KR20120034865A

KR20120034865A - 풍력발전기용 풍차의 구조 및 동력전달방법

Info

Publication number: KR20120034865A
Application number: KR1020100096215A
Authority: KR
Inventors: 문광호
Original assignee: 문광호
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2012-04-13

Abstract

본 발명은 풍력 또는 수력발전용 풍자의 구조 및 동력 전달방법에 관한 것으로,
기존의 풍력발전기는 풍차의 동력축에 증속기를 연결하여 발전기와 결합함으로 블레이드의 기계적회전력을 발전기에 전달하는 구조로 미풍 시에는 풍차의 회전력이 원활하지 못하여 발전에 어려움이 있어 이를 보완하고, 풍차의 적은 회전수에서도 원활한 기계적회전력을 증속기에 전달하여 효율성 높은 발전을 도모하기 위한 구조로,
미풍으로 풍차의 회전력이 원활하지 못함을 보완하기 위하여 블레이드의 입면적 크기를 크게 하여 미풍에도 블레이드의 기계적회전력을 극대화하여 원활한 발전이 가능하게 하며, 풍차의 적은 회전수로 발전이 미미하거나 발전이 이루어지지 않는 문제점을 보완하기 위하여 블레이드의 단부(소형풍차 및 중형풍차) 또는 중앙부(대형풍차)에 정원 형태의 링기어를 접합하여 풍차의 회전시 링기어를 통하여 증속기에 기계적회전력을 전달함으로 풍차의 적은 회전수에도 발전이 용이한 구조를 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 기존의 풍차보다 많은 기계적회전력을 발전기에 전달함으로 발전 효율을 극대화하는데 매우 유용한 발명이다.

Description

풍력발전기용 풍차의 구조 및 동력전달방법 {structure fo windmill and method of power transmission for wind power generator}

본 발명은 풍력 또는 수력발전을 하기 위한 풍차의 구조 및 동력전달방법에 관한 것으로,

기존의 풍력발전기 구조는 일반적으로 바람의 운동에너지를 블레이드를 통하여 기계적회전력으로 변환시키고, 이 기계적회전력은 허브와 동력축, 샤프트, 증속기를 통하여 발전기에 전달하고, 발전기는 이를 전기에너지로 전환하여 축전장치에 저장하였다 필요시 공급하는 구조이다.

그러나 바람이 약하여 풍차의 회전수가 기준에 미달할 경우 증속기를 거쳐도 발전되는 양이 미미하거나 아예 발전이 이루어지질 않는 문제점이 있다.

예를 들어 2MW급 풍력발전기의 경우 풍차가 1분에 17회 회전할 경우 증속기를 통하여 발전기는 1,000회 이상을 회전하며 전기를 얻을 수 있게 된다. 하지만 발전기에서 생산되는 전력양은 이동시 손실이 생길만큼 적어 승압을 시켜주어야 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명은 약한 바람에서도 풍차의 회전수를 극대화하고, 풍차가 저속으로 회전할 경우에 최대의 기계적회전력을 증속기에 전달함으로 발전의 효율을 극대화함에 목적이 있다.

상기 목적한 바를 달성하기 위하여, 기존의 풍력발전기 구조(바람의 운동에너지를 블레이드의 기계적회전력으로 변환시켜 허브와 접합한 동력축이 이를 증속기에 전달하고, 증속시키는 회전력에 의해 발전을 행하는 발전기로 구성되어 있는 풍력발전기)와 달리, 회전축과 결합하는 허브, 상기 허브와 간격을 두고 설치되는 정원의 링기어, 허브와 링기어 사이에 설치되는 2개 이상의 복수개의 블레이드를 포함한 풍차의 구조와, 이 풍차의 링기어를 통하여 증속기에 기계적회전력을 전달하는 동력전달방법, 이 증속기와 결합한 발전기를 포함한다.

따라서 본 발명에 의하면 허브와 링기어 사이에 설치되는 2개 이상 복수개의 블레이드를 설치하며, 이 블레이드는 내 단부 보다 외 단부의 입면적 크기를 크게 하여 풍양에 따라 입면적 크기를 조절할 수 있게 하여, 강풍 등으로 위험이 발생할 경우 블레이드의 입면적을 최소화하여 정지시킴으로서 위험으로부터 풍차를 보호하고, 미풍 시에는 블레이드의 입면적을 최대화하여 약한 바람에도 최대의 기계적회전력을 증속기에 전달할 수 있게 하며,

또한 2개 이상 복수개의 블레이드 단부(소형풍차 및 중형풍차) 또는 중앙부(대형풍차)에 링기어를 접합하여 기존의 동력축이 증속기에 전달하던 기계적회전력을 링기어를 통하여 전달함으로 풍차의 적은 회전수에서도 발전을 극대화하는데 목적이 있다.

따라서 본 발명은 블레이드의 넓은 입면적으로 미풍에도 풍차의 회전이 가능하게하고, 미풍으로 풍차의 적은 회전수에서도 링기어를 통하여 많은 기계적회전력을 증속기에 전달함으로 발전의 효율성을 극대화하여 경제적 효과가 크다고 할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 풍력발전기의 기계적회전력 전달방법을 도시한 사시도.
도2는 본 발명에 의한 풍력발전기용 풍차의 구조
도3은 본 발명에 의한 블레이드의 구조
도4는 본 발명에 의한 소형풍력발전기의 구조 및 동력 전달 방법을 도시한 계략도
도5는 본 발명에 의한 중형풍력발전기의 구조 및 동력 전달 방법을 도시한 계략도
도6은 본 발명에 의한 대형풍력발전기의 구조 및 동력 전달 방법을 도시한 계략도

기존의 풍차는 회전하는 허브와 접합한 동력축의 회전력을 증속기에 전달하는 방법이었으나, 본 발명은 풍차의 외곽부 또는 중앙부의 링기어를 통하여 증속기에 회전력을 전달하는 구조로 링기어의 지름에 따라 기존의 풍차가 1분에 17~20회전하여 발전기를 1,000회 이상 회전시키던 것을 본 발명의 풍차는 1회의 회전으로도 발전기를 1,000회 이상 회전시킬 수 있어 발전을 극대화하는데 매우 유용하다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실 예에 따른 풍력발전기의 동력전달방법을 도시한 사시도로서,

도면에서 풍차(30)는 회전축(41)에 의하여 회전축지지구조물(46) 또는 낫셀(48)에 회전이 가능하게 결합되고, 풍차(30)의 링기어(43)는 증속기(44)와 결합하여 발전기에 기계적회전력을 전달하는 구조이다.

도2는 본 발명의 실 예에 따른 풍력발전기의 풍차의 구조를 나타내는 사시도로서,

상기 풍차(30)는 회전축(41)의 선단에 일체의 구조로 접합하는 허브(40)가 중앙에 위치하고, 상기 허브(40)의 외측에 일정거리를 두고 정원의 링기어(43)가 자리하며, 상기 허브(40)와 링기어(43)를 2개 이상 복수개의 블레이드(42)가 균등 각도로 배치되어 접합하여 완성되며,

상기 블레이드(42)는 도3에 도시한 바와 같이 블레이드(42) 내단부는 일단의 허브(40) 외측면에 도3 B단면과 같이 정원의 형태로 접합하고, 블레이드(42) 외단부는 링기어(43) 내측면과 도3 C-1,2단면 과같이 C자 형태만 접합한다.

상기 블레이드(42)는 허브(40) 외측면에 접하는 블레이드(42) 내단부는 정원의 형태를 유지하고, 링기어(43) 내측면과 접하는 블레이드 외단부는 C자 형태와 굽은뿔 형태를 결합하여 완성되며 C자 형태는 링기어(43)와 접합하여 허브(40)와 링기어(43)를 일체의구조로 접합 하며, 굽은뿔 형태는 부챗살 형상으로 입면적의 확장(도3 C-1단면도) 또는 축소(도3 C-2단면도)가 가능한 구조로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 풍력발전기의 구조는 도4 소형 및 건물외벽용 풍력발전기에 도시한바와 같이 풍력발전기 외곽후레임(45)에 회전축지지구조물(46)을 고정 접합하여 회전축(41)과 결합하며, 회전축(41)은 풍차(30)를 회전축지지구조물(46)과 결합하여 지탱하는 역할만하고, 기존의 동력축이 증속기(44)에 전달하던 기계적회전력은 링기어(43)가 증속기(44)에 전달한다.

도5 중형 풍력발전기 및 도6 대형 풍력발전기의 구조 또한 기존의 풍력발전기는 동력축이 기계적회전력을 증속기(44)에 전달하는 역할을 하였으나, 본 발명에서의 회전축(41)은 낫셀(48)과 결합하여 타워(47)에 풍차를 결합하는 역할만하고, 기계적회전력은 링기어(43)를 통하여 증속기(44)에 전달하고 증속기(44)는 발전기(49)와 결합 한다.

또한 기존의 낫셀(48) 내부에 있던 증속기(44) 및 발전기(49)를 타워(47)의 중앙부 또는 중상단부로 이동 시키므로 발전기의 점검 및 작업의 효율성을 높일 수 있다.

이렇게 설치된 풍차(30)는 미풍에도 회전이 가능하며, 적은 회전수에서도 발전이 용이하게 된다.

즉 블레이드(42)의 넓은 입면적은 작은 바람의 운동에너지도 기계적회전력으로 변환하고, 이 기계적회전력을 풍차(30)의 외곽 링기어(43)는 기존의 동력축이 증속기(44)에 전달하던 것 보다 수십 배 많은 기계적회전력을 링기어(43)를 통하여 증속기(44)에 전달함으로 작은 회전수에서도 발전이 용이하게 이루어 질수 있게 되는 것 이다.

상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 범위 내에서 변경, 변형하는 것 또한 본 발명의 범위 내에 속한다 할 것이다.

30: 풍차
40: 허브
41: 회전축
42: 블레이드
43: 링기어
44: 증속기
45: 외곽 후레임
46: 회전축 지지구조물
47: 타워
48: 낫셀
49: 발전기

Claims

바람 또는 물의 운동에너지를 기계적회전력으로 변환하는 블레이드는 넓은 입면적으로 미풍에도 풍차의 회전이 가능하게하고, 미풍으로 풍차의 적은 회전수에도 블레이드의 단부 또는 중앙부의 링기어를 통하여, 최대의 기계적회전력을 발전기에 전달하는 풍력발전기에 있어,

상기 풍차(30)는 허브(40)를 중심축으로 2개 이상의 블레이드(42)를 가지며, 각 블레이드는 균등 각도로 배치하여 블레이드의 단부(소형풍차 및 중형풍차) 또는 중앙부(대형풍차)에 링기어(43)를 접합하는 풍차구조.
제1항에 있어서 상기 소형 및 중형풍력발전기용 풍차(30)의 블레이드(42)는 풍차(30)의 중심축 허브(40)의 외측면에 접하는 블레이드(42)의 단면은 정원의 형태를 유지하고, 링기어(43)와 접하는 외단부는 입면적의 크기를 크게 하여 미풍 시에는 블레이드(42)의 기계적회전력을 극대화하는 풍차의 구조.
제1항에 있어서 상기 풍차(30)의 블레이드(42) 제작방법은 미풍 시에는 블레이드(42)의 입면적을 최대화하여 원활한 풍력발전을 도모하고, 강풍 및 태풍에는 블레이드(42)의 입면적을 최소화 하여 정지시킴으로서 풍차(30)를 위험으로부터 보호하는 풍차의 구조.
상기 풍차(30)는 블레이드(42)의 단부(소형풍력발전기 및 중형풍력발전기) 또는 중앙부(대형풍력발전기)에 접합된 링기어(43)를 통하여 증속기(44)에 기계적회전력을 전달하여 풍력발전기의 구조.