 선기어(22), 브레이크클러치(23), 브레이크캠(24)를 나타낸 것임을 알 수 있다.

구조를 살펴보면, 도1내지 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 풍력발전기는 발전기(11)와, 상기 발전기(11) 후면 일측에 발전기샤프트(11-1)에 연결되는 증속기(13)와,

상기 증속기(13)의 후면 일측에 증속기샤프트(13-1)에 연결되는 하우징(18)과, 상기 하우징(18)의 후면 일측에 샤프트에 의해 연결되며 마운트볼트(20)로 고정되는 프로펠라(1)로 구성되며,

상기 증속기(13)는 박스형태이며 내측 상부에는 발전기사프트(11-1)와, 그 하부에는 증속기샤프트(13-1)이 구비되며, 상기 발전기샤프트(11-1)의 끝단부에는 설치된 발전기샤프트기어(11-2)와, 상기 증속기샤프트(13-1)의 끝단일측에 연결된 증속기샤프트기어(13-2)에 의해 함께 회전되며,증속기샤프트(13-1)의 끝단부에는 스피드센서(12)가 구비되어 있으며,

상기 하우징(18)은 박스형태이며, 내측 하부에는 메인헤리컬기어(19)와, 상기 메인헤리컬기어(19)와 일체형으로 구비된 링기어(17)와, 상기 링기어(17)의 내측에 맞물려 회전(자전운동)되는 4 개의 유성기어(16)와, 상기 유성기어(16)의 후면에 설치되며 유성기어(16)과 일체형이며 중앙부에 통공이 구비되 회전(자전운동)되는 헤리컬기어(15)와, 상기 헤리컬기어(15)의 중앙부 통공을 관통하여 4개의 유성기어(16)에 맞물려 회전(자전운동)되며 증속기샤프트(13-1)의 중앙부에 설치된 선기어(22)로 구성되고,

하우징내측 중간부는 하우징 중앙부를 관통되는 중간샤프트(10)와, 상기 중간샤프트(10)의 끝단부에 설치되어 메인헤리컬기어(19)의 상부에 연결되는 제1링크기어(21-1)와,

상기 중간샤프트(10)의 중간 일측에 설치되어 헤리컬기어(15)의 상부에 연결되는 제2링크기어(21-2)로 구비되며,

하우징의 상부를 관통하며 중앙부에 캠클러치(5)가 구비된 상부샤프트(8)와,

상기 상부샤프트(8)의 끝단부에 설치되어 제1링크기어(21-1)에 연결되어 회전하는 제1공회전기어(2-1)과,

상기 상부샤프트(8)의 중간 일측에 설치되어 제2링크기어(21-2)에 연결되어 회전하는 제2공회전기어(2-2)와,

상기 제2공회전기어(2-2)의 후면에 설치된 웜기어(7) 및 변속모터(6)와,

상기 상부샤프트(8)의 캠클러치(5)의 하부에 설치된 브레이크캠(24)과, 상기 브레이크캠(24)의 하부에 연결되며, 중간샤프트(10)의 중간부에 설치된 브레이크클러치(23)와,

상기 상부샤프트(8)의 캠클러치(5)와 상부의 축으로 연결되며 하우징 내측에 동 력전달캠(3)을 관통하여 하우징상부 외측에 설치된 기어모터(감속모터)(4)로 구성된 구조임을 알 수 있다.

본 발명의 작동상태를 보다 상세히 설명하면,

공회전 헤리컬 기어(2)는 상부샤프트(8)의 전면에 설치된 제1공회전기어(2-1)과, 중간부에 설치된 제2공회전기어(2-2)가 설치되어,

제1공회전기어(2-1)은 풍력이 약했을때, 변속모터(6)의 동력을 받아서, 상부샤프트(8)을 회전시키면, 제1공회전기어(2-1)의 하부에 연결된 제1링크기어(21-1)을 회전시키며, 제1링크기어(21-1)의 하부에 연결된 메인헤리컬기어(19)를 회전 시키며,

제2공회전기어(2-2)는 풍력 속도가 높아서 규정 발전 속도로 조정(낮춤)이 필요 할 때, 상부샤프트(8)에 연결된 캠클러치(5)와 상부의 축으로 연결되며 하우징 내측에 동력전달캠(3)을 관통하여 하우징상부 외측에 설치된 감속모터(4)에 의해 두개의 공회전기어(2-1,2-2)중 제1공회전기어(2-1)쪽으로 이동시켜 캠클러치(5)와 연결시켜 공회전시키면,

반대측 제2공회전기어(2-2)의 하부에 연결된 제2링크기어(21-2)를 회전시키고, 제2링크기어(21-2)의 하부에 연결된 헤리컬기어(15)를 회전시키고,

헤리컬기어(15)의 전면에 연결된 4개의 유성기어(16)이 공회전되며, 4개의 유성기어(16)에 연결된 선기어(22)와 선기어(22)가 연결된 증속기샤프트(13-1)이 회전되며, 증속기샤프트(13-1)의 끝단부는 증속기(13) 내부로 연결되어 증속기샤프트(13-1)의 끝단일측에 연결된 증속기샤프트기어(13-2)의 상부에 연결된 발전기샤프트기어(11-2)와, 상기 발전기샤프트기어(11-2)에 연결된 발전기샤프트(11-1)가 회전되어 발전기(11)에 동력이 전달되도록 하며,

풍속이 낮아 동력이 보충할 경우,

동력전달캠(3)이 제1공회전기어(2-1)에 연결(풍속이 낮아 보충시)되었을 때, 유성기어(16)가 공전이 되지 않고, 자전 회전이 돼야하므로 이때 유성기어(16)와 일체화된 헤리컬기어(15)의 회전을 정지 시켜야 하므로, 헤리컬기어(15)와 연결된 제2링크기어(21-2)의 회전을 정지시키기 위하여,

상기 상부샤프트(8)의 동력전달캠(3)의 하부에 설치된 브레이크캠(24)과, 상기 브레이크캠(24)의 하부에 연결되며, 중간샤프트(10)의 중간부에 설치된 브레이크클러치(23)를 작동시켜서, 제2링크기어(21-2)는(제1공회전기어(2-1)가 가동시 만) 회전 정지 상태가 되며,

반대로, 제2공회전기어(2-2)가 가동되면 제2링크기어(21-2)도 정지상태에서 해제되어 유성기어(16)를 공회전 시키게 된다.

링크기어의 작동원리를 보다 구체적으로 설명하면,

블레이크 캠(24)은 "ㅡ" 자형으로, 중간샤프트(10)의 중앙부에 핀형상으로 고정되어 있어서, (중간샤프트(10)의 중심축을 손으로 돌려 회전하며,) 브레이크캠(24)은 캠클러치(5)가 좌우로 이동 운동을 할 때, 캠클러치(5)와 반대 방향으로 움직이고,(블레이크 캠(24)은 한쪽은 캠클러치(5) 다른 한쪽은 브레이크클러치(24) 에 걸쳐 있음)

브레이크 클러치(23)도 상부 캠클러치(5)와 반대 방향으로 이동하여 제2링크기어 (21-2)와 접촉되며, 브레이크클러치(23) 의 일측면에 "+" 형상으로 가공된 기어형상과 링크기어(21-1,21-2) 일측면에 " ㅡ" 자 형상으로 가공된 기어 가 합체되면 회전이 정지된다.

( 여기서 중간샤프트(10)이 상부 샤프트(8)와 다른 것은 중간샤프트 (10)는 기본적으로 회전 하는 것이 아니고, 중간샤프트(10)은 베어링이 없고, 양끝단에 볼트로 고정되어 있고, 링크기어 (21-1,21-2) 2개는 상부에 있는 공회전기어(2-1, 2-2) 와 같이 중간샤프트 (10) 위에서 공회전을 하는 것이다.)

브레이크 클러치(23)은 캠클러치(5)와 같이 스플라인 형상으로 가공된 것으로 회전체가 아니므로 제2링크기어(21-2)와 합체되면 같이 회전이 중지되고,

반대로 캠클러치(5)가 우측으로 움직여, 제2공회전기어(2-2))와 연결되면 브레이크클러치(23)가 제2링크기어(21-2)에서 해제되어(즉,정지상태에서 해제) 제2링크기어(21-2)가 회전하는 것이다.

도1 본 발명의 풍력발전기 전체도

도2 본 발명의 헤리컬기어 상세도

<도면의 부호 설명>

프로펠라(1), 제1공회전기어(2-1), 제2공회전기어(2-2), 동력전달캠(3), 감속모터(4), 캠클러치(5), 변속모터(6), 웜기어(7), 상부샤프트(8), 중간샤프트(10),발전기(11), 발전기샤프트(11-1), 발전기샤프트기어(11-2), 스피드센서(12),증속기(13), 증속기샤프트(13-1), 증속기샤프트기어(13-2), 헤리컬기어(15), 유성기어(16), 링기어(17), 하우징(18), 메인헤리컬기어(19), 마운트볼트(20),

제1링크기어(21-1), 제2링크기어(21-2), 선기어(22), 브레이크클러치(23), 브레이크캠(24).

Claims (6)

1. 풍력 발전기에 있어서,

   발전기(11)와, 상기 발전기(11) 후면 일측에 발전기샤프트(11-1)에 연결되는 증속기(13)와,

   상기 증속기(13)의 후면 일측에 증속기샤프트(13-1)에 연결되는 하우징(18)과, 상기 하우징(18)의 후면 일측에 샤프트에 의해 연결되며 마운트볼트(20)로 고정되는 프로펠라(1)로 구성되며,

   상기 증속기(13)는 박스형태이며 내측 상부에는 발전기사프트(11-1)와, 그 하부에는 증속기샤프트(13-1)이 구비되며, 상기 발전기샤프트(11-1)의 끝단부에는 설치된 발전기샤프트기어(11-2)와, 상기 증속기샤프트(13-1)의 끝단일측에 연결된 증속기샤프트기어(13-2)에 의해 함께 회전되며, 증속기샤프트(13-1)의 끝단부에 설치된 스피드센서(12)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 풍력발전기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징(18)은 박스형태이며, 내측 하부에는 메인헤리컬기어(19)와, 상기 메인헤리컬기어(19)와 일체형으로 구비된 링기어(17)와, 상기 링기어(17)의 내측에 맞물려 회전(자전운동)되는 4 개의 유성기어(16)와, 상기 유성기어(16)의 후면에 설치되며 유성기어(16)과 일체형이며 중앙부에 통공이 구비되 회전(자전운동)되는 헤리컬기어(15)와, 상기 헤리컬기어(15)의 중앙부 통공을 관통하여 4개의 유성기어(16)에 맞물려 회전(자전운동)되며 증속기샤프트(13-1)의 중앙 부에 설치된 선기어(22)로 구성되고,

   하우징내측 중간부는 하우징 중앙부를 관통되는 중간샤프트(10)와, 상기 중간샤프트(10)의 끝단부에 설치되어 메인헤리컬기어(19)의 상부에 연결되는 제1링크기어(21-1)와,

   상기 중간샤프트(10)의 중간 일측에 설치되어 헤리컬기어(15)의 상부에 연결되는 제2링크기어(21-2)로 구비되며,

   하우징의 상부를 관통하며 중앙부에 캠클러치(5)가 구비된 상부샤프트(8)와,

   상기 상부샤프트(8)의 끝단부에 설치되어 제1링크기어(21-1)에 연결되어 회전하는 제1공회전기어(2-1)과,

   상기 상부샤프트(8)의 중간 일측에 설치되어 제2링크기어(21-2)에 연결되어 회전하는 제2공회전기어(2-2)와,

   상기 제2공회전기어(2-2)의 후면에 설치된 웜기어(7) 및 변속모터(6)와,

   상기 상부샤프트(8)의 캠클러치(5)의 하부에 설치된 브레이크캠(24)과, 상기 브레이크캠(24)의 하부에 연결되며, 중간샤프트(10)의 중간부에 설치된 브레이크클러치(23)와,

   상기 상부샤프트(8)의 캠클러치(5)와 상부의 축으로 연결되며 하우징 내측에 동력전달캠(3)을 관통하여 하우징상부 외측에 설치된 기어모터(감속모터)(4)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 풍력발전기.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 변속모터(6)는 상부샤프트(8)에 연결되며, 상부샤프트(8)에는 2개의 공회전기어가 일정간격 이격되어 설치되며, 그 중앙에 캠클러치(5)가 설치된 구조임을 특징으로 하는 풍력발전기.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 헤리컬기어(15)의 전면에는 4 개의 유성기어(16)와, 상기 유성기어(16)의 후면에 설치되며 유성기어(16)과 일체형이며, 중앙부에 통공이 구비되 회전(자전운동)되는 구조임을 특징으로 하는 풍력발전기.
5. 풍력 발전기의 작동방법에 있어서,

   제1공회전기어(2-1)은 풍력이 약했을때, 변속모터(6)의 동력을 받아서, 상부샤프트(8)을 회전시키면, 제1공회전기어(2-1)의 하부에 연결된 제1링크기어(21-1)을 회전시키며, 제1링크기어(21-1)의 하부에 연결된 메인헤리컬기어(19)를 회전 시키며,

   제2공회전기어(2-2)는 풍력 속도가 높아서 규정 발전 속도로 조정(낮춤)이 필요 할 때, 상부샤프트(8)에 연결된 캠클러치(5)와 상부의 축으로 연결되며 하우징 내측에 동력전달캠(3)을 관통하여 하우징상부 외측에 설치된 감속모터(4)에 의해 두개의 공회전기어(2-1,2-2)중 제1공회전기어(2-1)쪽으로 이동시켜 캠클러치(5)와 연결시켜 공회전시키면,

   반대측 제2공회전기어(2-2)의 하부에 연결된 제2링크기어(21-2)를 회전시키고, 제2링크기어(21-2)의 하부에 연결된 헤리컬기어(15)를 회전시키고,

   헤리컬기어(15)의 전면에 연결된 4개의 유성기어(16)이 공회전되며, 4개의 유성기어(16)에 연결된 선기어(22)와 선기어(22)가 연결된 증속기샤프트(13-1)이 회전되며, 증속기샤프트(13-1)의 끝단부는 증속기(13) 내부로 연결되어 증속기샤프트(13-1)의 끝단일측에 연결된 증속기샤프트기어(13-2)의 상부에 연결된 발전기샤프트기어(11-2)와, 상기 발전기샤프트기어(11-2)에 연결된 발전기샤프트(11-1)가 회전되어 발전기(11)에 동력이 전달되도록 하며,

   풍속이 낮아 동력이 보충할 경우,

   동력전달캠(3)이 제1공회전기어(2-1)에 연결(풍속이 낮아 보충시)되었을 때, 유성기어(16)가 공전이 되지 않고, 자전 회전이 돼야하므로 이때 유성기어(16)와 일체화된 헤리컬기어(15)의 회전을 정지 시켜야 하므로, 헤리컬기어(15)와 연결된 제2링크기어(21-2)의 회전을 정지시키기 위하여,

   상기 상부샤프트(8)의 동력전달캠(3)의 하부에 설치된 브레이크캠(24)과, 상기 브레이크캠(24)의 하부에 연결되며, 중간샤프트(10)의 중간부에 설치된 브레이크클러치(23)를 작동시켜서, 제2링크기어(21-2)는(제1공회전기어(2-1)가 가동시 만) 회전 정지 상태가 되도록 작동함을 특징으로 하는 풍력발전기.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 링크기어(21)의 작동은 블레이크 캠(24)은 "ㅡ" 자형으 로, 중간샤프트(10)의 중앙부에 핀형상으로 고정되어 있어서, 브레이크캠(24)은 캠클러치(5)가 좌우로 이동 운동을 할 때, 캠클러치(5)와 반대 방향으로 움직이고,

   브레이크 클러치(23)도 상부 캠클러치(5)와 반대 방향으로 이동하여 제2링크기어 (21-2)와 접촉되며, 브레이크클러치(23) 의 일측면에 "+" 형상으로 가공된 기어형상과 링크기어(21-1,21-2) 일측면에 " ㅡ" 자 형상으로 가공된 기어 가 합체되면 회전이 정지되며,

   브레이크 클러치(23)은 캠클러치(5)와 같이 스플라인 형상으로 가공된 것으로 회전체가 아니므로 제2링크기어(21-2)와 합체되면 같이 회전이 중지되고,

   반대로 캠클러치(5)가 우측으로 움직여, 제2공회전기어(2-2))와 연결되면 브레이크클러치(23)가 제2링크기어(21-2)에서 해제되어(즉,정지상태에서 해제) 제2링크기어(21-2)가 회전함을 특징으로 하는 풍력발전기 작동방법.

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