KR20130130589A - Power generation wind turbines - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 상세하게 전기를 생산하는 풍력 발전 장치에서 다수의 블레이드가 바람의 방향에 따라 각기 다른 속도와 일방향으로 회전하도록 클러치와 풀리를 포함하도록 하고 풀리 사이를 벨트로 서로 연결하도록 한 장치로써 로터의 전체 회전면적을 늘리고 저속의 바람에서도 발전을 시작하도록 하는 풍력발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a wind turbine, and in detail, in a wind turbine generating electricity, a plurality of blades includes a clutch and a pulley so as to rotate in different directions and at different speeds according to the direction of the wind, and between the pulleys with each other as a belt. As a device to connect, it relates to a wind power generator which increases the total rotational area of the rotor and starts generating power even at low wind speeds.
최근 IEC(국제 전기 기술 위원회)에 의하면 종래의 풍력발전장치에 있어서, 블레이드 회전면적이 40m²이상 200m²이하의 것을 소형 풍력 터빈으로 정의하고 있으나, 통상 100kW 미만의 풍력발전기를 소형풍력발전기로 판단해도 무리가 없을 것이다. 소형풍력터빈은 주택, 농장, 소규모 기업에서 전기요금을 절약하기 위하여 사용되거나 계통과 연결하기 어려운 원격지에서 사용되는데, 대형풍력터빈과 유사한 점과 상이한 점이 공존하기 때문에 본 기술배경에서는 이러한 점을 감안하여 소형풍력과 대형풍력의 부품기술을 비교하고, 소형풍력발전터빈에 필요한 기술배경을 설명하고자 한다.According to the International Electrotechnical Commission (IEC), a wind turbine with a blade rotational area of 40 m² or more and 200 m² or less is defined as a small wind turbine. There will be no. Small wind turbines are used in homes, farms, and small businesses to save electricity or in remote locations that are difficult to connect to the grid.These are similar to those of large wind turbines. We will compare the technology of parts of small wind power and large wind power and explain the technical background for small wind power turbine.
소형 풍력발전을 설계할 때는 설계자는 다양한 기술적 배경을 가지고 있어야 하며 경험이나 전문적인 도구를 가지고 설계한다. 그러나 이러한 다양한 설계도구에 비례하여 풍력발전기의 종류가 많음에도 불구하고 소비자 만족도는 대형 풍력에 비해 만족스럽지 못한 면이 많다. 종래의 발전장치는 시동풍속이 3~4m/s이고 지역별로 차이가 있을 수 있으나 평균풍속이 그다지 높지 않기 때문이다. When designing small wind turbines, designers must have a variety of technical backgrounds and design with experience or professional tools. However, in spite of the large number of wind generators in proportion to these various design tools, the customer satisfaction is not satisfactory compared to large wind power. Conventional generators have a starting wind speed of 3 to 4 m / s and may vary by region, but the average wind speed is not so high.
수직형 풍력 터빈은 블레이드가 회전할 때 생기는 진동과 소음으로 인해 새로운 익형의 설계를 통해 성능향상을 시도하고 있고, 설계변수인 익형 형상, 주속, 받음각과 같은 사항을 최적화시키기 위해 노력이 계속되고 있다.Vertical wind turbines are attempting to improve performance through the design of new airfoils due to vibrations and noise generated when the blades rotate, and efforts are being made to optimize design parameters such as airfoil shape, speed, and angle of attack. .
반면에, 수평축 풍력 터빈은 대형 풍력 발전 터빈에서 부터 소형에 이르기 까지 많이 사용되고 있다. 수평축 풍력 터빈의 블레이드는 항공기용 블레이드 기술개발에서 부터 시작되어 대형풍력발전터빈용 블레이드 기술개발에 이르기까지 많은 노력이 이루어져왔으며, 풍력용 블레이드에 맞도록 익형 형상 설계가 최적화 되어 진화되어 왔으므로 상대적으로 수직형에 비해 소음과 진동이 적은 편이다.On the other hand, horizontal axis wind turbines are widely used from large wind turbines to small ones. The blades of horizontal axis wind turbines have been made from the development of blade technology for aircraft to the development of blade technology for large wind turbines, and the airfoil shape design has been evolved and optimized to suit the wind blade. Compared to the vertical type, noise and vibration are less.
수평축 소형 풍력 터빈의 구조는 기계적 구성 부품에서 볼때에 로터 블레이드, 발전기, 꼬리날개, 타워, 기초 등으로 구성되어 있다. 전기적 구성 부품은 발전기, 차단스위치, 전력변환 및 컨디셔닝 부품, 전력적산기, 회로브레이커 패널 등으로 구성되어 있다.The construction of a small horizontal wind turbine consists of rotor blades, generators, tail wings, towers, foundations, and so forth in mechanical components. Electrical components consist of generators, disconnect switches, power conversion and conditioning components, power accumulators, and circuit breaker panels.
수평축 풍력 터빈을 대형과 소형으로 구분하여 비교하여 보면, 대형 풍력터빈용 블레이드의 구조개념은 높은 굽힘하중과 원심력을 견딜수 있도록 박스 빔구조를 기본으로 하여, 공기 역학적 익형 형상을 만들어 주는 쉘 구조로 이루어진다. 반면, 소형터빈용 블레이드는 상대적으로 굽힘하중과 원심력이 덜하기 때문에 알루미늄 혹은 플라스틱으로 제조하는 경우가 많다. 소형 풍력발전용 타워의 경우, 비용이 저렴한 폴(pole)형이 주류이며 높이가 10~40m 로 설치지역이 거주지역에서 가까워서 고도제한이 있다. 이와는 달리 대형 풍력은 안전 및 경관 문제를 이유로 거주지에 떨어져야 하고, 타워의 높이가 50~100m로 굽힘강성에 잘 견디도록 설계되어야 하기 때문에 원형 강관형이 주류이며, 강관사이가 플렌지로 연결되는 것이 일반적이다. When comparing horizontal axis wind turbines into large and small, the structural concept of blades for large wind turbines is based on the box beam structure to withstand high bending loads and centrifugal forces, and consists of a shell structure that creates an aerodynamic airfoil shape. . On the other hand, blades for small turbines are often made of aluminum or plastic because of their relatively low bending and centrifugal forces. In the case of small wind towers, the low cost pole type is mainstream and the height is 10 ~ 40m, and the installation area is close to the residential area. On the other hand, large wind power should be dropped in the housing for safety and landscape reasons, and the circular steel pipe type is mainstream because the tower height should be designed to withstand the bending stiffness with a height of 50 to 100 m. to be.
브레이크 계통에 있어서는 큰 차이를 보이는데, 소형풍력의 경우 펄링작용 디스크나 드럼브레이크를 사용하고 있고, 전기적 쇼트에 의한 차단방법도 이용하고 있다. 대형풍력의 경우는 대부분 블레이드 피치나 기계적 브레이크에 의한 방법을 사용하고 있다. In the brake system, there is a big difference. For the small wind power, a pearling disk or a drum brake is used, and an electric short cut method is also used. In the case of large wind power, the blade pitch or the mechanical brake is mostly used.
소형풍력에 사용하고 있는 발전기는 Permanent Magnetic Generator(PMG)가 주류이며, 대형풍력의 경우 유도발전기를 사용한다. 소형풍력에 사용되는 발전기에 있어서 시동토크 및 마찰손실을 줄이기 위한 브러시없는 발전기를 이용하는 방법을 이용하는 추세에 있다. 이러한 기술은 고속회전이나 소형화할 수 있다는 장점도 있으나 발전기 자체의 저속운행이 비일비재함을 볼 때, 발전기 자체의 가동토크가 낮고 저속운전으로 발전효율을 기대하기가 어려운 점도 있다.Permanent Magnetic Generator (PMG) is the main generator used for small wind power, and induction generator is used for large wind power. BACKGROUND OF THE INVENTION In generators used for small wind power, there is a trend to use a brushless generator to reduce starting torque and friction loss. This technology has the advantage that it can be rotated at high speed or miniaturized, but when the low speed operation of the generator itself is inconvenient, the operating torque of the generator itself is low and it is difficult to expect power generation efficiency due to low speed operation.
상기 소형풍력발전기와 대형풍력발전기를 비교하여 볼 때, 그 규모나 발전크기, 설치위치 및 부품 계통 등이 다름을 알 수 있다. Compared with the small wind power generator and the large wind power generator, it can be seen that the size, power generation size, installation location and parts system are different.
상세하게 본 발명에 필요한 기술배경을 설명하고자 한다. 소형풍력발전기의 시동풍속은 3~4m/s이고, 최대 rpm이 150~1200 정도로 높다. 그리고, 소형 풍력 발전기용 블레이드의 크기가 대형풍력용 블레이드에 비해 상대적으로 작기 때문에 발전기에서 생산되는 전기는 보통 교류(AC)에서 직류(DC)로 정류되어 축전지에 저장되거나 계통연계형 인버터로 공급된다.It will be described in detail the technical background required for the present invention. Starting wind speed of small wind power generator is 3 ~ 4m / s and maximum rpm is about 150 ~ 1200. In addition, since the size of the blade for a small wind generator is relatively small compared to the blade for a large wind power, the electricity produced in the generator is usually rectified from AC to DC and stored in a battery or supplied to a grid-connected inverter. .
또한, 종래의 소형 풍력용 발전기는 간단한 구조와 낮은 가격의 유지를 위하여 영구자석을 사용하며, 직접구동식으로 증속기나 벨트를 사용하지 않는다.In addition, the conventional small wind power generator uses a permanent magnet to maintain a simple structure and low price, and does not use a speed increaser or a belt by direct drive.
상기 소형풍력에서 생산된 전기는 독립전원형이나 계통 연계형이지만 비상 배터리를 에너지 저장장치로 사용하기도 한다. 또한 저장용량을 크게하기 위해서 흔히 주변에서 볼 수 있는 축전지를 병렬형태로 연결해서 사용하기도 한다. The electricity produced in the small wind power is an independent power source or grid-connected type, but an emergency battery is also used as an energy storage device. In addition, in order to increase the storage capacity, a battery that is commonly seen in the vicinity is often used in parallel form.
소형풍력의 타워는 전체 구성요소 중 차지하는 비용이 매우 높아 풍력터빈 자체의 가격보다 높은 경우가 많다. 설치방법은 조립한 후 세우기, 고정줄 발식, 자주식의 방법이 일반적이며, 주변의 지리적 상황, 비용 등을 고려하게 된다.Small wind towers have a high cost of the total components and are often higher than the price of the wind turbine itself. The installation method is generally erected after the assembly, fixed line erosion, self-propelled method, taking into account the surrounding geographical situation, cost.
모든 풍력발전에서 적용되는 이론은 바람의 운동에너지 법칙이다. 바람의 최대 가용출력은 로터 회전면적에 비례하고 속도의 세제곱에 비례한다. 즉, 로터 회전면적이 일정할 때, 바람에 속도에 따라 가용출력이 좌우된다. The theory applied to all wind power generation is the law of kinetic energy of wind. The maximum available power of the wind is proportional to the rotor rotational area and proportional to the cube of speed. That is, when the rotor rotational area is constant, the available power depends on the wind speed.
바람의 풍속은 평균풍속과 순간풍속이 있다. 평균풍속은 풍력발전에 필요한 바람의 가용출력을 결정하게 되지만, 순간풍속은 로터블레이드의 rpm을 변화시키는 요인이므로 로터블레이드의 회전속도와 함께 부품의 내구성에 영향을 미친다. 즉, 순간풍속의 변화가 심할 수록 대형풍력보다 소형풍력발전기의 내구성에 미치는 영향이 큼을 알 수 있다. Wind speeds are average wind speed and instantaneous wind speed. The average wind speed determines the available output of the wind required for wind power generation, but the instantaneous wind speed is a factor that changes the rpm of the rotor blades, which affects the durability of parts along with the rotation speed of the rotor blades. In other words, the more severe the instantaneous wind speed, the greater the impact on the durability of the small wind power generator than the large wind power.
또한, 상기 바람의 운동에너지에 상관하여 터빈의 최대출력은 공기의 밀도가 일정하다고 하였을 때, 로터 회전면적에 비례하고 풍속의 세제곱에 비례한다. 공기역학적 이론에 근거하여 블레이드의 깃끝 속도비, 즉 주속비를 계산할 수 있는데 주속비는 블레이드의 깃끝 속도에 대한 바람의 속도를 말한다. 그리고, 바람의 속도가 어느 일정 이상 될 때, 블레이드에 와류가 발생하거나 양력을 급속하게 잃게 되는 현상이 발생할 수 있는데, 이러한 경우 주속비가 일정하지 않게 되거나 급감하는 경우가 발생한다. 이러한 현상이 지속될 경우 상기 풍력발전기에서 출력되는 전기의 생산효율이 떨어지게 되는 것이다. In addition, the maximum output of the turbine is proportional to the rotor rotational area and proportional to the cubic velocity of the wind speed, given that the density of air is constant, regardless of the kinetic energy of the wind. Based on the aerodynamic theory, the blade tip speed ratio, or main speed ratio, can be calculated, which is the wind speed relative to the blade tip speed. In addition, when the wind speed is more than a certain level, a phenomenon may occur in which the blades vortex or lose the lift rapidly. In this case, the speed ratio may become inconsistent or decrease rapidly. If this phenomenon persists, the production efficiency of electricity output from the wind turbine is reduced.
종래의 대형 풍력발전기의 경우, 블레이드의 익형 특성치를 최대한 지리적 조건에 맞게 설계하고, 블레이드에 발생되는 양력과 항력을 로터의 회전원리에 따라 받음각 비틀림각 유입각들의 조절이 가능하도록 피치시스템이 구비되어 있으나 소형풍력발전의 경우, 비용 및 여러가지 제반사항이 있고, 상기 가변피치 시스템을 구비하기에는 여러가지 제약이 따르게 된다.In the case of the conventional large wind power generator, the blade airfoil characteristics of the blade are designed according to the geographic conditions as much as possible, and the lift and drag generated on the blade are equipped with a pitch system to adjust the angle of inclination angle of inclination according to the rotational principle of the rotor. However, in the case of small wind power generation, there are costs and various requirements, and there are various restrictions in providing the variable pitch system.
일반적으로 종래에 사용되는 전달동력장치는 스프로킷(체인기어방식), 풀리(벨트구동방식), 기어(변속기어방식)를 사용하는 방식이 있다. 이들 중 기어 변속방식에서, 많이 사용되는 유성기어는 서로 다른 구성요소를 선택적으로 회전시키거나 구속시키는 방식으로 각각의 체결요소를 사용하도록 하여 이루어진다. 흔히, 자동변속기에서 사용되는 작동요소에서는 다판식 클러치, 마찰 브레이크벤드 등이 주로 사용된다. 다판 클러치는 두가지 방식의 클러치 디스크로서 마찰디스크 및 스틸 디스크로 이루어진다. 이들 마찰디스크와 스틸디스크를 번갈아 가며 쌓게 되는데, 이 쌓여진 클러치팩 어셈블리는 마찰 디스크 표면에 마찰재를 접착시키고 내경부에 치형이 존재하여 맞물림이 가능하여 동력이 전달된다. 판 클러치 어셈블리는 한 종류의 디스크류를 입력원에, 상기 디스크류와 번갈아 위치하는 또 다른 디스크류를 종동부에 스플라인으로 체결시켜 구동부로 사용한다. 다판 클러치는 기어세트의 한 구성요소를 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구속시킬 수도 있다. 하지만 이러한 종래의 기술은 구조적으로 복잡하며 저속의 풍속에서도 작동이 가능하도록 설계하는 데에는 한계가 있음을 알 수 있다.In general, the transmission power device used in the prior art is a method using a sprocket (chain gear method), pulley (belt drive method), gear (transmission gear method). Among them, in the gear shifting method, a planetary gear that is frequently used is made by using each fastening element in a manner that selectively rotates or restrains different components. Frequently, a multi-plate clutch, a friction brake bend, etc. are mainly used in an operating element used in an automatic transmission. Multi-plate clutches are two types of clutch disks, consisting of friction disks and steel disks. These friction disks and steel disks are alternately stacked. The stacked clutch pack assembly adheres friction materials to the friction disk surface, and teeth are present in the inner diameter so that they can be engaged to transmit power. The plate clutch assembly is used as a drive unit by fastening one type of disk to the input source and another disk to be alternately positioned with the disk with a spline on the follower. The multi-plate clutch can not only drive one component of the gearset, but can also restrain it. However, it can be seen that this conventional technique is structurally complex and has a limit in designing to be able to operate at low speeds.
이러한 기술배경을 참조하여 보면, 종래의 수평형 풍력발전기에서 풍력 터빈은 일상 하나의 블레이드 작동하는 것이 일반적이었으나, 시작풍속 및 평균풍속이 낮은 지역에서 사용이 가능하도록 하기 위해서 본 발명에서는 다수의 블레이드를 타워에 설치하고 다수의 블레이드가 바람의 방향에 따라 각기 다른 속도의 블레이드가 일방향으로 회전하도록 클러치와 풀리를 포함하도록 하고 풀리 사이를 벨트로 서로 연결하도록 함으로써 로터의 전체 회전면적을 늘리고 저속의 바람에서도 발전을 시작하도록 발명된 것이다.Referring to this technical background, in a conventional horizontal wind turbine, a wind turbine generally used to operate one blade daily. However, in order to enable the use of a low starting wind speed and an average wind speed, the present invention uses a plurality of blades. Installed in the tower and the multiple blades include the clutch and pulley so that blades of different speeds rotate in one direction depending on the direction of the wind, and the belt is connected between the pulleys to increase the total rotational area of the rotor, even at low wind speeds. It was invented to start developing.
본 발명은 종래의 일반적인 타워 상단에 설치되었던 풍력 발전기를 대신하여 다수의 블레이드를 포함시키고 로터의 전체 회전면적을 늘려 발전량을 늘리는데 있다. The present invention includes a plurality of blades in place of the wind power generator installed on the top of the conventional general tower to increase the amount of power generation by increasing the total rotation area of the rotor.
또한, 본 발명은 저속의 풍속에서도 발전을 시작할 수 있도록 다수의 블레이드가 회전하도록 하고 각각의 블레이드 별로 일방향 클러치와 풀리를 포함시켜 낮은 속도의 바람에도 주축이 회전하도록 함으로써 발전환경을 개선하는 데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to improve the power generation environment by allowing a plurality of blades to rotate so as to start power generation at a low wind speed and to include a one-way clutch and pulley for each blade so that the main shaft rotates even at low speed winds. have.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 종래의 하나의 풍력발전기만을 사용하던 방법에서 벗어나 다수의 풍력발전기를 설치하도록 함으로써 풍력 발전 장치의 전기 생산량 및 효율을 극대화하고자 하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to maximize the electricity output and efficiency of the wind turbine generator by installing a plurality of wind turbines away from the method of using only one conventional wind turbine.
더불어, 바람의 세기는 그 위치(높이), 회전면적 등 에 따라 다를 수 밖에 없다. 즉, 각각의 블레이드의 시동속도 및 회전속도가 다르기 때문에 동시에 같은 주속으로 회전을 유도하기 보다는 일방향의 클러치 풀리를 이용함으로써 동력의 전달효과를 가져오도록 설계해야 하는 것이다.In addition, the strength of the wind must be different depending on the location (height), rotational area, and the like. That is, since the starting speed and the rotation speed of each blade are different, it is necessary to design the power transmission effect by using the clutch pulley in one direction rather than inducing rotation at the same circumferential speed at the same time.
본 발명에서는 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다. The present invention provides the following problem solving means to solve the above problems.
먼저, 본 발명은 높이를 달리하여 제공되는 복수의 로터 블레이드(20)들과, 상기 로터 블레이드(20)와 회전가능한 축(15)으로 연결되어 있고, 상기 로터 블레이드(20)를 일방향으로 회전하도록 하는 복수의 일방향 클러치 풀리(10)들과, 상기 인접하는 일방향 클러치 풀리(10)들을 연결하여 동력을 전달하는 벨트(50)와, 상기 각각의 일방향 클러치 풀리(10)가 회동가능한 상태로 고정 설치되는 복수의 수평지지대(30)들과, 상기 수평지지대(30)들이 고정되는 수직지지대(31)와, 지면에 대하여 고정되는 타워(60)를 포함하고, 상기 수직지지대(31)가 바람의 방향에 따라 상기 타워(60)에 대하여 360도 회전가능하도록 연결되는 것을 특징으로 한다. First, the present invention is connected to the plurality of
이 경우, 상기 복수의 로터 블레이드(20) 중에서 어느 하나에만 전기를 생산할 수 있는 발전장치(g)가 연결되는 것을 특징으로 한다. In this case, it is characterized in that the generator (g) capable of producing electricity only in any one of the plurality of
다만, 상기 복수의 로터 블레이드(20)는 각각 전기를 생산할 수 있는 발전장치(g)가 연결되는 것을 특징으로 할 수도 있다. However, the plurality of
또한, 상기 일방향 클러치 풀리는 관성 회전으로 인한 변속이 가능한 것을 특징으로 한다. In addition, the one-way clutch pulley is characterized in that the shift due to inertial rotation is possible.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 풍력 발전 장치는 꼬리날개로 바람의 방향에 따라 수평 회전하고 다수의 블레이드(20)가 바람의 방향에 따라 일방향으로 회전하도록 하는 롤러(12)와 캠(13)으로 이루어진 클러치가 내재된 풀리(10)를 포함하도록 하고, 풀리(11)사이를 벨트(50)로 서로 연결한 장치로써 저속의 바람에서도 발전을 시작할 수 있어 가동효율을 높이고 로터블레이드(20)의 회전면적(a1, a2, a3)을 늘림으로써 시동발전을 쉽게하고 전력생산을 높이는 우수한 실용적 효과를 가져다 준다.As described above, the wind power generator of the present invention has a
제 1도는 본 발명의 전체를 조립한 정면도,
제 2도는 본 발명의 전체를 조립한 측면도,
제 3도는 본 발명의 전체를 조립한 평면도,
제 4도는 본 발명의 전체를 조립한 사시도,
제 5도는 본 발명의 구성요소 중 일방향 클러치 풀리를 도시한 부분도,
제 6도는 본 발명의 설치 일예를 도시한 정면도,1 is a front view in which the whole of the present invention is assembled;
2 is a side view of the entire assembly of the present invention;
3 is a plan view of the entire assembly of the present invention,
4 is a perspective view of the entire assembly of the present invention,
5 is a partial view showing a one-way clutch pulley of the components of the present invention,
6 is a front view showing an example of installation of the present invention,
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Even if the terms are the same, it is to be noted that when the portions to be displayed differ, the reference signs do not coincide.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms first, second, etc. in this specification may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
이하, 본 발명에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장치 및 구동방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an apparatus and a driving method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명은 높이를 달리하여 제공되는 복수의 로터 블레이드(20)들과, 상기 로터 블레이드(20)와 회전가능한 축(15)으로 연결되어 있고, 상기 로터 블레이드(20)를 일방향으로 회전하도록 하는 복수의 일방향 클러치 풀리(10)들과, 상기 인접하는 일방향 클러치 풀리(10)들을 연결하여 동력을 전달하는 벨트(50)를 기본 요소로 포함한다. First, the present invention is connected to the plurality of
본 발명의 주요 특징은 이웃하는 두 개의 로터 블레이드(20)들을 풀리 등의 동력전달장치를 이용하여 서로 연결시키는 것에 있다. 이를 통해 시작풍속 및 평균풍속이 낮은 지역에서도 원활하고 효율적으로 발전이 시작될 수 있도록 하는 효과를 거둘 수 있다. The main feature of the present invention is to connect two neighboring
이를 위해 상기 각각의 일방향 클러치 풀리(10)가 회동가능한 상태로 고정 설치되는 복수의 수평지지대(30)들과, 상기 수평지지대(30)들이 고정되는 수직지지대(31)와, 지면에 대하여 고정되는 타워(60)를 포함한다. To this end, each one-way
수평지지대(30), 수직지지대(31) 및 타워(60)의 연결 구조 및 동작 관계는 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The connection structure and operation relationship of the
특히, 본 발명에서 수직지지대(31)는 타워(60)에 대하여 360도 회전가능하도록 제공되어야 한다. 바람의 방향에 따라 수직지지대(31)가 회전가능하도록 하여 로터 블레이드의 바람과 만나는 면적을 최대화시킬 수 있기 때문이다. In particular, the
도 1은 본 발명의 전체를 조립한 것을 나타내는 평면도에서 보듯이 본 발명의 일방향 클러치 풀리(10)를 이용한 풍력발전기는 다수의 로터 블레이드(20)가 각각 바람의 방향에 따라 일방향으로 회전하도록 클러치와 풀리를 포함한다.1 is a wind power generator using a one-way
또한 각각의 로터 블레이드(10)는 수평지지대(30)에 고정되어 있는 축(15)과 연결되어 있다. 로터 블레이드(20)사이는 회전시 서로 간섭이 되지 않도록 일정 간격을 유지하는 것이 중요하다. 그림에서와 같은 일 예에서 보듯이 1번 로터 블레이드(21)의 면적(a1),과 2번 로터 블레이드(22)의 면적(a2), 3번 로터 블레이드(23)의 면적(a3)의 합은 풍력발전을 하기 위한 풍력에너지를 받는 총 면적이 되므로 풍력 에너지의 양은 블레이드의 수에 비례하여 증가한다. Each
본 발명에서는 전기를 발생하는 발전장치(g)는 3번 로터 블레이드와 연결됨을 알 수 있다. 발전용량은 발전장치(g)의 기기사양으로 결정된다. 하지만 소형풍력발전장치에서 발전장치(g)의 용량이 높아질수록 시동부하(또는 마찰저항)가 커지기 때문에 하나의 블레이드로 시동 및 구동하는 데에는 바람의 세기가 커져야 하는 등의 한계가 있다. In the present invention it can be seen that the generator (g) for generating electricity is connected to the third rotor blade. The power generation capacity is determined by the equipment specifications of the power generator (g). However, since the starting load (or frictional resistance) increases as the capacity of the power generator (g) increases in the small wind power generator, there is a limit such as that the strength of the wind must be increased for starting and driving with one blade.
따라서, 각각의 블레이드(20)에 발전장치(g)를 개별적으로 설치할 수 있으나, 본 발명의 목적은 저속의 바람에서도 발전을 시작하도록 하는 구동방법에 관한 것이므로 실시 일예에서 볼 수 있듯이 상기 풀리(11) 사이를 벨트(50)로 서로 연결하도록 하여 각각의 로터블레이드(20)로 부터 생성된 회전운동에너지를 3번 블레이드(23)에 설치된 발전장치(g)에 전달하도록 함에 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the power generator (g) may be separately installed on each
도 2, 3, 4에서 본 발명의 전체를 조립한 것을 보는 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기는 상기 로터블레이드(20)가 상기 수평지지대(30)에 고정된 축(15)에 연결되고 상기 수평지지대(30)은 수직지지대(31)에 연결된다. 상기 수직지지대(31)은 플레이트(32)에 고정되고 다시 플레이트(32)는 타워(60)의 상단에 고정된 회전링(40)에 볼트(33)로 체결된다. 상기 타워(60)는 지지판(70)과 기초체결판(71)과 앙카(72)로 기초(80)에 붙박혀 고정된다. As shown in Figure 2, 3, 4 assembling the whole of the present invention, the wind power generator according to an embodiment of the present invention is the
바람의 세기는 그 위치(높이), 회전면적 등에 따라 다를 수 밖에 없다. 즉, 다수의 블레이드(20)의 시동속도 및 회전속도가 각기 다르기 때문에 동시에 같은 주속으로 회전을 유도하기 보다는 일방향의 클러치 풀리(10)를 이용함으로써 동력의 전달효과를 가져오도록 설계하는 것이다. The strength of the wind is inevitably different depending on its position (height) and the area of rotation. That is, since the starting speed and the rotational speed of the plurality of
도 5는 본 발명의 구성요소 중 일방향 클러치 풀리(10)부품을 도시하고 있다. 일방향 클러치 풀리(10)는 작동요소의 또 다른 형태로, 회전하는 구성요소를 구속하거나 구동시킬 수 있으며, 각 부위가 한쪽 방향으로만 회전할 수 있도록 한다. 5 shows a one-way
본 발명에서의 일방향 클러치는 여타 다른 작동요소들에 비해 작동시 유압이 필요없다는 장점이 있다. 즉, 일방향 클러치를 사용하면 각 부위를 일방향으로 구동시키는데 사용할 수 있고 각 부위의 역방향 회전을 방지할 수 있으며 변속기 구성요소의 회전을 시계방향 또는 반시계방향으로 구속하도록 설계할 수 있다. The one-way clutch in the present invention has the advantage that no hydraulic pressure is required during operation compared to other operating elements. That is, the one-way clutch can be used to drive each part in one direction, prevent reverse rotation of each part, and can be designed to constrain the rotation of the transmission component clockwise or counterclockwise.
일방향 클러치 풀리(10)는 벨트(50)가 삽입되어 동력이 전달되도록 가이드 홈(14)이 형성되어 있는 풀리부재(11)와, 풀리부재(11)와 축(15) 사이에 위치하여 캠(13)을 물리도록 하는 복수의 롤러(12), 축(15)을 끼워 넣을 수 있는 캠(13)으로 이루어져 있다. The one-way
상기 로터 블레이드(20)에 바람이 작용하여 회전축(15)에 전달이 되기까지의 역학적 에너지의 전달과정을 나누어 보면 다음과 같다. When the wind is applied to the
첫번째는 풍력이 발전기에 전달되는 과정이다. The first is the process by which wind power is delivered to the generator.
바람이 불어 블레이드(20)가 회전을 하여 축(15)이 회전하면 일정속도까지 가속이 된다. 발전기(g)에 전달되는 구동 및 시동 토크를 높이기 위해 벨트(50)를 직렬로 연결한다. 또한, 관성 회전을 하기위해 일방향 클러치를 사용하고 벨트형 풀리부재(11)를 사용함으로써 역회전하더라도 구동전달이 안된다. When the wind blows the
다른 방법으로는 블레이드(20) 회전과 함께 벨트형 풀리부재(11) 대신 스프로킷을 사용할 수 있는데 상기 스프로킷이 회전하면 일방향 클러치 입력 스프로킷이 회전한다. 일방향 클러치 출력측 스프로킷이 회전하여 종감속기어의 링기어로 전달되는 방식을 사용할 수 있다.Alternatively, a sprocket may be used instead of the belt-
두번째는 발전기에 걸릴 수 있는 과부하를 방지하기 위한 과정이다. The second step is to avoid overloading the generator.
축(15)의 회전이 진행 중에 가속이 계속되어 진행되는 경우가 있는데, 과부하가 가해지면 발전기(g)로 부터 발전기기장치에 부하가 걸려 무리를 줄 수 있으므로 차단회로를 구성한다.Acceleration may continue while the rotation of the
이러한 경우 다른 방법으로는 상기 벨트형 풀리부재(11) 대신 스프로킷을 사용하는 방법을 적용하는 것으로써 관성 회전으로 인한 종감속기어의 링기어가 회전하면 종감속 기어에 맞물린 일 방향 클러치의 스프로킷(sp)은 회전하나 변속장치가 작동하여 작동토크를 크게 하여 블레이드의 주속을 줄여주는 방법이 있다. 하지만 소형풍력발전기는 바람의 크기가 커지면 주속의 속도가 빠르고 일상 제어하기에 한계가 있으므로 차단회로를 통한 보호장치를 구성하는 것이 바람직하다.In this case, another method is to use a sprocket instead of the belt
도 6은 본 발명의 설치 일예를 도시하고 있다. 일상적으로 대형 풍력발전장치는 그 소음과 경관을 해치는 요인이 있기 때문에 바다나 산에 위치하는 것이 일반적이고 대형 플랜트 공사로 이어지는 경우가 많다. 하지만 본 발명장치를 도로주변이나 세장형의 토지에 위치가 가능하여 필요한 지역에 집적시켜 설치가 가능하므로 토지이용의 효율을 가져다 주게 된다. 즉, 바람이 약한 지역에서도 발전을 위한 시동이 가능하도록 하고, 하나 이상의 본 발명장치를 설치함으로써 그 수에 비례하여 발전용량을 늘릴 수 있도록 한다.6 shows an installation example of the present invention. In general, large wind turbines are often located on the sea or in the mountains because of the noise and the harmful factors of the landscape, which often leads to large plant construction. However, the present invention can be installed in the area around the road or the elongated type to be integrated in the required area, which brings the efficiency of land use. That is, it is possible to start for power generation in a region where the wind is weak, and by installing one or more of the present invention to increase the power generation capacity in proportion to the number.
상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.Although the present invention has been described above with reference to the illustrated drawings, the present invention is not limited to the embodiments and drawings described herein, and is applied by those skilled in the art through various combinations within the scope of the technical idea of the present invention. This is possible.
10; 일방향 클러치 풀리,
10a; 일방향 클러치 기어,
11; 풀리부재
11a; 레이스 기어,
12; 롤러,
13; 캠,
14; 가이드 홈,
15; 축,
16; 치형,
20; 로터블레이드,
21; 1번 로터블레이드,
22; 2번 로터블레이드,
23; 3번 로터블레이드,
30; 수평지지대,
31; 수직지지대,
32; 플레이트,
33; 볼트,
40; 회전링,
50; 벨트,
60; 타워(기둥),
70; 지지판,
71; 기초체결판,
72; 앙카,
80; 기초,
g; 발전기,
a1; 1번 로터블레이드의 회전면적,
a2; 2번 로터블레이드의 회전면적,
a3; 3번 로터블레이드의 회전면적,10; One-way clutch pulley,
10a; One way clutch gear,
11; Pulley member
11a; Race gear,
12; roller,
13; cam,
14; Guide groove,
15; shaft,
16; Tooth,
20; Rotorblade,
21; Rotor blade 1,
22; Rotor blade 2,
23; Rotor blade 3,
30; Horizontal Support,
31; Vertical Support,
32; plate,
33; volt,
40; Rotating Ring,
50; belt,
60; Tower,
70; Support Plate,
71; Foundation Board,
72; Anchor,
80; Foundation,
g; generator,
a1; Rotating area of rotor blade 1,
a2; Rotational area of rotor blade 2,
a3; Rotation area of rotor blade 3,
Claims (4)
상기 로터 블레이드(20)와 회전가능한 축(15)으로 연결되어 있고, 상기 로터 블레이드(20)를 일방향으로 회전하도록 하는 복수의 일방향 클러치 풀리(10)들과,
상기 인접하는 일방향 클러치 풀리(10)들을 연결하여 동력을 전달하는 벨트(50)와,
상기 각각의 일방향 클러치 풀리(10)가 회동가능한 상태로 고정 설치되는 복수의 수평지지대(30)들과,
상기 수평지지대(30)들이 고정되는 수직지지대(31)와,
지면에 대하여 고정되는 타워(60)를 포함하고,
상기 수직지지대(31)가 바람의 방향에 따라 상기 타워(60)에 대하여 360도 회전가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는,
풍력 발전기.A plurality of rotor blades 20 provided at different heights,
A plurality of one-way clutch pulleys 10 connected to the rotor blades 20 and a rotatable shaft 15 to rotate the rotor blades 20 in one direction;
Belt 50 for transmitting power by connecting the adjacent one-way clutch pulley 10,
A plurality of horizontal supports 30 fixed to each one-way clutch pulley 10 in a rotatable state;
A vertical support 31 to which the horizontal supports 30 are fixed;
A tower 60 fixed relative to the ground,
Characterized in that the vertical support 31 is rotatably connected 360 degrees with respect to the tower 60 in the direction of the wind,
Wind power generator.
상기 복수의 로터 블레이드(20) 중에서 어느 하나에만 전기를 생산할 수 있는 발전장치(g)가 연결되는 것을 특징으로 하는,
풍력 발전기.The method according to claim 1,
Characterized in that the generator (g) capable of producing electricity only in any one of the plurality of rotor blades 20 is connected,
Wind power generator.
상기 복수의 로터 블레이드(20)는 각각 전기를 생산할 수 있는 발전장치(g)가 연결되는 것을 특징으로 하는,
풍력 발전기.The method according to claim 1,
The plurality of rotor blades 20 is characterized in that the power generator (g) which can produce electricity, respectively, is connected,
Wind power generator.
상기 일방향 클러치 풀리는 관성 회전으로 인한 변속이 가능한 것을 특징으로 하는,
풍력 발전기.
The method according to claim 1,
The one-way clutch pulley is characterized in that the shift due to inertial rotation,
Wind power generator.
Applications Claiming Priority (2)
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| KR1020120023105 | 2012-03-07 | ||
| KR20120023105 | 2012-03-07 |
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| KR (1) | KR20130130589A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140375061A1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-25 | Md Maruf Hossain | Wind generator system with multiple turbines |
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2012
- 2012-06-07 KR KR1020120061046A patent/KR20130130589A/en active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140375061A1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-25 | Md Maruf Hossain | Wind generator system with multiple turbines |
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