KR20160009857A - 수직축 양방향 풍력 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일한 회전 영역에 서로 반대 방향으로 회전하는 외측 터빈과 내측 터빈을 함께 설치한 수직축 양방향 풍력 터빈에 관한 것으로, 수직축 양방향 풍력 터빈은, 비대칭 양력익으로서 원심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하는 외측 블레이드, 비대칭 양력익으로서 구심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하며 외측 블레이드와 반대 방향으로 회전하는 내측 블레이드, 외측 블레이드가 연결되는 제1링기어와 제2 링기어 및 내측 블레이드가 연결되는 제1선기어와 제2선기어를 각각 구비하고 수직축을 따라 상하부로 분리된 구조를 구비하는 제1유성기어박스와 제2유성기어박스, 및 제1선기어에 연결된 제1선기어축과 제2선기어에 연결된 제2선기어축 사이에 외측 블레이드와 내측 블레이드에서 각각 발생한 회전 토오크를 동일한 방향으로 합산하며 발전기 로터에 연결되는 커플링을 포함한다.

Description

수직축 양방향 풍력 터빈{Vertical Axis Bi-directional Wind Turbine}

본 발명의 실시예들은 동일한 회전 영역에 서로 반대 방향으로 회전하는 외측 터빈과 내측 터빈을 함께 설치한 수직축 양방향 풍력 터빈에 관한 것이다.

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

풍력 터빈은 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 전기에너지를 생성하는 발전시스템이다. 풍력 터빈은 바람이 많이 부는 장소에 설치되어 유입되는 바람의 힘으로 터빈을 회전시키고 터빈의 회전에 따른 동력 및 전기를 발생시킨다.

이러한 풍력 터빈은 수평축 방식과 수직축 방식으로 크게 구분되며, 두 가지 방식을 조합한 하이브리드 방식도 있다. 수직축 방식은 일반적으로 수평축 방식에 비해 효율이 절반 가량 낮지만, 로터 회전 속도가 상대적으로 낮아 소음이 적고 진동이 거의 없으므로 주거 지역 및 빌딩 옥상, 학교, 병원 등 공공시설에 설치가능하고 정밀도가 낮은 부품과 블레이드 제작으로도 장기 사용 및 발전이 가능하여 독립 소형 풍력 발전 시스템에 주로 활용되고 있다.

수직축 풍력 터빈 중 2개의 터빈이 복합된 구조는 다음의 세 가지 형태가 알려져 있다.

첫 번째 구조로는, 상하부 터빈이 동일한 회전축에 연결되며 상부의 터빈과 하부의 터빈의 블레이드들이 특정 각도에서 중첩되고 그에 의해 터빈 용적(Solidity)를 증가시켜 기동을 향상시키는 방식이다. 하지만, 이 방식은 중첩에 의해 출력 효율이 떨어지는 단점이다.

두 번째 구조로는, 상부 및 하부 터빈들이 독립 구간에 놓이고 그 상하부가 중간 발전기의 로터와 스테이터에 각각 연결되어 서로 반대방향으로 회전을 하여 발전기 회전수를 증가시키는 방식이다. 하지만, 이 방식은 발전기(generator)의 특성상 스테이터 고정 방식으로서 양방향 회전에 따라 내구성이 약한 선 꼬임 방지 슬립링을 별도로 추가되어야 하는 단점과 발전기 구조가 복잡한 단점과 상하부 독립 터빈이 1개의 센타 폴(pole)에 설치되는 구조적 문제로 프레임 구조나 트러스 구조체 방식으로 제작되어야 하는 제한이 있다. 또한, 별도의 구조체 구성에 따라 제작비가 상당히 증가하는 단점이 있다.

세 번째 구조로는, 동일한 회전경에서 내측은 항력형 터빈을 설치하고 외측에 양력식 터빈을 설치하여 기동 성능을 향상시킨 방식이 있다. 이 방식은 내외측 터빈의 회전 방향이 동일해야 하는 조건과 내측 터빈의 공력적인 효율이 적고 외측터빈이 내측터빈에 비해 주속비가 높아 고회전할 수 있는 특성이 있지만, '바람벽'이 형성될 경우 내측으로 에너지 전달 효율이 급격히 떨어져 내측터빈의 유용성이 초기 기동성에 한정되는 단점이 있다.

공개특허공보 제10-2012-0061658호(2012.06.13)

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 내측 터빈과 외측 터빈을 증속 기능이 있는 유성기어박스를 통해 연결하면서 내측 터빈에 연결되는 내측 블레이드의 캠버는 구심력 방향으로 형성하고 외측 터빈에 연결되는 외측 블레이드의 캠버는 원심력 방향으로 형성하여 효율을 향상시킬 수 있는 수직축 양방향 풍력 터빈을 제공하고자 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 수직축 양방향 풍력 터빈은, 비대칭 양력익으로서 원심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하는 외측 블레이드; 비대칭 양력익으로서 구심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하며 외측 블레이드와 반대 방향으로 회전하는 내측 블레이드; 외측 블레이드가 연결되는 제1링기어와 제2 링기어 및 내측 블레이드가 연결되는 제1선기어와 제2선기어를 각각 구비하고 수직축을 따라 상하부로 분리된 구조를 구비하는 제1유성기어박스와 제2유성기어박스; 및 제1선기어에 연결된 제1선기어축과 제2선기어에 연결된 제2선기어축 사이에 외측 블레이드와 내측 블레이드에서 각각 발생한 회전 토오크를 동일한 방향으로 합산하며 발전기 로터에 연결되는 커플링을 포함한다.

일실시예에서, 제1선기어축과 제2선기어축은 중공형으로 그 내부에 발전기 스테이터의 고정축이 내삽된 구조를 구비한다.

일실시예에서, 외측 블레이드는 제1링기어와 제2링기어에 상하 연결암과 제1허브를 통해 연결되고, 내측 블레이드는 제1선기어축 및 제2선기어축과 동일축으로 배치된 발전기 로터에 상하부 제2허브를 통해 연결된다.

일실시예에서, 발전기는 제1유성기어박스 및 상기 제2유성기어박스 사이에 설치되며, 제1선기어축은 발전기 로터의 상부에 연결되고, 제2선기어축은 발전기 로터의 하부에 연결되며, 발전기 스테이터의 고정축은 중공형의 제1선기어축과 상기 제2선기어축 내부를 관통하여 풍력 타워에 고정된다.

일실시예에서, 제1선기어축과 내측 블레이드 사이의 제1 최단 거리와 제1선기어축과 외측 블레이드 사이의 제2 최단 거리의 비율은 1/4 : 1 내지 1/2 : 1의 범위에서 설정된다.

본 발명에 의하면, 고토오크의 외측 터빈의 기동성을 이용하여 외측 터빈의 내측에 연결되는 두 개의 유성기어박스에 의해 내측 터빈을 빠르게 승속할 수 있는 복합 터빈 구조를 구성함으로써 상호 간섭이 발생하던 기존 방식과 달리 복합 터빈의 효율을 증대시킬 수 있고, 공유 회전 반경 구조를 갖는 발전기 구조를 안정화할 수 있으며, 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축 양방향 풍력 터빈의 정면도
도 2는 도 1의 수직축 양방향 풍력 터빈에서 블레이드와 연결암과 허브를 생략한 중심 구조에 대한 개략적인 확대 단면도
도 3은 도 2의 유성기어박스 부분에 대한 평면도
도 4는 도 1의 수직축 풍력 터빈의 개략적인 평면도
도 5는 도 4의 외측 블레이트와 내측 블레이트의 캠버 라인을 설명하기 위한 부분 확대 평면도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축 양방향 풍력 터빈의 정면도이다. 도 2는 도 1의 수직축 양방향 풍력 터빈에서 블레이드와 연결암과 허브를 생략한 중심 구조에 대한 개략적인 확대 단면도이다. 도 3은 도 2의 유성기어박스 부분에 대한 평면도이다. 도 4는 도 1의 수직축 양방향 풍력 터빈의 개략적인 평면도이다. 그리고, 도 5는 도 4의 외측 블레이트와 내측 블레이트의 캠버 라인을 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 수직축 양방향 풍력 터빈(10)은, 외측 블레이드(12), 내측 블레이드(14), 제1유성기어박스(21), 제2유성기어박스(22), 및 커플링(30)을 포함한다.

외측 블레이드(12)는 한 쌍의 상하측 연결암(32)을 통해 제1유성기어박스(21) 및 제2유성기어박스(22)에 연결된다. 본 실시예에서는 3개의 외측 블레이드(12)를 세 쌍의 상하측 연결암(32)이 지지하나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 성능이나 효율을 고려하여 2개의 외측 블레이드나 4개 이상의 외측 블레이드가 채용될 수 있다.

세 쌍의 상부측 연결암(32)은 제1유성기어박스(21)에 결합하며 제1유성기어박스를 덮는 제1허브(33)를 통해 제1유성기어박스(21)의 링기어에 연결된다. 유사하게, 세 쌍의 하부측 연결암(32)은 제2유성기어박스(22)에 결합하며 제2유성기어박스(22)를 덮는 제1허브(33)를 통해 제2유성기어박스(22)의 링기어에 연결된다. 제1유성기어박스(21)의 상부측 제1링기어(23)와 제2유성기어박스(22)의 하부측 제2링기어(23)는 상하부에 분리된 구조를 구비한다.

내측 블레이드(14)는 외측 블레이드(12)의 안쪽에서 한 쌍의 상하측 연결암(34)을 통해 제1유성기어박스(21) 및 제2유성기어박스(22)에 연결된다. 본 실시예에서는 3개의 내측 블레이드(14)를 세 쌍의 상하측 연결암(34)이 지지하나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 2개의 내측 블레이드나 4개 이상의 내측 블레이드가 채용될 수 있다.

세 쌍의 상부측 연결암(34)은 제1유성기어박스(21)의 선기어축(제1선기어축, 24a)에 상부측 제2허브(35)를 통해 연결된다. 유사하게, 세 쌍의 하부측 연결암(34)은 제2유성기어박스(22)의 선기어축(제2선기어축, 24b)에 하부측 제2허브(35)를 통해 연결된다.

제1선기어축(24a)은 제1유성기어박스(21)의 제1선기어(24)에 연결되고, 제2선기어축(24b)은 제2유성기어박스(22)의 제2선기어(24)에 연결된다. 제1선기어축(24a)과 제2선기어축(24b)은 중공형으로 발전기의 스테이터에 연결된 고정축이 내삽되는 구조를 구비한다.

즉, 제1유성기어박스(21) 및 제2유성기어박스(22)는 외측 블레이드(12) 및 내측 블레이드(14)를 지지하며 외측 블레이드(12)와 내측 블레이드(14)를 서로 반대 방향으로 회전시킨다. 제1유성기어박스(21)와 제2유성기어박스(22)의 한 쌍의 상하부 링기어(23)(제1링기어 및 제2링기어)는 상하부 제1허브(33)와 상하부 연결암(32)을 통해 외측 블레이드(12)에 연결되고, 한 쌍의 상하부 선기어(24)(제1선기어 및 제2선기어)는 상하부에 따로 배치되는 제1 및 제2 선기어축(24a, 24b)과 상하부 제2허브(35)를 통해 내측 블레이드(14)에 연결된다.

전술한 내외측 블레이드(12, 14)와 제1 및 제2 유성기어박스(21, 22)에 의해 구성되는 외측 터빈과 내측 터빈의 구성 및 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 내외측 블레이드(12, 14)와 제1 및 제2 유성기어박스(21, 22)로 구성되는 외측 터빈과 내측 터빈의 조합 구조에 있어서, 내외측 블레이드(12, 14)는 붙임각과 피치각에 따라 승속 특성이 다르게 나타난다.

즉, 수평축 방식의 경우 피치 제어를 통행 초기 받음각과 정상 상태 받음각을 조정할 수 있고, 피치 제어를 통해 출력을 조정할 수 있다. 이와 유사하게, 수직축 방식의 경우도 피치 제어 메카니즘을 사용할 수 있으나, 구현 방법의 복잡하고 풍향 변환에 대응하는 효율이 낮아 유용성이 떨어진다. 따라서, 본 실시예에서는 블레이드의 캠버 방향에 따라 외측형(원심력 방향으로 불룩한 모습), 내측형(구심력 방향으로 불룩한 모습)으로 구분하여 내외측 비대칭 양력형 블레이드를 사용한다.

전술한 블레이드의 구성에 따른 외측 터빈과 내측 터빈의 특성을 살펴보면, 외측 터빈의 경우 초기 기동성은 우수하지만 정상 상태에서 양력계수가 낮고, 내측 터빈의 경우 주속비 1 이하에서는 추력이 다소 떨어져 정상 상태 도달 시간이 오래 걸리나, 정상 상태 양력 계수는 높은 편이다. 따라서 수직축 양방향 풍력 터빈 구조 내에서 초기에는 외측 블레이드 특성을 이용하고, 정상 상태에서는 내측 블레이드 특성을 이용한다.

본 실시예에서는 상술한 원리로 외측 터빈의 블레이드(12)는 내측 터빈의 블레이드(14)와 서로 반대 방향으로 회전하고 원심력 방향(Fi)으로 돌출된 캠버(121) 또는 평균 캠버 라인(122)을 구비한다.

외측 터빈의 배열은 본 실시예에서 특별히 한정하진 않지만 바람직하게는 2열~3열 터빈인 경우에 효율이 우수하다. 특히, 외측에 설치함으로 내측 터빈의 유동 흐름을 방해하지 않는 범위에서 외측 터빈은 적당히 그 배열을 늘릴 수 있다.

내측 터빈은 구심력 방향(Fc)으로 돌출되는 캠버(141) 또는 평균 캠버 라인(142)를 가진 비대칭 양력형 블레이드로 구성되며, 내측 블레이드(14)의 구성은 2열에서 3열이 바람직하다.

다음으로, 제1 및 제2 유성기어박스에 있어서, 제1유성기어박스(21)는 일반적인 유성기어 형태로 외측에서 중심으로 링기어(23), 유성기어(25) 및 선기어(24)로 구성되며, 링기어(23)는 선기어(24)와 기어비 차이로 감속기능을 한다.

한편, 양방향 터빈의 구성 중 외측 터빈이 저속형이므로 단일 유성 기어 방식에서는 외측 블레이드를 링기어에 연결할 수 없다. 즉, 하나의 유성기어박스를 이용할 경우, 기어 중심에 있는 선기어축이 외측 터빈과 직접 연결되어야 하는 문제가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상하부 각각에 제1유성기어박스(21)와 제2유성기어박스(22)를 배치하고, 고속회전부인 두 선기어축(24a, 24b)이 중앙에 있는 발전기 로터(27)의 상부와 하부에 각각 연결될 수 있도록 한 구조를 가진다. 여기서, 두 선기어축(24a, 24b)은 그 중공부에 발전기의 스테이터 고정축(23a, 23b)이 각각 내삽될 수 있도록 중공축으로 구성된다.

제2유성기어박스(22)는 기본적인 구조가 제1유성기어박스(21)와 동일하다. 중공축으로 연장된 선기어축(24b) 상부 끝단은 발전기의 로터 하부측과 연결될 수 있는 중공형 후렌지(37)를 구비한다.

제2유성기어박스(22)의 상부측 선기어축(24a)은 그 상부 끝단이 발전기의 스테이터 고정축(29)의 말단으로 베어링 하우징이 구비된 막힘 구조이다. 제2유성기어박스(22)의 하부측 선기어축(24b)은 내부에 스테이터 고정축(29)이 지지체(20) 내부를 관통하여 하부 고정 타워(풍력 타워)에 연결될 수 있는 구조로 상하부가 관통된 구조이며, 그 하부에는 베어링 하우징이 구비된다.

이러한 구성에 의하면, 외측 터빈은 제1, 제2 유성기어박스(21, 22)의 링기어(23)와 제1허브(33)와 상하부 연결암(32)을 통해 외측 블레이드(12)와 발전기 로터(27)를 연결하도록 구현되고, 내측 터빈은 제1, 제2 유성기어박스(21, 22)의 선기어(24)와 선기어축(24a, 24b)과 제2허브(35)와 상하부 연결암(34)을 통해 내측 블레이드(14)와 발전기의 스테이터(29)를 연결하도록 구현된다.

다음으로, 발전기는 외측에서 회전하는 로터(영구자석부)(27)와 그 내측에 코일이 있는 고정형 스테이터(29)로 구성된다. 스테이터 고정축은 외측 로터 하우징 상하부로 연장축이 있는 구조로서, 그 상부로 연장된 고정축이 제1유성기어박스(21)의 중공형 선기어축(24a)을 관통하여 내삽된 구조로 중공형 선기어축(24a)과 베어링으로 구속된 형태를 가진다. 그리고, 하부로 연장된 스테이터 고정축은 제2유성기어박스(22)의 중공형 선기어축(24b)을 지나 타워 고정축에 연결되는 구조로 제2유성기어박스(22)의 중공형 선기어축(24b)의 하부 말단에서 베어링으로 구속되는 구조를 가진다.

한편, 기존의 복합 터빈과 달리 본 실시예에 따른 수직축 양방향 풍력 터빈은 외측에 고 토오크형 터빈을 설치하고 내측에 높은 주속비를 갖는 양력익 터빈을 설치하면서 서로 상반된 회전이 가능하도록 한 것으로 외측의 터빈은 회전경이 크고 주속비가 낮고 회전속도가 낮아 내부로 바람에너지 전달 가능성이 높다.

하지만, 서로 반대 방향으로 회전하는 방향성 특성에 따른 효율 증가는 별도로 하더라도 기존의 복합 터빈에서는 외측에 주속비가 높은 양력 터빈을 구비하고 내측에 주속비가 낮은 항력형 터빈을 구비하도록 구성되므로, 터빈의 구동 초기, 내측의 항력형 터빈에 의한 기동을 목적으로 하고 외측 터빈이 정상 상태가 되었을때 고회전에 의한 바람벽이 형성돼 내측 터빈으로 에너지 전달이 없으며, 내측 터빈에 의한 토오크는 회전 토오크에 영향을 주지 못하고 전체적으로 외측 터빈의 면적만 출력에 기여하게 된다.

이러한 기존의 복합 터빈의 문제를 개선하기 위해, 본 실시예에서는 내측과 외측 터빈이 서로 반대 방향으로 회전하는 구조에서 내측 터빈과 외측 터빈을 중앙 상하부 유성기어박스에 의하여 기계적 결합을 이루고 외측 터빈의 고토오크 회전력이 증속기를 거쳐 내측 양력형 터빈을 짧은 시간에 정상 상태에 도달시키는 효과로 시간 대비 에너지 변환 효율을 상당히 증대시킨다.

더욱이, 내외측 터빈이 서로 반대로 회전하는 경우, 각각의 터빈은 에너지 밀도가 높은 전면 구역에서 최대 토오크를 발생시킬 수 있고, 유성기어박스의 최대 변속비가 보장되는 기어비에 따라 1:1에서 1:N까지 토오크 변화를 줄 수 있으며 내외측 터빈의 최적 회전 밸런스가 유지될 수 있다.

내외측 터빈에서 각각의 터빈은 고유의 주속비 밸런스를 유지하고 터빈의 최대 효율을 위해, 내외측 터빈의 직경비는 1/4:1에서 1/2:1 정도의 회전경을 유지하는 것이 바람직하다. 내외측 터빈의 직경비는 제1 또는 제2 선기어축(24a 또는 24b)과 내외측 블레이드(12, 14)의 반경비에 대응할 수 있다.

상술한 내외측 터빈의 직경비의 범위를 벗어나면, 즉, 고토오크를 위해 내측 터빈 회전경을 고유 주속비 비율보다 크게 할 경우 다음과 같은 효율저하 현상이 나타난다.

첫 번째로, 동일 회전축에 연결돼 있음으로 외측 터빈이 규정 주속비로 회전할 경우 내측과 외측이 동일 회전수가 되며, 따라서 상대적으로 내측 터빈은 규정 주속비를 넘는 범위로 회전하게 되는데, 이때 바람에너지는 항력형 포켓으로 전혀 유입되지 않고 오히려 항력이 증가하는 현상이 발생할 수 있다.

두 번째로, 다중관 이론에 의한 바람 유입 반응 면적이 넓어 전면부 압력이 상승하고 유속이 낮아지며, 그에 의해 결국 외측 터빈에 유입되는 풍속도 함께 낮아지는 현상이 발생할 수 있다.

세 번째로, 바람의 방향이 90°위치에 있을 때, 내외측 터빈의 변속 비율에 따라 0°, 180° 구간에서 겹침이 발생하고, 90°, 270° 구간에서 바람 방향과 동일 선상에 놓이게 된다. 이 경우, 0°, 180° 겹침 구간은 내외측 터빈 블레이드 간에 에어 포켓이 형성되어 추력이 증가하고, 90°, 270° 구간에서는 바람 방향과 동일선상에 위치하여 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 이 경우, 외측 터빈보다 내측 터빈의 주속비가 2~4배 빠르며, 이러한 차이에 의한 실질적 겹침 시간은 매우 짧기 때문에 출력 감소 영향은 매우 적을 수 있다.

전술한 실시예에 의하면, 본 발명은 동일한 회전 영역에서 외측에 원심력방향으로 볼록하게 캠버진 형태의 양력형 비대칭 외측 블레이드(12)와 내측에 중심축 방향(구심력방향)으로 볼록하게 캠버진 양력형 비대칭 내측 블레이드(14)를 구비하고, 중앙 중심축 기준으로 내측 터빈은 외측 터빈과 반대방향으로 회전하는 수직축 양방향 풍력 터빈을 제공할 수 있다.

특히, 중심축에는 유성기어박스(21, 22)를 상하로 설치하고, 상부의 제1유성기어박스(21)의 선기어축(24a)과 하부의 제2유성기어박스(22)의 선기어축(24b)을 동일한 축 상에 배치하며 제1유성기어박스(21)의 제1링기어(23)와 제2유성기어박스(22)의 제2링기어(23)를 외측 블레이드(12)의 상하부 연결암(32)에 각각 연결하고, 제1 및 제2 유성기어박스(21, 22)의 선기어축(24a, 24b)에는 내측 터빈의 상하부 연결암(34)에 각각 연결한 수직축 양방향 풍력 터빈 구조를 제공할 수 있다.

즉, 외측 터빈의 회전 반경 내에 내측 터빈을 설치하고 내측 터빈과 외측 터빈이 서로 반대 방향으로 회전하되, 터빈의 중앙에는 발전기가 설치되고 발전기의 회전 로터 측에는 상하부 2개로 구분된 유성기어박스에 의하여 기계적 결합을 이루는 고효율 수직축 풍력 터빈을 제공할 수 있다.

이와 같이 전술한 실시예에 의하면, 외측 방향의 캠버를 구비하고 초기 기동성이 우수한 외측 블레이드와 내측 방향의 캠버를 구비하고 고토오크 특성을 나타내는 내측 블레이드에 의해 짧은 기동 시간 확보와 높은 주속비를 유도할 수 있는 수직축 풍력 발전기를 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

12: 외측 블레이드 14: 내측 블레이드
20: 지지체 21, 22: 유성기어박스
23: 링기어 23a, 23b: 스테이터 고정축
24: 선기어 24a, 24b: 선기어축
25: 유성기어 27: 발전기 로터
29: 발전기 스테이터

Claims (5)

1. 비대칭 양력익으로서 원심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하는 외측 블레이드;
   비대칭 양력익으로서 구심력 방향으로 돌출되는 캠버 라인을 구비하며 상기 외측 블레이드와 반대 방향으로 회전하는 내측 블레이드;
   상기 외측 블레이드가 연결되는 제1링기어와 제2 링기어 및 상기 내측 블레이드가 연결되는 제1선기어와 제2선기어를 각각 구비하고 수직축을 따라 상하부로 분리된 구조를 구비하는 제1유성기어박스와 제2유성기어박스; 및
   상기 제1선기어에 연결된 제1선기어축과 상기 제2선기어에 연결된 제2선기어축 사이에 상기 외측 블레이드와 상기 내측 블레이드에서 각각 발생한 회전 토오크를 동일한 방향으로 합산하며 발전기 로터에 연결되는 커플링;
   을 포함하는 수직축 양방향 풍력 터빈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1선기어축과 상기 제2선기어축은 중공형으로 그 내부에 발전기 스테이터의 고정축이 내삽된 구조를 구비하는 수직축 양방향 풍력 터빈.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 외측 블레이드는 상기 제1링기어와 상기 제2링기어에 상하 연결암과 제1허브를 통해 연결되고,
   상기 내측 블레이드는 상기 제1선기어축 및 상기 제2선기어축과 동일축으로 배치된 발전기 로터에 상하부 제2허브를 통해 연결되는 수직축 양방향 풍력 터빈.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 발전기는 상기 제1유성기어박스 및 상기 제2유성기어박스 사이에 설치되며, 상기 제1선기어축은 상기 발전기 로터의 상부에 연결되고, 상기 제2선기어축은 상기 발전기 로터의 하부에 연결되며, 상기 발전기 스테이터의 고정축은 중공형의 상기 제1선기어축과 상기 제2선기어축 내부를 관통하여 풍력 타워에 고정되는 수직축 양방향 풍력 터빈.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1선기어축과 상기 내측 블레이드 사이의 제1 최단 거리와 상기 제1선기어축과 상기 외측 블레이드 사이의 제2 최단 거리의 비율은 1/4 : 1 내지 1/2 : 1의 범위에서 설정되는 수직축 양방향 풍력 터빈.

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