KR100737889B1 - 수직축 풍력발전장치 - Google Patents

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KR100737889B1 KR1020070009413A KR20070009413A KR100737889B1 KR 100737889 B1 KR100737889 B1 KR 100737889B1 KR 1020070009413 A KR1020070009413 A KR 1020070009413A KR 20070009413 A KR20070009413 A KR 20070009413A KR 100737889 B1 KR100737889 B1 KR 100737889B1
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Abstract

본 발명은 상하좌우의 공간별로 서로 다른 방향의 바람이 불 경우 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람에는 어떠한 간섭도 받지 않으면서 발전을 제공하는 수직축 풍력발전장치에 관한 것으로, 외주연에 평 베어링(11a,11b)이 고정되고, 외주연에 형성되는 것으로 상기 고정된 평 베어링(11a,11b)의 하부에 복수개의 걸림공간(12a)이 형성되되, 그 걸림공간(12a)을 형성하는 일측은 걸림턱(13a)이 구비되고, 그 구비된 걸림턱(13a)의 하단부터 타측인 외주연까지 이어진 형상을 갖는 일방향 회전용 관(10a,10b), 상기 일방향 회전용 관(10a,10b)에 고정된 평 베어링(11a,11b)의 상면 및 외주연에 접촉되는 접촉대(21a,21b)와, 그 접촉대(21a,21b)의 내주연에 형성되는 것으로 상기 각 걸림공간(12a)의 대응되는 곳에 형성된 작동공간(22a)과, 외주연에 복수개로 연결된 컵형 날개(23a,23b)를 포함하는 연결용 날개부재(20a,20b), 상기 작동공간(22a) 내에 설치되는 것으로 배면과 상기 작동공간(22a)을 이루는 연결용 날개부재(20a,20b)의 내주연 사이에 탄성스프링(30a)이 구비되고, 일부가 상기 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여져 정회전 방향으로는 상기 걸림턱(13a)에 걸려 회전을 제한하고, 역회전방향으로는 상기 걸림공간(12a)을 따라 회전하도록 안내하는 걸림대(40a)를 포함하는 일방향 회전유도 안내부로 이루어진 독립형 에너지 전달부(100a,100b)가 수직으로 복수개 연결된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)이 복수개 구비되고, 상기 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 구성하는 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b) 중 제일 하부에 연결된 독립형 에너지 전달부(100b)의 일방향 회전용 관(10b)의 외주연을 따라 치열(14b)이 돌출형성되며, 상기 각 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 일방향 회전용 관(10b)에 돌출된 치열(14b)에 맞물리는 복수개의 평기어(200)와, 상기 각 평기어(200)가 연결되는 복수개의 일측 베벨기어(310)와, 상기 각 일측 베벨기어(310)와 연결되는 복수개의 타측 베벨기어(320)와, 상기 복수개의 타측 베벨기어(320)에 관통연결되는 동력중계용 축(400)과, 상기 동력중계용 축(400)에 연결되어 전달되는 회전력을 동력으로 전기를 생성하는 발전기(500)로 이루어진다.

Description

수직축 풍력발전장치{Apparatus for wind power generation with vertical axis}
도 1은 종래의 수직축 풍력발전장치의 사시도,
도 2는 도 1의 구성 중 풍차날개의 사용상태를 나타낸 사용상태 단면도,
도 3은 본 발명의 수직축 풍력발전장치를 나타낸 사시도,
도 4는 본 의 수직축 풍력발전장치를 나타낸 요부단면도,
도 5는 도 4의 구성 중 독립형 에너지 전달부의 분해상태를 나타낸 분해상태 단면도,
도 6은 도 4의 구성 중 첫 번째 적용예인 독립형 에너지 전달부의 결합상태를 나타낸 결합상태 단면도,
도 7은 도 4의 구성 중 두 번째 적용예인 독립형 에너지 전달부의 결합상태를 나타낸 결합상태 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10a,10b : 일방향 회전용 관 11a,11b : 평 베어링
12a : 걸림공간 13a : 걸림턱
14b,15a : 치열 16b : 거치용 돌출단턱
17b : 치열용 홈 18a : 이탈방지턱
20a,20b : 연결용 날개부재 21a,21b : 접촉대
22a : 작동공간 23a,23b : 컵형날개
24a : 나사홈 30a : 탄성스프링
40a : 걸림대 41a,44a : 걸림봉
42a : 힌지판 43a : 지지판
45a : 이탈방지대 50 : 피뢰침
60 : 발전기 70a : 유격조절나사
80 : 기초원기둥 81 : 링체
90 : 베이스 92,350 : 볼 베어링
100a,100b : 독립형 에너지 전달부 200 : 평기어
310,320 : 베벨기어 330 : 일방향 베어링
340 : 공회전 유도용 관 400 : 동력중계용 축
500 : 발전기
A : 독립형 에너지 전달부 수직연결군
본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 행과 열로 배치된 다수의 풍차날개에 부는 바람이 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람과 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로 구분되어 불지라도, 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로부터는 어떠한 간섭도 받지 않고 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람만으로 발전되도록 제어함으로써 우리나라의 특이한 기후환경인 상하좌우의 공간별로 서로 다른 방향으로 부는 바람에 의해 종래 야기된 회전력의 상쇄현상을 방지시켜 주는 수직축 풍력발전장치에 관한 것이다.
자연의 바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 발전기를 돌리는 발전 방식을 갖는 풍력발전장치는 자연상태의 무공해 에너지원으로서 화석연료를 대체하는 대체 에너지원 중 가장 경제성이 높은 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
이와 같은, 풍력발전장치에는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 풍력발전장치와 수직축 풍력발전장치로 구분된다.
도 1은 선행기술(등록번호 : 20-0019653)로서 종래의 수직축 풍력발전장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성 중 풍차날개의 사용상태를 나타낸 사용상태 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 수직축 풍력발전장치는 대판(1) 상에 회동가능하게 설치되는 복수개의 회전축(2)(2')과, 상기 회전축(2)(2')을 따라 다수개가 고정설치되는 것으로 4개의 풍차날개(3a)가 열십자(＋)로 연결배치되어 이루어진 풍차(3)와, 상기 복수개의 회전축(2)(2')을 회동가능하게 지지시키는 지지판(P)(P')과, 상기 지지판(P)(P')을 지지고정시키는 로우프(4,4')와, 상기 각 회전축(2)(2') 에 연결되어 상기 회전축(2)(2')으로부터 회전력을 전달받는 회전부(5)와, 상기 회전부(5)로부터 전달되는 회전력을 동력으로 전기를 생성하는 발전기(6)로 이루어지되, 상기 풍차날개(3a)를 구성하는 각 면 중, 바람이 주접촉되는 면인 풍압판(31a)이 힌지연결하여 한쪽으로 열릴 수 있게 설계되어 있다.
이 때문에, 강풍이나 폭풍우 등이 몰아칠 때 풍차날개(3a)의 풍압판(31a)이 열림으로서 풍차날개(3a)의 훼손을 최소화시켜준다.
그러나 이와 같은 이점에도 불구하고 종래의 수직축 풍력발전장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
일반적인 풍력발전은 바람에 의해 발생되는 회전력을 이용하여 발전기(6)에서 전기를 생성하기 때문에 풍차(3)가 일방향(여기서는 반시계방향)으로만 회전되어야 발전효율이 높아진다.
그런데 우리나라의 기후환경은 외국의 기후환경과는 달리 바람의 방향이 수시로 바뀔 뿐만 아니라 회전축(2)(2')을 따라 수직으로 고정설치된 각 풍차(3)의 상부 및 하부에서의 각 바람의 방향 또한 다른 경우가 많으며, 바람의 세기 또한 미풍이다.
이 때문에, 회전축(2)(2')을 따라 수직으로 고정설치된 각 풍차(3) 중 상부의 풍차 쪽에 부는 바람이 전력을 생성하는데 필요한 바람의 방향인 정회전 방향의 바람(W1)이 불고, 하부의 풍차 쪽에 부는 바람이 전력을 생성하는데 불필요한 바람인 역회전방향의 바람(W2)이 불 경우 각 풍차(3)는 회전축(2)(2')에 고정설치된 상태이기 때문에 산술적으로 회전축(2)(2')은 거의 회전을 하지 못한다.
또한, 풍차날개(3a)의 배면에 부딪히는 역방향 바람(W2)의 세기는 미약하기 때문에 풍차날개(3a)에 힌지결합된 풍압판(31a)이 완전히 열리게 하지도 못한다. 이 때문에, 풍압판(31a)이 힌지회동에 의해 열려진 공간 또한 협소하여 풍차날개(3a)의 배면에 부딪히는 역회전방향 바람(W2)을 원활하게 통풍시키지 못함으로써 서로 다른 방향으로 부는 바람(W1,W2)간의 상쇄에 의해 회전축(2)(2')의 회전속도는 반감된다. 이처럼, 종래의 수직측 풍력발전장치는 폭풍우 및 강풍과 같은 특정날씨 때에는 장비의 훼손을 최소화시키는 효용가치가 있으나 일상적인 날씨 때의 발전효율은 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수직축으로 적층되어 있는 다수의 풍차날개를 따라 부는 바람이 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람과 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로 구분되어 불지라도, 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로부터는 어떠한 간섭도 받지 않으면서 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람으로만 발전하도록 함으로써 우리나라의 특이한 기후환경인 서로 다른 방향으로 부는 바람(W1,W2)에 의해 종래 야기된 회전력의 상쇄현상을 방지시켜 주는 수직축 풍력발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로, 본 발명의 수직축 풍력발전장치는 외주연에 평 베어링이 고정되고, 외주연에 형성되는 것으로 상기 고정된 평 베 어링의 하부에 복수개의 걸림공간이 형성되되, 그 걸림공간을 형성하는 일측은 걸림턱이 구비되고, 그 구비된 걸림턱의 하단부터 타측인 외주연까지 이어진 형상을 갖는 일방향 회전용 관, 상기 일방향 회전용 관에 고정된 평 베어링의 상면 및 외주연에 접촉되는 접촉대와, 그 접촉대의 내주연에 형성되는 것으로 상기 각 걸림공간의 대응되는 곳에 형성된 작동공간과, 외주연에 복수개로 연결된 컵형 날개를 포함하는 연결용 날개부재, 상기 작동공간 내에 설치되는 것으로 배면과 상기 작동공간을 이루는 연결용 날개부재의 내주연 사이에 탄성스프링이 구비되고, 일부가 상기 걸림턱이 위치하는 곳에 놓여져 정회전 방향으로는 상기 걸림턱에 걸려 회전을 제한하고, 역회전방향으로는 상기 걸림공간을 따라 회전하도록 안내하는 걸림대를 포함하는 일방향 회전유도 안내부로 이루어진 독립형 에너지 전달부가 수직으로 복수개 연결된 독립형 에너지 전달부 수직연결군이 복수개 구비되고, 상기 독립형 에너지 전달부 수직연결군을 구성하는 복수개의 독립형 에너지 전달부 중 제일 하부에 연결된 독립형 에너지 전달부의 일방향 회전용 관의 외주연을 따라 치열이 돌출형성되며, 상기 각 독립형 에너지 전달부 수직연결군의 일방향 회전용 관에 돌출된 치열에 맞물리는 복수개의 평기어와, 상기 각 평기어가 연결되는 복수개의 일측 베벨기어와, 상기 각 일측 베벨기어와 연결되는 복수개의 타측 베벨기어와, 상기 복수개의 타측 베벨기어에 관통연결되는 동력중계용 축과, 상기 동력중계용 축에 연결되어 전달되는 회전력을 동력으로 전기를 생성하는 발전기로 이루어진다.
상기 걸림대는 첫 번째 적용예로, 상기 걸림턱이 위치하는 곳에 놓여지는 걸림봉, 상기 걸림봉의 일측에 일체로 구비된 것으로 상기 작동공간 내에 힌지연결되 는 힌지판, 상기 힌지판의 일측에 일체로 구비된 지지판으로 이루어지되, 상기 지지판의 배면에 상기 탄성스프링의 일단이 접촉된다.
상기 걸림대는 두 번째 적용예로, 상기 고정관에 형성된 작동공간을 이루는 끝단 양측에 이탈방지턱이 돌출되고, 상기 걸림대는 상기 걸림턱이 위치하는 곳에 놓여지는 것으로 상기 이탈방지턱을 통해 관통노출되는 걸림봉, 상기 걸림봉의 끝단에 일체로 구비된 이탈방지대로 이루어지되, 상기 이탈방지대의 배면에 상기 탄성스프링의 일단이 접촉된다.
본 발명의 수직축 풍력발전장치에는 유격조절나사를 포함하고, 상기 고정관에 형성된 상기 작동공간은 관통되고, 내주연에는 나사홈이 형성되어, 그 형성된 나사홈에 상기 유격조절나사가 나선결합되며, 그 나선결합된 유격조절나사의 측면에 상기 탄성스프링의 타단부가 내삽연결된다.
상기 복수개의 독립형 에너지 전달부 간의 수직연결고정은 상기 일방향 회전용 관의 상측에는 외주연을 따라 치열이 돌출형성되고, 하측에는 거치용 돌출단턱을 구비하되, 그 구비되는 거치용 돌출단턱의 내주연에는 상기 치열이 맞물리도록 치열용 홈이 형성되어 각 일방향 회전용 관이 맞물려 고정된다.
또한, 본 발명의 수직축 풍력발전장치에는 수직으로 연결된 상기 복수개의 독립형 에너지 전달부를 구성하는 각 일방향 회전용 관에 내재되는 기초원기둥과, 상기 기초원기둥과 상기 각 일방향 회전용 관 사이에 구비되는 복수개의 볼 베어링과, 상기 기초원기둥을 고정시켜주는 베이스를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예의 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 수직축 풍력발전장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 수직축 풍력발전장치를 나타낸 요부단면도이며, 도 5는 도 4의 구성 중 독립형 에너지 전달부의 분해상태를 나타낸 분해상태 단면도이고, 도 6은 도 4의 구성 중 첫 번째 적용예인 독립형 에너지 전달부의 결합상태를 나타낸 결합상태 단면도이며, 도 7은 도 4의 구성 중 두 번째 적용예인 독립형 에너지 전달부의 결합상태를 나타낸 결합상태 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 수직축 풍력발전장치는 먼저, 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b)를 조립하여야 한다.
먼저, 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 외주연에 평 베어링(11a)을 안착시킨다. 이때, 평 베어링(11a)이 안착될 수 있도록 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 외주연에는 안착용 단턱이 일체로 돌출된 상태이다.
이후, 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 외주연에 안착된 각 평 베어링(11a) 상에 하나의 연결용 날개부재(20a)를 안착시키는데, 하나의 연결용 날개부재(20a)의 접촉대(21a)가 평 베어링(11a)의 상면 및 외주연에 접촉되도록 안착시킴으로써 하나의 독립형 에너지 전달부(A1)의 조립을 완료한다.
여기서, 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 평 베어링(11a) 상에 안착되는 하나의 연결용 날개부재(20a)의 접촉대(21a)는 일방향 회전용 관(10a)과 접촉되지 않 게 제작함으로써, 하나의 연결용 날개부재(20a)가 일방향 회전용 관(10a)에 간섭을 받지 않고 독립적으로 회전할 수 있도록 제공한다.
또한, 하나의 연결용 날개부재(20a)의 외주연에는 방사상으로 배치된 4개의 컵형 날개(23a)가 고정연결되어 있다.
또한, 하나의 일방향 회전용 관(10a)에 설치된 평 베어링(11a)의 하부의 외주연에는 복수개의 걸림공간(12a)이 형성되는데, 그 걸림공간(12a)을 형성하는 일측은 걸림턱(13a)이 구비되고, 그 구비된 걸림턱(13a)의 하단부터 타측인 외주연까지 이어진 형상을 갖는다.
그리고 조립된 하나의 연결용 날개부재(20a)를 구성하는 접촉대(21a)의 내주연에는 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 외주연에 형성된 걸림공간(12a)의 대응되는 곳에 작동공간(22a)이 형성되는데, 그 형성된 각 작동공간(22a)에는 배면과 상기 작동공간(22a)을 이루는 하나의 연결용 날개부재(20a)의 내주연 사이에 탄성스프링(30a)이 구비되고, 일부가 상기 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여져 정회전(시계반대)방향으로는 상기 걸림턱(23a)에 걸려 회전을 제한하고, 역회전방향으로는 상기 걸림공간(12a)을 따라 회전하도록 안내하는 걸림대(40a)가 구비된다.
여기서, 걸림대(40a)의 구성은 두 가지로 구분되어 선택적으로 적용될 수 있는 바, 첫 번째 적용예로, 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여지는 걸림봉(41a)과, 걸림봉(41a)의 일측에 일체로 구비된 것으로 하나의 연결용 날개부재(20a)의 작동공간(22a) 내에 힌지연결되는 힌지판(42a)과, 힌 지판(42a)의 일측에 일체로 구비된 지지판(43a)으로 이루어지되, 지지판(43a)의 배면에 탄성스프링(30a)의 일단이 접촉되는 구조를 갖는다.
또한, 두 번째 적용예로, 하나의 연결용 날개부재(20a)에 형성된 작동공간(22a)을 이루는 끝단 양측에 이탈방지턱(18a)이 돌출되고, 걸림대(40a)는 걸림턱(23a)이 위치하는 곳에 놓여지는 것으로 상기 이탈방지턱(18a)을 통해 관통노출되는 걸림봉(44a)과, 걸림봉(44a)의 끝단에 일체로 구비된 이탈방지대(45a)로 이루어지되, 이탈방지대(45a)의 배면에 상기 탄성스프링(30a)의 일단이 접촉되는 구조를 갖는다.
이처럼, 걸림대(40a)는 두 종류로 구분되나 작동관계는 실질적으로 동일하기 때문에 아래에 언급되는 작동관계에서는 첫 번째 적용예를 이용하여 설명하기로 한다.
상기 걸림대(40a)와 하나의 연결용 날개부재(20a) 사이에 구비되는 탄성스프링(30a)이 사용 중 탄성력이 반감될 경우 걸림대(40a)는 걸림기능을 제대로 수행하지 못할 수 있다. 이를 방지하고자, 유격조절나사(70a)를 포함하고, 상기 하나의 연결용 날개부재(20a)에 형성된 상기 작동공간(22a)은 관통되고, 내주연에는 나사홈(24a)이 형성되어, 그 형성된 나사홈(24a)에 상기 유격조절나사(70a)가 나선결합되며, 그 나선결합된 유격조절나사(70a)의 측면에 상기 탄성스프링(30a)의 타단부가 내삽연결되는 구조를 통해 탄성스프링(30a)의 탄성력이 반감될 경우 육각렌치(미도시)와 같은 조임구를 이용하여 유격조절나사(70a)의 깊이를 조절하여 사용할 수 있게 제공한다.
이처럼 조립된 하나의 독립형 에너지 전달부(A1)는 발전력을 제공하는 방향인 정회전방향(시계반대방향)의 바람과, 발전력을 제공하지 않는 방향인 역회전방향(시계방향)의 바람이 동시에 불더라도 역회전방향의 바람에는 간섭을 받지 않고 정회전방향의 바람에만 발전되도록 제공한다.
즉, 정회전방향으로 바람이 불 경우 하나의 연결용 날개부재(20a)는 시계반대방향으로 회전하는데 이때, 회전하는 하나의 연결용 날개부재(20a)의 작동공간(22a)에 설치된 걸림대(40a)의 걸림봉(41a)이 하나의 일방향 회전용 관(10a)의 걸림공간(12a)을 이루는 걸림턱(13a)에 걸려진 상태이기 때문에 하나의 일방향 회전용 관(10a)도 함께 시계반대방향으로 회전함으로써 전기를 발생시키는데 필요한 방향인 정회전방향으로 회전할 수 있다.
이와는 반대로, 역회전방향으로 바람이 불 경우 하나의 연결용 날개부재(20a)는 시계방향으로 회전하는데, 이때, 회전하는 하나의 연결용 날개부재(20a)의 작동공간(22a)에 설치된 걸림대(40a)의 걸림봉(41a)은 하나의 일방향 회전용 관(10a)에 형성된 걸림공간(12a)의 상향진 기울기면에 의해 눌러지게 된다. 이때, 걸림봉(41a)과 일체로 연결된 지지판(43a)이 힌지회동 하면서 그 걸림봉(41a)이 걸림공간(12a)의 상향진 기울기면을 따라 시계방향으로 회전하는 것을 가능하게 함으로써 하나의 일방향 회전용 관(10a)에 회전력을 전달하지 않아 발전효율을 향상시켜 준다.
또한, 시계방향으로 회전하는 지지판(43a)의 배면에는 탄성스프링(30a)이 압축된 상태이기 때문에 다음번 걸림공간(12a)을 이루는 걸림턱(13a)을 지날 시 그 압축된 탄성스프링(30a)이 복원된다. 이때 다시, 시계반대방향으로 바람이 불 경우에는 앞에서 언급한 바와 같이 하나의 일방향 회전용 관(10a)에 회전력을 전달시켜 줌으로써 발전효율을 극대화시켜 준다.
이후, 다른 하나의 독립형 에너지 전달부(100b)를 구성하는 각 구성요소인 다른 하나의 일방향 회전용 관(10b), 다른 하나의 연결용 날개부재(20b), 다른 하나의 탄성스프링, 다른 하나의 걸림대를 갖는 다른 하나의 일방향 회전유도 안내부 간의 조립도 상술한 하나의 독립형 에너지 전달부(100a)와 동일하게 조립한다. 여기서, 미설명부호 11b는 평 베어링이고, 21b는 접촉대이며, 23b는 컵형 날개이다.
이후, 조립된 하나의 독립형 에너지 전달부(100a)의 일방향 회전용 관(10a)의 상측 외주연을 따라 돌출된 다수의 치열(15a)을 조립된 다른 하나의 독립형 에너지 전달부(100b)의 일방향 회전용 관(10b)의 하측에 설치된 거치용 돌출단턱(16b)의 내주연을 따라 형성된 치열용 홈(17b)에 물리도록 끼움으로서 각 독립형 에너지 전달부(100a,100b)간의 수직연결을 수행한다.
이후, 필요한 만큼의 독립형 에너지 전달부를 상술한 과정과 동일한 조립과정을 통해 수직연결시킨 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 다수개 준비한다.
이후, 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 개수만큼 베이스(90)에 고정된 기초원기둥(80)을 구비한 후 그 구비된 각 기초원기둥(80)이 각 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 구성하는 각 일방향 회전용 관(10a,10b)에 내재되게 끼우되, 상기 기초원기둥(80)과 상기 각 일방향 회전용 관(10a,10b) 사이에는 복수개의 볼 베어링(92)을 구비하여 각 일방향 회전용 관(10a,10b)이 원활하게 회전할 수 있도록 제공한다. 이때, 복수개의 볼 베어링(92)은 억지끼움 방식으로 기초원기둥(80)에 끼움고정되고, 사용 중 끼움 고정된 볼 베어링(92)이 기초원기둥(80)에서 이동되지 않도록 끼움고정된 볼 베어링(92)의 하측에는 링체(81)를 추가로 연결고정하여 사용하는 것이 바람직하다.
이처럼, 기초원기둥(80)을 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)에 내재시키는 주된 이유는 일정 세기 이상의 바람이 불 경우 수직연결된 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b)가 꺾이지 않고 완만하게 흔들리도록 하기 위함이다.
이후, 노면에 고정된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 구성하는 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b) 중 제일 하부에 연결된 독립형 에너지 전달부(100b)의 일방향 회전용 관(10b)의 외주연을 따라 돌출된 치열(14b)에 평기어(200)를 맞물린다.
이후, 일방향 베어링(330)을 평기어(200)의 축에 끼움고정하고, 공회전 유도용 관(340)의 내주연에 그 끼움고정된 일방향 베어링(330)의 외주연을 다시 끼움고정하여 연결한다. 여기서, 평기어(200)와 일측 베벨기어(310) 사이에 일방향 베어링(330) 및 공회전 유도용 관(340)을 중계연결하는 이유는, 예를 들어, 복수개로 설치된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A) 중 하나의 독립형 에너지 전달부 수직 연결군(A)에는 정회전 방향의 바람이 불지 않아 정지된 상태이고, 나머지 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)에는 정회전 방향의 바람이 불어 정회전 방향으로 회전하고 있는 경우가 발생할 경우 나머지 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)에서 전달되는 회전력이 정지된 하나의 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 회전시키는데에 사용되는 것을 방지하여 줌으로서 발전효율을 극대화시켜주기 위함이다.
즉, 내주연에 상기 일방향 베어링(330)의 외주연이 끼움고정되고, 일측에 상기 일측 베벨기어(310)가 연결고정되어 상기 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)으로부터 전달되는 정회전 방향의 회전력에 의해 평기어(200)가 정회전 방향으로 회전 시에는 평기어(200)의 축이 끼움고정된 일방향 베어링(330)도 맞물린 상태이기 때문에 함께 회전하여 일측 베벨기어(310)도 회전되게 제공한다.
이와는 반면에, 하나의 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 평기어(200)가 정지된 상태이면 나머지 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)에서 전달되는 회전력에 의해 일측 베벨기어(310)와 연결고정된 공회전 유도용 관(340)도 정회전방향으로 회전하게 되는데 이때, 공회전 유도용 관(340)의 내주연에 연결고정된 일방향 베어링(330)은 상대적으로 공회전하는 방향으로 회전되기 때문에 공회전 유도용 관(340)에서 평기어(200) 쪽으로 회전력을 전달하지 않는다. 이 때문에, 전달되는 회전력은 단지 공회전 유도용 관(340)만 회전시키는데만 사용되기 때문에 발전효율을 향상시켜 줄 수 있다.
그리고 평기어(200)의 축의 끝단부에는 볼 베어링(350)을 끼움고정시킴으로서 평기어(200)가 보다 원활하게 회전할 수 있도록 제공한다. 이후, 나머지 독립 형 에너지 전달부 수직연결군(A)에도 평기어(200), 일방향 베어링(330), 공회전 유도용 관(340) 및 일측 베벨기어(310)를 각각 설치한다. 여기서, 평기어(200), 일방향 베어링(330), 공회전 유도용 관(340) 및 일측 베벨기어(310) 등은 하우징에 내재시켜 외부충격으로부터의 보호 및 이물질의 유입을 사전에 제거해 주는 것이 바람직하다.
이후, 각 일측 베벨기어(310)에 타측 베벨기어(320)를 각각 설치한 상태에서 동력중계용 축(400)을 그 설치된 타측 베벨기어(320)에 관통연결한 후, 발전기(500)를 동력중계용 축(400)에 연결시킨다. 여기서, 발전기(500)는 복수개로 설치될 수 있는데 이는, 설치되는 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 개수에 비례하여 점진적으로 증가될 수 있다.
그리고 각 독립형 에너지 전달부(100a,100b) 중 제일 상부에 연결된 독립형 에너지 전달부(100a)의 일방향 회전용 관(10a)의 상측에는 피뢰침(50)을 설치하여 벼락을 지면으로 안전하게 유도할 수 있게 제공한다.
또한, 발전기(500)에는 축전기(미도시)를 도선으로 연결하여 생성되는 전기가 축전될 수 있도록 제공한다.
이처럼, 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b)가 수직으로 연결되어 이루어진 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)이 횡으로 고정배치된 것에 의해 연결용 날개부재(20a,20b)가 가로 및 세로로 규칙적으로 배치된 즉, 직육면체 상에 연결용 날개부재(20a,20b)가 행과 열로서 규칙적으로 구조를 갖는다.
이와 같은 구조를 통해, 본 발명의 수직축 풍력발전장치는 우리나라의 독특 한 기후환경에 의해 연결용 날개부재(20a,20b)가 행과 열로서 규칙적으로 배치된 직육면체의 좌측 하단 부분 및 직육면체의 중앙에 인접한 하단 부분에는 전기를 발전시켜주는 방향으로 회전하는 회전방향인 정회전 방향(여기서는 설치된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 전면에서 배면 쪽으로 부는 방향으로 시계반대방향)의 바람(W1,W11)이 각각 불고, 이와는 반대로 직육면체의 중앙에 인접한 상단 부분 및 직육면체의 우측 상단 부분에는 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 회전하는 회전방향인 역회전 방향(여기서는 설치된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 배면에서 전면 쪽으로 부는 방향으로 시계방향)의 바람(W2,W22)이 각각 불 경우, 먼저 정회전 방향의 바람(W1,W11)에 의해 각 연결용 날개부재(20a)는 시계반대방향으로 회전한다.
이때, 회전하는 각 연결용 날개부재(20a)의 작동공간(22a)에 설치된 걸림대(40a)의 걸림봉(41a)은 일방향 회전용 관(10a)의 걸림공간(12a)을 이루는 걸림턱(13a)에 걸려진 상태이기 때문에 각 연결용 날개부재(20a)의 작동공간(22a)에 대응되는 각 일방향 회전용 관(10a)도 함께 정회전방향인 시계반대방향으로 회전하게 된다.
또한, 수직으로 연결고정된 각 일방향 회전용 관(10a,10b) 중 최하부에 위치하는 일방향 회전용 관(10b)의 외주연에는 평기어(200)가 맞물려 있고, 그 평기어(200)는 다시 내주연에 일방향 베어링(330)이 끼움고정된 공회전 유도용 관(340) 및 일측 베벨기어(310)와 순차적으로 연결되어 있어, 일방향 회전용 관(10b)과 맞물린 평기어(200)도 정회전방향(맞물려 있으므로 여기서는 시계방향으로 회전)으로 회전한다.
또한, 평기어(200)의 축과 끼움고정된 일방향 베어링(330)도 정회전방향으로 회동시에는 평기어(200)의 축과 맞물려 회동하기 때문에 일방향 베어링(330)과 연결된 공회전 유도용 관(340) 및 일측 베벨기어(310)도 정회전방향으로 회전하게 된다.
그리고 일측 베벨기어(310)는 동력중계용 축(400)이 관통고정된 타측 베벨기어(320)와 맞물려 있어, 전달되는 회전력에 의해 동력중계용 축(400)도 함께 회전함으로써 그 동력중계용 축(400)과 연결된 발전기(500)가 발전할 수 있게 제공한다. 생성되는 전기는 도선을 통해 축전기에 저장될 수 있다.
그리고 역회전 방향으로 부는 바람(W2,W22)에 의해 나머지 각 연결용 날개부재(20b)는 시계방향으로 회전한다.
이때, 회전하는 나머지 각 연결용 날개부재(20b)의 작동공간에 설치된 걸림대의 걸림봉은 나머지 일방향 회전용 관(10b)에 형성된 걸림공간의 상향진 기울기면에 의해 눌러지고 이때, 걸림봉과 일체로 연결된 지지판이 힌지회동 하면서 그 걸림봉이 걸림공간의 상향진 기울기면을 따라 시계방향으로 회전하는 것을 가능하게 함으로써 나머지 각 연결용 날개부재(20b)의 경우 그 대응되는 나머지 일방향 회전용 관(10b)으로 어떠한 회전력도 전달시켜 주지 않아 정회전방향으로 회전하는 모든 일방향 회전용 관(10a)에 어떠한 간섭도 제공하지 않는다.
이로 인해, 종래의 수직축 풍력발전장치에서의 경우 앞에서 언급한 경우와 같은 경우로 바람(W1,W11,W2,W22)이 각각 불 경우 산술적으로는 날개의 회전이 불 가능하나 본원발명의 경우 회전효율을 100으로 잡았을 때 산술적으로 50정도의 회전을 제공함으로써 종래보다 발전효율이 향상된 것을 알 수 있다.
더욱이, 종래의 수직축 풍력발전장치의 경우 맞받아치는 정회전 방향의 바람(W1,W11)과 역회전 방향의 바람(W2,W22)이 불면, 풍차날개에 각각 방향이 반대인 바람의 세기(이하 외력이라 칭함)가 전달되어, 각각의 풍차날개는 회전하지 못할 뿐만 아니라 그 외력에 의해 서로가 뒤틀려진다.
이와 같은 상황이 계속 발생할 경우 에너지적으로 불안한 곳인 회전축과 풍차날개를 연결시켜주는 연결부분의 각 끝단부분에서 피로파괴가 발생할 확률이 높아지는 문제점이 있으나, 본원발명의 경우 역회전방향으로 부는 바람으로부터 전달되는 회전력은 일방향 회전용 관(10b)에 전달되지 않고, 연결용 날개부재(20b)가 공회전하는데 소모됨으로써 피로파괴의 발생을 종래보다 최소화시켜주는 이점도 있다.
그리고 복수개의 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A) 중 정지상태의 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)이 있을지라도 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)과 발전기 사이에서 회전력을 중계전달 시켜주는 일방향 베어링(330)이 구비된 공회전 유도용 관(340)만 공회전함으로써 나머지 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)에서 전달되는 회전력이 정지된 하나의 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 회전시키는데에 사용되는 것을 방지하여 발전효율을 최상으로 유지시켜 준다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수직축으로 적층되어 있는 다수의 풍차날개를 따라 부는 바람이 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람과 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로 구분되어 불지라도, 전기를 발전시켜주지 않는 방향으로 부는 바람으로부터는 어떠한 간섭도 받지 않으면서 전기를 발전시켜주는 방향으로 부는 바람 만을 이용하여 발전함으로써 발전효율을 향상시켜 주는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명은 정회전 방향의 바람과 역회전 방향의 바람이 수직축으로 연결된 각 연결용 날개부재를 따라 불더라도 역회전방향으로 부는 바람으로부터 전달되는 회전력은 연결회전축에 전달되지 않고, 연결용 날개부재가 공회전하는데 소모됨으로써 피로파괴의 발생을 최소화시켜주는 효과도 있다.

Claims (7)

  1. 외주연에 평 베어링(11a,11b)이 고정되고, 외주연에 형성되는 것으로 상기 고정된 평 베어링(11a,11b)의 하부에 복수개의 걸림공간(12a)이 형성되되, 그 걸림공간(12a)을 형성하는 일측은 걸림턱(13a)이 구비되고, 그 구비된 걸림턱(13a)의 하단부터 타측인 외주연까지 이어진 형상을 갖는 일방향 회전용 관(10a,10b); 상기 일방향 회전용 관(10a,10b)에 고정된 평 베어링(11a,11b)의 상면 및 외주연에 접촉되는 접촉대(21a,21b)와, 그 접촉대(21a,21b)의 내주연에 형성되는 것으로 상기 각 걸림공간(12a)의 대응되는 곳에 형성된 작동공간(22a)과, 외주연에 복수개로 연결된 컵형 날개(23a,23b)를 포함하는 연결용 날개부재(20a,20b); 상기 작동공간(22a) 내에 설치되는 것으로 배면과 상기 작동공간(22a)을 이루는 연결용 날개부재(20a,20b)의 내주연 사이에 탄성스프링(30a)이 구비되고; 일부가 상기 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여져 정회전 방향으로는 상기 걸림턱(13a)에 걸려 회전을 제한하고, 역회전방향으로는 상기 걸림공간(12a)을 따라 회전하도록 안내하는 걸림대(40a);를 포함하는 일방향 회전유도 안내부로 이루어진 독립형 에너지 전달부(100a,100b)가 수직으로 복수개 연결된 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)이 복수개 구비되고,
    상기 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)을 구성하는 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b) 중 제일 하부에 연결된 독립형 에너지 전달부(100b)의 일방향 회전용 관(10b)의 외주연을 따라 치열(14b)이 돌출형성되며,
    상기 각 독립형 에너지 전달부 수직연결군(A)의 일방향 회전용 관(10b)에 돌출된 치열(14b)에 맞물리는 복수개의 평기어(200)와,
    상기 각 평기어(200)가 연결되는 복수개의 일측 베벨기어(310)와,
    상기 각 일측 베벨기어(310)와 연결되는 복수개의 타측 베벨기어(320)와,
    상기 복수개의 타측 베벨기어(320)에 관통연결되는 동력중계용 축(400)과,
    상기 동력중계용 축(400)에 연결되어 전달되는 회전력을 동력으로 전기를 생성하는 발전기(500)로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 걸림대(40a)는 상기 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여지는 걸림봉(41a), 상기 걸림봉(41a)의 일측에 일체로 구비된 것으로 상기 작동공간(22a) 내에 힌지연결되는 힌지판(42a), 상기 힌지판(42a)의 일측에 일체로 구비된 지지판(43a)으로 이루어지되, 상기 지지판(43a)의 배면에 상기 탄성스프링(30a)의 일단이 접촉되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연결용 날개부재(20a,20b)에 형성된 작동공간(22a)을 이루는 끝단 양측에 이탈방지턱(18a)이 돌출되고,
    상기 걸림대(40a)는 상기 걸림턱(13a)이 위치하는 곳에 놓여지는 것으로 상기 이탈방지턱(18a)을 통해 관통노출되는 걸림봉(44a), 상기 걸림봉(44a)의 끝단에 일체로 구비된 이탈방지대(45a)로 이루어지되, 상기 이탈방지대(45a)의 배면에 상기 탄성스프링(30a)의 일단이 접촉되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    유격조절나사(70a)를 포함하고,
    상기 연결용 날개부재(20a,20b)에 형성된 상기 작동공간(22a)은 관통되고, 내주연에는 나사홈(24a)이 형성되어, 그 형성된 나사홈(24a)에 상기 유격조절나사(70a)가 나선결합되며, 그 나선결합된 유격조절나사(70a)의 측면에 상기 탄성스프링(30a)의 타단부가 내삽연결되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 독립형 에너지 전달부(100a,100b) 간의 수직연결고정은 상기 일방향 회전용 관(10a,10b)의 상측에는 외주연을 따라 치열(15a)이 돌출형성되고, 하측에는 거치용 돌출단턱(16b)을 구비하되, 그 구비되는 거치용 돌출단턱(16b)의 내주연에는 상기 치열(15a)이 맞물리도록 치열용 홈(17b)이 형성되어 각 일방향 회전용 관(10a,10b)이 맞물려 고정되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    수직으로 연결된 상기 복수개의 독립형 에너지 전달부(A1,A2)를 구성하는 각 일방향 회전용 관(10a,10b)에 내재되는 기초원기둥(80)과,
    상기 기초원기둥(80)과 상기 각 일방향 회전용 관(10a,10b) 사이에 구비되는 복수개의 볼 베어링(92)과,
    상기 기초원기둥(80)을 고정시켜주는 베이스(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 평기어(200)와 상기 일측 베벨기어(310) 사이에 중계연결되는 것으로 상기 평기어(200)의 축이 내주연에 끼움고정되어 상기 평기어(200)가 정회전 방향으로 회전 시 맞물리고, 역회전방향으로는 공회전하는 일방향 베어링(330)과,
    내주연에 상기 일방향 베어링(330)의 외주연이 끼움고정되고, 일측에 상기 일측 베벨기어(310)가 연결고정되어 상기 평기어(200)가 정회전 방향으로 회전 시 함께 회전하여 상기 일측 베벨기어(310)도 회전되게 하고, 상기 평기어(200)가 정지된 상태에서 상기 타측 베벨기어(320)에서 정회전 시 공회전하는 공회전 유도용 관(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전장치.
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