KR20130016155A - 수직축 풍력발전용 터빈로터와 수직축 풍력발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직축 풍력발전용 터빈로터와, 상기 터빈로터를 이용하는 수직축 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 수직축 풍력발전시스템의 로터의 외경을 크게 하거나 내경을 작게 하지 않으면서 동력전달을 증가시키기 위해서 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 변화시킨 로터로서 로터의 블레이드는 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되어 있어 유동이 이탈각 없이 날개를 따라 흐르기가 유리하며 또한 로터 외경을 크게 하거나 혹은 내경을 줄이지 않고도 양의 입구절대속도 혹은 음의 출구절대속도의 회전방향성분(

)의 절대값 크기가 증가하여 동일 직경의 로터에서 출력이 증가하는 수직축 풍력발전용 터빈로터와, 로터 회전축을 고정 수직축 안쪽에 설치하여 직접 기어박스나 발전기에 직접 체결이 가능하도록 함과 동시에 고정 수직축 외의 다른 지지대의 설치가 필요 없도록 하는 수직축 풍력발전시스템에 관한 것이다.

Description

수직축 풍력발전용 터빈로터와 수직축 풍력발전시스템{Turbine Rotor for Vertical Wind Turbine and Vertical Wind Turbine System}

본 발명은 바람 에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 풍력발전용 터빈로터와, 상기 터빈로터를 이용한 수직축 풍력발전시스템에 관한 것으로, 특히 회전축이 지면으로부터 수직 방향으로 설치되어 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 수직축 풍력발전시스템에 관한 것이다.

최근 세계적으로 환경적 이슈가 부각되고 에너지 위기를 맞이하면서 다양한 대체에너지 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이 중 풍력은 고갈되지 않는 청정에너지로써 여러 대체에너지 중 성장률이 가장 높은 에너지원으로 각광을 받고 있다.

풍력발전시스템은 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 것이다. 이러한 풍력발전시스템은 바람이 많이 부는 장소에 설치하여 상기 바람을 유입함은 물론 유입된 바람의 힘으로 터빈 또는 로터를 회전시켜 동력 및 전기가 발생되도록 하는 것이다.

이러한 풍력발전시스템은 수평축 방식과 수직축 방식으로 크게 대별되며, 두가지 방식을 조합한 하이브리드 방식이 있다.

수직축 방식은 일반적으로 수평축 방식에 비해 효율이 절반가량 낮은 반면 로터 회전속도가 상대적으로 낮아 소음이 적고 진동이 거의 없으므로, 주거지역 및 빌딩 옥상, 학교, 병원 등 공공시설에 설치 가능하며 정밀도가 낮은 부품 및 블레이드 제작으로도 장기 사용 및 발전이 가능하여 독립 소형 풍력발전시스템에 주로 활용되어 왔다.

미국공개특허공보 2008/0095608에는 관절식 로터를 가진 수직축발전기가 개진되어 있으며, 풍속의 변화에 따라 분절된 중심으로부터 블레이드의 기울기가 변화하도록 하는 발명이 개시된 바 있다.

미국공개특허공보 2007/0297903에는 다단으로 형성된 에어포일 결합체를 갖는 수직축 풍력발전기가 나타나 있다.

또한 미국공개특허공보 2007/0224029에는 H type 수직형 풍력터빈의 문제점인 자체 기동문제를 해결하기 위해 에어포일 하면인 압력면에 계단식 홈을 만들어 낮은 속도에서도 기동이 되는 발명이 개시된 바 있다.

국내등록특허 10-0490683에는 바람 방향에 따라 에어포일 블레이드의 피치를 자동적으로 조절하는 수직축풍력발전기가 나타나 있다.

그리고 국내등록특허 10-0752755 및 10-0616109에는 반원호의 형상의 날개 안쪽 끝에 S자 Type 후단을 연결하는 임펄스 Type 블레이드에 천공홀을 구비하든지 혹은 반원호 앞에 유선형 돌출부가 제공되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기가 나타나 있다.

그러나 일반적으로 대칭형 에어포일 형상을 갖는 수직축 H type 수직형 풍력터빈(도 1 참고)은 종래 H type 수직축 풍력터빈의 회전에 따른 에어포일의 양력의 변화를 나타내는 곡선인 도 2에서 도시한 바와 같이, 바람방향과 날개사이의 입사각의 변화로 인한 양력계수의 대칭적 변동으로 최종 회전력이 낮아 효율이 저하하는 단점이 있다.

양력방식이 아닌 항력식이라고 불리는 임펄스(impulse) 방식의 터빈의 일반적 형태는 도 3에 도시한 바 있다.

이러한 임펄스 방식의 터빈은 효율이 10% 미만으로 낮아 풍력 터빈보다는 Cup방식의 풍속 측정용으로 사용되고 있다.

종래의 대칭형 임펄스 수직축 풍력터빈의 출력은 도 3에서 도시한 바와 같이, 속도삼각형으로부터 식 (1)과 같이 계산된다.

식(1)

여기서 로터 출구에서의 절대속도 (C₂)의 회전방향 성분인

가 음의 값을 가지며(즉, 회전방향과 반대방향) 동시에 크기가 커질수록 동력전달이 많이 발생하므로 이를 위해서는 U₂를 작게 하는 것이 필요하나(

), 이 경우 컵의 로터 내경이 작아져 로터 크기가 증가하여 제작비용이 증가하는 단점이 있다.

종래의 H 타입 로터를 지지하기 위한 고정 수직축을 중심으로 고정 수직축의 바깥 면에 설치된 외주 베어링을 통해 로터 회전축이 회전하도록 된 결합구조가 도 22a에 도시된 바 있다.

이와 같은 결합구조는 로터 회전축을 기어축이나 발전기 축과 연결하기 어려운 단점이 있다.

로터 회전축을 기어축이나 발전기 축과 연결하기 어렵다는 것을 해결하기 위해 로터 회전축은 고정 수직축의 안쪽 면에 설치된 상하 외주 베어링을 통해 결합 및 회전하며, 로터 회전축은 직접 기어박스나 발전기에 직접 체결하는 구조가 개시된 바 있다.

이러한 구조에 의해 로터 회전축을 기어축이나 발전기 축과 연결하기는 용이하게 되었으나, 과풍속 등으로 인해 로터에 작용하는 하중으로부터 로터를 지지하기 위해 도 22b에 도시된 바와 같이 로터의 바깥쪽에 고정 안내익과 같은 지지대를 설치하거나, 혹은 로터의 상부에 베어링으로 지지되는 구조물을 설치해야 하는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수직축 풍력발전용 터빈로터의 고유의 문제인 바람방향과 날개사이의 입사각의 변화로 인한 양력계수의 대칭적 변동으로 최종 회전력이 낮아져 효율이 저하하는 단점을 극복할 수 있는 수칙축 풍력발전용 터빈로터와, 상기 수직축 풍력발전용 터빈로터의 회전과 연동하여 회전하는 기어와 연결되는 발전기를 포함하는 수직축 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 수직축과 회전축의 결합에 있어서, 회전축을 수직축 안쪽에 설치함으로써, 기어박스나 발전기에 직접 체결이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 수직축 외의 다른 지지대 또는 지지 구조물을 설치할 필요가 없는 결합구조를 갖는 수직축 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직축 풍력발전용 터빈로터는,

회전축과, 복수개의 블레이드를 포함하되, 상기 블레이드는 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되며, 로터 날개의 날개 코드길이(C)와 피치비(P)의 값

이 0.3에서 0.6사이이며, 블레이드 내경 대 외경의 비

는 0.8에서 1.1 사이이며, 코드길이(C)와 블레이드 외경(

)의 비

는 0.6에서 1.3 사이인 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직축 풍력발전시스템은,

상기 블레이드는 위에서 아래방향으로 내려다 볼 경우, 상기 블레이드가 바람에 의해 회전할 때 형성하는 궤적의 원호를 중심으로 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되며, 로터 날개의 날개 코드길이(C)와 피치비(P)의 값

이 0.3에서 0.6사이이며, 블레이드 내경 대 외경의 비

는 0.8에서 1.1 사이이며, 코드길이(C)와 블레이드 외경(R1)의 비

는 0.6에서 1.3 사이이며, 상기 블레이드를 지지하는 제1프레임이 상기 블레이드의 상면과 결합하며, 상기 블레이드를 지지하는 제2프레임이 상기 블레이드의 외측면에 결합하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전용 터빈로터;

수직축;

상기 수직축의 내부에 위치하는 제1베어링과 제2베어링 및 상기 회전축의 소경부에 위치하는 제3베어링을 포함하되,

상기 제1베어링과 상기 제2베어링의 내륜은 상기 회전축의 외경과, 상기 제1베어링과 상기 제2베어링의 외륜은 상기 수직축의 내경과 접하며 고정되며,

상기 제3베어링의 상부륜은 상기 회전축의 외경과 상기 회전축의 소경부와의 턱에 고정되며, 상기 제3베어링의 하부륜은 상기 수직축의 하단과 접하며 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직축 풍력발전시스템은,

회전축과, 복수개의 블레이드를 포함하며,

상기 블레이드는 위에서 아래방향으로 내려다 볼 경우, 상기 블레이드가 바람에 의해 회전할 때 형성하는 궤적의 원호를 중심으로 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되며, 로터 날개의 날개 코드길이(C)와 피치비(P)의 값

이 0.3에서 0.6사이이며, 블레이드 내경 대 외경의 비

는 0.8에서 1.1 사이이며, 코드길이(C)와 블레이드 외경(

)의 비

는 0.6에서 1.3 사이이며, 상기 블레이드를 지지하는 제1프레임과 제2프레임이 상기 블레이드의 외측면에 결합하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전용 터빈로터;

수직축;

상기 수직축의 내경에 위치하는 제1베어링과, 상기 수직축의 외경에 접하는 제2베어링 및 상기 회전축의 소경부에 위치하는 제3베어링을 포함하되,

상기 제 1베어링의 내륜의 상면은 상기 회전축의 단부에 의해 지지되며, 외륜은 상기 수직축의 내경 단부에 지지결합하고,

상기 제 2베어링의 내륜의 측면은 상기 수직축의 외경과 접하며, 내륜의 하면은 상기 수직축의 외경 단부에 지지결합하고,

상기 제3베어링의 상부륜은 상기 회전축의 외경과 상기 회전축의 소경부와의 턱에 고정되며, 상기 제3베어링의 하부륜은 상기 수직축의 하단과 접하며 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직축 풍력발전시스템은,

회전축과, 복수개의 블레이드를 포함하며,

상기 블레이드는 위에서 아래방향으로 내려다 볼 경우, 상기 블레이드가 바람에 의해 회전할 때 형성하는 궤적의 원호를 중심으로 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되며, 로터 날개의 날개 코드길이(C)와 피치비(P)의 값

이 0.3에서 0.6사이이며, 블레이드 내경 대 외경의 비

는 0.8에서 1.1 사이이며, 코드길이(C)와 블레이드 외경(

)의 비

는 0.6에서 1.3 사이이며, 상기 블레이드를 지지하는 제1프레임과 제2프레임이 상기 블레이드의 외측면에 결합하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전용 터빈로터;

수직축;

상기 수직축의 상부에 결합하는 상부 결합체;

상기 상부 결합체와 접하는 내륜과, 회전축 상부 결합체의 내경과 접하는 외륜을 갖는 제1베어링과, 상기 회전축의 내경에 형성된 턱에 의해 지지되는 외륜과, 내륜은 상기 수직축(360)에 의해 지지되는 제2베어링과, 상기 제2베어링의 하면과 접하도록 위치하며, 상기 회전축의 하단과 하면이 접하는 제3베어링을 포함하되, 상기 회전축의 외경에 설치된 거스기어와, 상기 거스기어와 연결된 피니언기어와, 상기 피니언기어와 연결된 기어 박스 또는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 장점이 존재한다.

(1) 수직축 풍력발전용 터빈로터의 경우, 로터의 외경을 크게 하거나, 내경을 작게 하지 않으면서 동력전달을 증가시키기 위해서 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 변화시킨 터빈로터로서 로터의 블레이드는 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되어 있어 유동이 이탈각 없이 날개를 따라 흐르기가 유리하며 또한 로터 외경을 크게 하거나 로터 내경을 줄이지 않고도 양의 입구절대속도 혹은 음의 출구절대속도의 회전방향성분 (

)의 절대값 크기가 획기적으로 증가하여 출력이 증가하는 효과가 있어 단위 입사면적당 전기 출력(Watts/m²)을 정격풍속에서 300 이상으로 확보하는 효과가 있다.

(2) 바람방향에 따라 조향을 해야 하는 수평축 발전기나 가이드 베인을 조향해야 하는 수직축 풍력발전기와는 달리 수동적 혹은 능동적인 조향을 하지 않는 H 타입 터빈의 고유의 문제인 바람방향과 날개사이의 입사각의 변화로 인한 양력계수의 대칭적 변동으로 최종 회전력이 낮아져 효율이 저하하는 단점을 극복할 수 있다.

(3) 터빈로터의 회전축을 고정되는 수직축의 안쪽에 설치함으로써, 기어박스나 발전기에 직접적인 연결 내지는 체결이 가능할 뿐만 아니라, 수직축 외의 다른 지지대/지지구조물의 설치가 필요 없어, 풍력발전시스템 설치비용 및 풍력발전시스템 자체비용의 절감이 가능하다.

도 1a와 도 1b는 종래 H Type 수직축 풍력터빈의 형상과 회전력 발생을 나타낸 개략도.
도 2는 종래 H Type 수직축 풍력터빈의 회전에 따른 에어포일의 양력의 변화를 나타내는 그래프.
도 3은 종래의 대칭형 임펄스 수직축 풍력터빈과 터빈 블레이드의 속도삼각형 형태를 나타내는 개략도.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 비대칭형 임펄스 수직축 풍력터빈과 터빈 블레이드의 속도삼각형 형태를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 비대칭형 임펄스 수직축 풍력터빈 블레이드의 주요설계변수를 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 비대칭형 임펄스 수직축 풍력터빈 블레이드의 바람직한 다른 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 블레이드 형상 변수에 대해 테스트한 세가지 경우 설계변수에 대한 효율을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 설계 변수에 따른 비대칭형 임펄스 수직축 풍력 터빈의 성능을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 정면도.
도 11은 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 단면도.
도 12a와 도 12b는 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 수직축과 회전축의 결합구조 단면도의 일부확대도.
도 12c는 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 블레이드와 프레임의 결합구조의 일부확대도.
도 13은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 사시도.
도 14는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 분해도.
도 15는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 단면도.
도 16a와,도 16b, 도 16c 및 도 16d는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 단면도의 일부확대도.
도 17은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 단면도.
도 18a와,도 18b, 도 18c는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 단면도의 일부확대도.
도 19a와, 도 19b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 사시도.
도 20은 본 발명에 따른 소형 수평축 설치 풍력발전시스템의 계통 연계형 풍력발전기의 전기제어시스템 구성도 실시 예.
도 21은 본 발명에 따른 소형 수평축 설치 풍력발전시스템의 독립전원형 풍력발전기의 전기제어시스템 구성도 실시 예.
도 22a와 도 22b는 종래 수직축 풍력발전시스템의 로터와 고정 수직축의 결합을 보여주는 단면도.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 수직축 풍력발전용 터빈로터(100)에 대해서 자세하게 설명한다.

수직축 풍력발전용 터빈로터(100)는 회전축(110)과 블레이드(120)를 포함하여 이루어진다.

상기 회전축(100)과 상기 블레이드(120)를 연결하기 위해 제 1프레임(131)과 제 2프레임(150)으로 이루어진 프레임부(130)가 포함된다.

먼저, 상기 블레이드(120)의 역할은 바람의 힘을 상기 터빈로터(100)의 회전력으로 변환시킴으로써, 풍력에 의한 발전을 가능하게 한다.

이러한 블레이드(120)는 상기 터빈로터(100)에 복수 개가 형성되는 것이 일반적이다.

수직축 풍력발전시스템에서는 상기 블레이드가 상기 회전축과 평행하게 형성되며, 이와 반대로 수평축 풍력발전시스템에서는 블레이드가 회전축에 수직 또는 그와 가까운 각도를 이룬다.

이하에서는 상기 블레이드(120)의 형상에 대해 자세하게 설명한다.

상기 터빈로터(100)를 위에서 아래방향으로 내려다 볼 경우, 상기 블레이드(120)의 A-A 단면의 형상은 상기 블레이드(120)가 바람에 의해 회전할 때 형성하는 궤적의 원호를 중심으로 비대칭형상을 가진다.

상기 블레이드(120)에는 외측면(121)과 내측면(122), 상면(124)과 하면(미도시)이 형성되며, 상기 블레이드의 내측면(122)에는 공간(123)이 형성되어, 풍력에 의한 항력을 발생시킨다.

먼저, 상기 블레이드 외측면(121)은 곡면형상을 가진다.

상기 블레이드 외측면(121)에는 상기 블레이드(120)와 회전축(110)과의 연결을 위한 제 2프레임(150)이 결합되며, 상기 제 2프레임(150)과의 결합을 위한 결합공(미도시)이 형성된다.

상기 제 2프레임(150)과 상기 블레이드 외측면(121)과는 볼트(157)에 의해 결합한다.

상기 제 2프레임(150)의 구조에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 블레이드 상면(124)은 평평한 형상을 가진다.

상기 블레이드 상면(124)에는 상기 블레이드(120)와 회전축(110)과의 연결을 위한 제 1프레임(131)이 결합되며, 상기 제 1프레임(131)과의 결합을 위한 결합공(미도시)이 형성된다.

상기 제 1프레임(131)과 상기 블레이드 상면(124)도 볼트(145)에 의해 결합한다.

상기 제 1프레임(131)의 구조에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 블레이드 내측면(122)도 외측면(121)과 마찬가지로 곡면형상을 가지며, 상기 블레이드 내측면(122)에는 상기 블레이드(120)의 단면현상과 동일한 단면을 갖는 보강부재(126)가 상기 블레이드 내측면(122)의 A-A 단면을 따라서 형성된다.

상기 블레이드 보강부재(126)는 바람에 의해 상기 블레이드(120)에 항력이 작용할 경우, 상기 블레이드(120)의 내구성과 강도를 보강해주는 역할을 하며, 상기 블레이드 보강부재(126)가 형성되는 위치 및 형성되는 개수는 상기 블레이드(120)의 크기/길이 및 풍황에 따라서 변동될 수 있다.

상기 터빈로터(100)의 외경(

)을 크게 하거나 내경(

)를 작게 하지 않으면서도 기어박스(500)나 발전기(600)에의 동력전달을 증가시키기 위해서는 블레이드(120)의 입구 혹은 출구 각도를 변화시키는 방법이 필요하며 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 비대칭적인 터빈로터의 설계가 필수적이다.

도 4a와 도 4b에 나타난 블레이드(120)는 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되어 있어 유동이 이탈각 없이 날개를 따라 흐르기가 유리하며 또한 터빈로터(100) 외경(

)을 크게 하거나, 내경을 줄이지 않고도 도 5에 나타난 입구각

출구각

을 작게 하여 양의 입구절대속도의 회전방향성분(

) 혹은 음의 출구절대속도의 회전방향성분(

)의 절대값의 크기가 획기적으로 증가하여 출력이 증가하도록 한다.

이와 같이 비대칭 형상을 갖는 터빈로터(100)는 종래의 대칭 임펄스 터빈로터와는 달리 설계변수가 증가하여 반드시 최적설계를 수행하여야 한다.

본 발명에서는 이러한 출력 증대를 통한 터빈로터의 효율의 증대를 위해 비대칭 임펄스 터빈의 설계변수인 날개 코드길이

, 날개 코드대 피치비

, 날개 입구 반경

, 날개 출구반경

, 날개 입구각

, 날개 출구각

을 조절하여 최적의 값을 같도록 한다.

본 발명에 따른 수직축 풍력발전용 터빈로터의 블레이드(120)를 형상 변수에 대해 세 가지로 테스트한 경우의 효율은 도 7을 참고한다.

이하에서는 상기 블레이드(120)와 상기 회전축(110)을 연결하는 프레임부(130)에 대해서 자세하게 설명한다.

전술한 바와 같이, 상기 블레이드(120)와 상기 회전축(110)을 연결하기 위한 프레임부(130)가 형성되며, 상기 프레임부(130)는 제 1프레임(131)과 제 2프레임(150)를 포함하여 이루어진다.

상기 제 1프레임(131)은 상기 터빈로터(100)를 정면에서 볼 경우, 상기 회전축(110)의 외경으로부터 좌우상향으로 뻗어 나가는 제 1프레임의 제 1지지대(133)와, 상기 제 1프레임의 제 1지지대의 타단(135)으로부터 형성되며 상기 블레이드 상면(124)과 결합하는 제 1프레임의 제 2지지대(140)를 포함한다.

상기 제 1프레임의 제 1지지대의 일단(134)은 상기 회전축(110)과의 결합을 위한 결합링(136)의 외경과 연결된다.

상기 결합링(136)의 내경은 상기 회전축의 외경(111)과 접하며 고정 지지되므로, 상기 결합링(136)은 상기 회전축(110)에 고정 지지된다.

상기 제 1프레임의 제 1지지대의 타단(135)으로부터 형성되어, 상기 블레이드 상면(124)과 평행하도록 형성되는 제 1프레임의 제 2지지대(140)의 형상은 다음과 같다.

상기 터빈로터(100)를 위에서 아래방향으로 볼 경우, 상기 제 1프레임의 제 2지지대(140)는 개략적으로 삼각형의 형상을 가지되, 가운데 공간(142)이 형성되어 있다.

상기 제 1프레임의 제 2지지대의 하면(141)에는 제 1프레임의 제 2지지대(140)와 블레이드 상면(124)을 결합시키는 결합판(143)이 형성된다.

상기 제 1프레임의 제 2지지대(140)와 블레이드 상면(124)과의 결합판(143)에는 상기 블레이드(120)와의 결합을 위한 결합공(미도시)이 형성되며, 상기 결합공에 볼트(145)를 삽입함으로써, 상기 블레이드(120)와 상기 제 1프레임의 제 2지지대(140)는 고정 결합된다.

이하에서는 상기 제 2프레임(150)에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 터빈로터(100)를 정면에서 볼 경우, 상기 제 2프레임(150)은 좌우측 하향으로 뻗어있는 형상을 가진다.

상기 제 2프레임의 일단(151)은 제 2프레임의 결합링(153)의 외경에 연결된다.

상기 제 2프레임의 결합링(153)의 내경은 상기 회전축의 외경(111)과 접하게 됨으로써, 상기 결합링(153)은 상기 회전축(110)에 고정되며, 결과적으로 상기 제 2프레임(150)은 상기 회전축(110)에 고정된다.

상기 제 2프레임의 타단(152)에는 상기 제 2프레임(150)과 상기 블레이드 외측면(124)을 결합하는 결합판(156)이 형성된다.

상기 제 2프레임(150)과 블레이드 외측면(124)과의 결합판(156)에는 결합공(미도시)이 형성되며, 상기 결합공에 볼트(159)를 삽입함으로써, 상기 블레이드(120)와 상기 제 2프레임(150)은 고정 결합된다.

상기 제 2프레임(150)과 블레이드 외측면(124)과의 결합판(156)의 형상은 상기 블레이드 외측면(124)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명에서는 전체적인 형상은 사각형이다.

상기 제 2프레임(150)과 상기 블레이드 외측면(124)과의 견고한 결합을 위해서는 상기 블레이드 외측면(124)과의 결합판(156)의 측면에 상기 블레이드 외측면(124)과 대응하는 곡면을 형성하는 것이 바람직하다.

*이와 같이, 상기 프레임부(130)에 의해 상기 블레이드(120)와 상기 회전축(110)과의 견고한 결합이 가능하다.

이하에서는 상기 회전축(110)과 상기 수직축(160)의 결합구조에 대해서 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시례에 따른 회전축(110)과 수직축(160)의 결합구조는 베어링과, 상기 베어링의 외경에는 수직축이 결합하며, 상기 베어링의 내경에는 회전축이 각각 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 수직축(160)은 상기 회전축(110)을 견고하게 지지할 뿐만 아니라, 원활한 회전을 가능하게 하는 역할을 하며, 상기 기어박스(500) 또는 발전기(600)가 지지 고정되는 타워(400)에 설치된다.

상기 수직축(160)은 공간이 형성된 중공축으로, 상기 수직축의 상부에는 제 1베어링(165)이 결합되며, 상기 수직축의 하단(163)에는 제 2베어링(171)이 결합된다.

상기 회전축(110)의 하부에는 바람에 의해 회전하는 회전축(110)의 회전력을 기어박스(500) 또는 발전기(600)에 전달하는 축방향 하중을 지지하는 제 3베어링(175)이 결합된다.

먼저, 상기 수직축(160)과 상기 수직축(160)의 상부에 결합하는 제 1베어링(165)의 결합구조에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 제 1베어링(165)은 바람에 의해 회전하는 회전축(110)을 지지 및 원활한 회전을 가능하게 한다.

상기 제 1베어링(165)은 내륜(166)과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜(167)을 포함한다.

상기 내륜(166)의 외측과 상기 외륜(167)의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜(166)과 외륜(167) 사이에는 볼(168)이 배치된다.

상기 제 1베어링의 내륜(166)은 상기 회전축(110)의 외경(111)과 접하며 고정되고, 상기 제 1베어링의 외륜(167)은 상기 수직축(160)의 내경(162)과 접하며 고정된다.

상기 수직축(160)과 상기 수직축(160)의 하부에 결합하는 제 2베어링(171)도 내륜(172)과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜(173)을 포함한다.

상기 내륜(172)의 외측과 상기 외륜(173)의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜(172)과 외륜(173) 사이에는 볼(174)이 배치된다.

이하에서는 상기 회전축 하부에 결합하는 제 3베어링(175)에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 회전축 하부에는 상기 기어(500) 또는 발전기(600)와의 축 연결을 할 수 있도록 상기 회전축의 외경(111)보다 지름이 감소하는 회전축 소경부(115)가 형성된다.

상기 회전축 소경부(115)는 상기 기어(500) 또는 발전기(600)와의 축 연결을 위해 아래방향으로 돌출되는 형상을 가진다.

상기 회전축의 외경(111)과 상기 회전축 소경부(115)가 시작되는 곳에는 턱(116)이 형성되며, 상기 턱(116)에 상기 제 3베어링(175)이 고정 결합된다.

상기 제 3베어링(175)은 축하중을 지지하는 역할을 하며, 상부륜(176)과 상부륜의 하부에 배치되는 하부륜(177)을 포함한다.

상기 상부륜(176)의 하부와 상기 하부륜(177)의 상부에는 홈이 형성되어 있으며, 상부륜(176)과 하부륜(177) 사이에 볼(174)이 배치된다.

상기 제 3베어링의 상부륜(176)은 상기 회전축의 외경(111)과 회전축 소경부(115)와의 턱(16)과 접하며 고정된다.

상기 제 3베어링의 하부륜(177)은 상기 수직축의 하단(163)과 접하며 고정된다.

이와 같은 수직축(160)과 회전축(110)의 결합구조에 의해, 고정설치되는 수직축의 중공부(161)에 위치한 회전축(110)은 상기 제 1베어링(165)과 제 2베어링(171)에 의해, 원활한 회전 및 견고한 지지가 가능하게 될 뿐만 아니라, 상기 제 3베어링(175)에 의해 상기 회전축(110)의 회전력을 상기 기어(500) 또는 발전기(600)로의 원활한 전달이 가능하다.

또한, 상기 회전축(110)의 지지를 위해 고정설치되는 수직축(160)외의 별도의 지지축/지지대의 설치가 필요하지 않게 된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 수직축(210)과 회전축(260)의 결합구조에 대해서 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.

상기 터빈로터의 블레이드(120)의 형상은 전술한 바와 같으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 상기 블레이드(120)와 상기 회전축(210)을 결합하는 프레임부(230)에 대해서 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.

상기 프레임부(230)는 제 1프레임(231)과 제 2프레임(240)을 포함한다.

상기 제 1프레임(231)은 상기 블레이드(120)와 상기 회전축(210)을 연결시키는 역할을 하며, 지지대(232)와 결합판(235)으로 이루어진다.

상기 제 1프레임의 지지대(232)는 각각 일단(233)과 타단(234)이 형성되며, 상기 제 1프레임의 지지대의 일단(233)은 회전축(210)의 상부와 결합한다.

상기 제 1프레임의 지지대의 타단(234)은 결합판(235)과 연결되며, 상기 결합판(235)의 구조 및 결합판(235)에 형성된 결합공 등은 전술한 바와 같으므로, 여기서는 그에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는 상기 제 2프레임(240)에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 제 2프레임(240)은 상기 블레이드(120)를 연결시키며, 상기 수직축(260)에 대해서 상기 블레이드(120)를 지지하는 역할을 하며, 지지대(241)와 결합판(250)으로 이루어진다.

상기 제 2프레임의 지지대(241)에는 각각 제 1단(242)과 제 2단(243)이 형성되며, 상기 제 2프레임의 지지대의 제 2단(243)은 결합판(250)과 연결된다.

상기 제 2프레임의 지지대의 제 1단(242)은 제 2베어링(274)과 수직축(260)에 의해 지지된다.

*상기 제 2프레임의 지지대의 제 1단(242)의 형상은 턱(243)이 내측에 형성된 'ㄱ'형상을 가지며, 상기 제 2프레임의 지지대의 제 2단(249)과 연결된다.

상기 제 2프레임의 지지대의 제 1단의 내측턱(243)은, 상기 수직축(260)과 평행한 제 1면(244,수직면)과, 상기 제 1면과 수직한 제 2면(245,수평면)과, 상기 제 2면과 수직한 제 3면(246,수직면)과, 상기 제 3면과 수직한 제 4면(247,수평면)과, 상기 제 4면과 수직한 제 5면(248,수직면)으로 이루어진다.

상기 제 1면(244)은 상기 수직축의 외경(d3, 261)으로부터 약간 이격되어 있다.

상기 제 4면(247)과 상기 제 5면(248)에 의해 형성되는 턱(243)은 상기 제 2베어링(274)의 상면에 의해 지지 및 결합된다.

따라서, 상기 제 2프레임의 지지대의 제 1단(242)은 상기 수직축(260)과는 약간 이격되어 있으며, 상기 제 2베어링(274)의 상면에 의해 지지 및 결합되는 구조를 가지며, 상기 제 2프레임의 지지대의 제 2단(249)은 상기 결합판(250)을 통해, 상기 블레이드(120)와 연결되는 구조를 가진다.

상기 터빈로터의 블레이드(120)에 불어오는 바람에 의해 항력이 작용하여, 터빈로터(100)가 회전할 경우, 상기 제 1프레임의 지지대(232)는 상기 회전축(260)과 결합되며, 상기 제 2프레임의 지지대(241)는 상기 수직축의 외경(d3, 261)에 결합하는 제 2베어링(274)과 지지 및 결합되므로, 블레이드(120)의 원활한 회전 및 견고한 지지가 가능하게 된다.

이하에서는 상기 회전축(210)과, 상기 수직축(260)의 형상에 대해 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

상기 회전축(210)은 회전축의 대경부(d4, 211)와, 소경부(d1, 212)와, 회전축과 프레임부의 결합부(213) 및 회전축의 단부(214)를 포함한다.

먼저, 회전축의 소경부(d1, 212) 및 대경부(d4, 211)에 대해서는 전술한 바와 같으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하며, 회전축과 프레임부의 결합부(213) 및 회전축의 단부(214)를 중심으로 자세하게 설명한다.

상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)는 내경과 외경을 가진다.

상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)의 내경은 상기 회전축의 대경부(d4, 211)보다 큰 직경을 가지며, 후술할 수직축의 외경(d3, 261)보다 큰 직경을 갖는다.

상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)의 내경이 상기 수직축의 외경(d3, 261)보다 큰 직경을 가짐으로써, 상기 수직축(260)이 상기 회전축(210)에 삽입될 수 있다.

상기 수직축의 외경(d3, 261)과 상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)의 내경과의 간섭을 방지하기 위해서는 상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)의 내경은 상기 수직축의 외경(d3, 261)보다 약간 크게 함이 바람직하다.

상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)의 외경에는 상기 프레임부(230), 더욱 자세하게는 상기 제 1프레임의 일단(233)이 결합한다.

상기 회전축의 단부(214)는 상기 회전축과 프레임부의 결합부(213)와, 회전축의 대경부(d4, 211) 사이에 형성된다.

상기 회전축의 단부(214)는 상기 수직축의 내경(d2, 266)과 결합하는 제 1베어링(273)의 내륜의 상면을 지지하는 역할을 한다.

상기 수직축의 내경(d2, 266)과 결합하는 제 1베어링(273)은 내륜과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜을 포함한다.

상기 내륜의 외측과 상기 외륜의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜과 외륜 사이에는 볼이 배치된다.

전술한 바와 같이, 상기 제 1베어링(273)의 내륜의 상면은 상기 회전축의 단부(214)에 의해 지지되며, 내륜의 측면은 상기 회전축의 대경부(d4, 211)와, 외륜의 측면은 수직축의 내경(d2, 266)과 결합하여, 견고하게 지지된다.

이하에서는 상기 수직축의 내경(d2, 266)과 제 1베어링의 외륜의 측면(외경)과의 결합에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 수직축의 내경(d2, 266)에는 제 1면(268,수직면), 제 1면과 수직한 제 2면(269,수평면), 제 2면과 수직한 제 3면(270,수직면), 제 3면과 수직한 제 4면(271,수평면)을 포함하여 이루어진 상기 수직축의 내경 단부(267)가 형성된다.

상기 제 1면(268)과, 제 2면(269)이 이루는 단에 상기 제 1베어링(273)의 외륜의 측면과, 하면의 일부가 지지결합하게 된다.

상기 제 2베어링(274)과 상기 수직축의 외경(d3, 261)과의 결합에 대해서 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

전술한 바와 같이, 상기 수직축의 외경(d3, 261)과 결합하는 제 2베어링(274)은 내륜과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜을 포함한다.

상기 내륜의 외측과 상기 외륜의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜과 외륜 사이에는 볼이 배치된다.

상기 수직축의 외경(d3, 261)으로부터 외측으로 형성된 단부(262)가 형성된다.

상기 수직축의 외경 단부는 제 1면(263,수평면)과 제 2면(264,수직면), 제 3면(265,경사면)을 포함한다.

상기 제 2베어링(274)의 내륜의 측면은 상기 수직축의 외경(d3, 261)과 접하며, 내륜의 하면은 상기 수직축의 외경 단부의 제 1면(263)에 의해 지지된다.

참고로, 제 3베어링(275)도 내륜과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜을 포함한다.

상기 내륜의 외측과 상기 외륜의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜과 외륜 사이에는 볼이 배치된다.

이하에서는 본 발명에 의한 수직축 풍력발전시스템에 대해서 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

먼저, 수직축(360)과 회전축(310)의 결합구조 및 바람에 의해 회전하는 회전축(310)의 회전력이 기어박스(500) 또는 발전기(600)로의 전달되는 것을 중심으로 자세하게 설명하며, 상기 블레이드(120)와 회전축(310)과의 결합은 간단하게 설명한다.

상기 블레이드(120)의 외측면(121)은 프레임부(340)의 일측과 결합하게 되며, 상기 프레임부(340)의 타측은 회전하는 회전축(310)과 결합하게 된다.

이하에서는 상기 수직축(360)과 회전축(310)의 결합구조에 대해서 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

상기 수직축(360)은 상기 회전축 중공부(311)에 삽입된다.

상기 회전축(310)이 상기 수직축(360)과의 관계에서 원활한 회전 및 견고한 지지를 위하여, 회전축 상부 결합체(320)가 설치된다.

상기 회전축 상부 결합체(320)는 상기 회전축의 상부를 통해 상기 회전축 중공부(311)에 끼워 맞추는 방식으로 삽입하여 결합된다.

상기 회전축 상부 결합체(320)의 내부에는 후술할 제 1베어링(373)과 수직축 상부 결합체(330)가 삽입 결합될 수 있도록 구멍이 형성된다.

상기 회전축 상부 결합체(320)의 외경을 형성하는 회전축 상부 결합체의 측면(323)은 상기 회전축(310)의 내경에 접한다.

상기 회전축 상부 결합체의 측면(323)으로부터 바깥방향으로 단부(321)가 형성된다.

상기 단부(321), 더욱 정확하게는 상기 단부의 하면(322)이 상기 회전축의 상면과 접하게 된다.

이하에서는 상기 수직축(360)과 상기 회전축 상부 결합체(320)의 결합에 대해서 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

상기 수직축(360)은 상기 타워(400)로부터 상향으로 형성되며, 내부에는 중공부가 형성된다.

상기 수직축(360)의 상부에는 수직축 상부 결합체(330)이 삽입되어 결합하게 된다.

상기 수직축 상부 결합체(330)의 형상은 다음과 같다.

상기 수직축 상부 결합체(330)의 하부의 직경은 상기 수직축의 내경(d4,369)과 접하는 크기를 갖게 됨으로써, 상기 수직축 상부 결합체(330)가 상기 수직축(360)에 대하여 고정 지지된다.

또한, 상기 수직축 상부 결합체(330)의 하부의 직경을 이루는 측면(337)으로부터 바깥방향으로 형성된 단부(336)에 의해 상기 수직축 상부 결합체(330)가 상기 수직축(360)에 대하여 더욱 견고하게 고정 지지된다.

상기 단부(336)는 제 1면(수평면,333)과, 상기 제 1면과 수직인 제 2면(수직면,334)와 상기 제 2면과 수직인 제 3면(수평면,335)를 포함하여 이루어진다.

상기 단부의 제 3면(수평면, 335)이 상기 수직축(360)의 상면에 접하게 됨으로써, 상기 수직축 상부 결합체(330)는 상기 수직축(360)에 대하여 고정 지지된다.

제 1베어링(373)과 제 2베어링(374)도 내륜과 외륜을 포함하며, 상기 내륜의 외측과 상기 외륜의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜과 외륜 사이에는 볼이 배치된다.

상기 제 1베어링(373)의 내륜에 상기 수직축 상부 결합체(330)가 결합하게 된다. 이를 수직축 상부 결합체(330)와 제 1베어링(373)과의 결합면(332)이라고 한다.

상기 수직축 상부 결합체(330)는 상기 제 1베어링(373)의 내륜 및 상기 수직축의 내경(d4,369)과 상기 수직축의 상면에 의해 견고하게 고정 지지된다.

이하에서는 상기 수직축 상부 결합체(330)와, 상기 회전축 상부 결합체(320) 사이에 위치하는 제 1베어링(373)에 대하여 자세하게 설명한다.

상기 회전축 상부 결합체(320)의 내부에는 구멍이 형성됨은 전술한 바 있다.

상기 회전축 상부 결합체(320)의 내부에 형성된 구멍 내지는 공간을 통해 상기 제 1베어링(373)이 위치하게 된다.

상기 제 1베어링(373)의 외륜은 상기 회전축 상부 결합체(320)의 내경과 접하게 된다.

상기 제 1베어링(373)의 내륜은 상기 수직축 상부 결합체(330)과의 결합면(332)을 형성한다.

이하에서는 상기 회전축(310)의 하부와 상기 수직축(360)의 하부 사이에 위치하는 제 2베어링(374)과 제 3베어링에 대해서 자세하게 설명한다.

상기 제 2베어링(374)의 구조 및 형상은 전술한 바 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제 2베어링(374)의 외륜은 상기 회전축의 내경에 형성된 턱에 의해 지지되며, 내륜은 상기 수직축(360)에 의해 지지된다.

상기 제 2베어링(374)의 하면에는 제 3베어링(375)이 위치하며, 상기 제 3베어링(375)은 축방향과 반경방향의 하중을 모두 지지하는 테이퍼 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제 3베어링(375)은 내륜(378)과 상기 내륜의 외측에 배치되는 외륜(376)을 포함한다.

상기 내륜(378)의 외측과 상기 외륜(376)의 내측에는 홈이 형성되어 있으며, 상기 내륜(378)과 외륜(376) 사이에는 롤러(377)가 배치된다.

상기 제 3베어링의 외륜(376)의 상면과 상기 제 2베어링(374)의 하면은 서로 접하게 됨에 따라, 상기 제 2베어링(374)은 더욱 견고하게 지지 고정된다.

상기 제 3베어링(375)의 하면은 상기 회전축(310)의 하단과 접하게 됨에 따라, 견고하게 지지 고정된다.

상기 회전축(310)의 하부에는 단부(380)가 형성된다.

상기 단부(380)는 제 1면(수평면,381)과 상기 제 1면과 수직인 제 2면(수직면, 382), 상기 제 2면과 수직인 제 3면(수평면,383)을 포함한다.

상기 단부(380)의 제 1면(수평면,381)에는 후술할 거스기어(390)이 결합하게 된다.

상기 거스기어(390), 더욱 자세하게는 상기 거스기어의 하면(391)이 상기 단부(380)의 제 1면(수평면,381)과 결합함에 따라, 상기 회전축(310)이 회전하는 것과 연동하여, 상기 거스기어(390)도 회전하게 된다.

상기 거스기어(390)외 인접하도록 연결된 피니언기어(392)와 연결된다.

회전력을 전달받은 상기 피니언기어(392)는, 피니언기어(392)와 연결된 기어박스(500) 또는 발전기(600)를 회전시킴으로써, 풍력에 의한 발전이 가능하게 된다.

또한 본 발명의 풍력발전시스템의 전기시스템은 계통연계형과 독립전원형으로 나누어 설명한다: 계통 연계형 풍력발전기의 전기제어시스템 구성은 도 21과 같으며, 발전기는 영구자석형 동기발전기(700)를 사용하여 풍속의 변화에 따른 터빈의 어떠한 회전 속도 변화에도 출력을 낼 수 있는 발전시스템이며, 배선용 차단기(710)에 의해 영구자석형 동기발전기(700)와 후단의 제어시스템을 수동으로 투입 및 차단을 가능하게 함으로써 시스템 설치 및 유지보수 시 안전하게 작업이 가능하도록 구성을 하였고 과풍속에서 제어 실패가 발생했을 경우 자동 차단에 의해 과부하에 의한 전기제어시스템 손상을 방지할 수 있다.

영구자석형 동기발전기(700)에서 발생된 3상 교류전원은 덤프 로드(720)에 내장되어 있는 전파정류 다이오드 모듈(721)에 의해 직류전원으로 변환되어 승압형 컨버터(730)로 입력되며, 또한 정상동작 시 계통의 무부하 상태 혹은 과풍속에 의한 과부하 시 어느 일정시간 동안 시스템 차단 없이 정상적인 동작이 가능하도록 스위칭 소자(722)와 저항(723)으로 구성된 덤프 로드에 의해 시스템을 보호한다. 승압형 컨버터는 시동풍속에서 종단풍속범위 안에서는 설계된 전기적인 출력을 낼 수 있도록 하기위하여 인버터가 제어 가능한 직류전압으로 제어하는 기능을 가지며, 이는 에너지 저장요소인 인덕터(731)와 스위칭 소자(732)의 적절한 제어에 의해 가능하다.

다이오드(733)는 순방향 제어를 위한 것이다. 승압형 컨버터(730)에 의해 적정한 값으로 승압된 직류전원은 계통 연계형 인버터(740)에 입력되어지며, 직류전원의 리플을 제거하기 위하여 커패시터(741)가 사용되어지고 이것에 의해 필터링

된 일정한 직류전원은 IGBT 모듈(742)의 스위칭에 의해 계통과 동기화된 전압과 주파수를 갖는 전원이 만들어 지고 출력 필터(743)에 의해 고조파가 거의 없는 정현파 교류전원이 계통과 연결이 된다.

풍력발전기 전기제어시스템과 계통의 안전한 연결, 고장 시 점검 및 회로 분리를 용이하게 하기 위하여 인버터와 계통 사이에 배선용 차단기(750)를 사용한다.

또한 단독 전원형 풍력발전기의 전기제어시스템 구성은 도 22와 같으며, 발전기는 계통 연계형과 같이 영구자석형 동기발전기(800)를 사용하고 있으며, 배선용 차단기(810)도 동일한 구성을 하고 있다.

영구자석형 동기발전기(800)에서 발생된 3상 교류전원은 승압형 컨버터(820)에 입력되어져 전파정류 다이오드 모듈(821)에 의해 직류전원으로 변환되고 인덕터(822) 와 스위칭 소자(823)의 적절한 제어에 의해 원하는 직류전압 제어가 가능하게 되고 순방향 다이오드(824)를 통해 배터리 충전기(830)에 연결되고 스위칭 소자(831) 와 인덕터(832)의 제어를 통해 배터리 뱅크(840)에 내장된 배터리(841)에 원하는 충방전 제어를 할 수 있다.

승압형 컨버터(820) 혹은 배터리 뱅크(840)에서 공급된 직류전원은 독립 전원형 인버터(850)에 입력되어 지고 커패시터(851)에서 리플이 제거된 일정 전압의 직류전원이 IGBT 모듈(852)의 스위칭에 의해 일정 전압 일정 주파수의 교류전원으로 변환되고 출력 필터(853)를 통해 정현파 교류전원이 만들어져 수용가에 공급되며, 배선용 차단기(860)는 계통 연계형과 동일한 기능을 한다.

독립 전원형인 경우는 풍속의 강·약에 기인하지 않고 배터리의 저전압 이상 영역에서는 언제든지 수용가 측에서 풍력발전기를 통해 전력 사용이 가능하다. 하지만 바람이 불지 않는 기간이 오랫동안 지속될 경우는 전원을 사용할 수 없는 경우도 발생 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상기 수직축 풍력발전용 터빈로터와 수직축 풍력발전시스템의 수직축과 회전축의 결합구조와 수직축 풍력발전시스템은 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며, 그 발명의 기술범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10 : 수직축 풍력발전시스템 100: 터빈로터
110 : 회전축 120 : 블레이드
130 : 프레임부 160 : 수직축
165 : 제 1베어링 171 : 제 2베어링
175 : 제 3베어링
400 : 타워 500 : 타워 지지 플렌지
600 : 발전기

Claims (1)

1. 회전축과, 복수개의 블레이드를 포함하되,
   상기 블레이드는 입구 혹은 출구의 각도를 비대칭적으로 입구 혹은 출구형상이 하류방향으로 길게 형성되며, 로터 날개의 날개 코드길이(C)와 피치비(P)의 값

   

   이 0.3에서 0.6사이이며, 블레이드 내경 대 외경의 비

   

   는 0.8에서 1.1 사이이며, 코드길이(C)와 블레이드 외경(R1)의 비

   

   는 0.6에서 1.3 사이인 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전용 터빈로터.

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