KR101206203B1

KR101206203B1 - 풍력발전장치

Info

Publication number: KR101206203B1
Application number: KR1020120032141A
Authority: KR
Inventors: 한영환; 한현덕; 한현우
Original assignee: 한영환; 한현우; 한현덕
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-11-28

Abstract

본 발명은 자연의 풍력(風力)에너지를 이용하여 전기(電氣)를 얻는 풍력발전(風力發電裝置)에 관한 것으로, 상세하게는 고정관체 상부에 설치되는 회전관체와, 상기 회전관체 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 보다 효율적인 발전이 이루어지도록 하고, 풍속(風速)에 따라 고속발전기(6)와 저속발전기(7)가 선택 발전되도록 한 것으로, 바닥에 설치되는 고정체(2); 상기 고정체(2) 상부에 결합되는 회전체(3)와, 상기 회전체(3)의 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드와, 상기 회전체(3)의 하부 양측에 설치되는 저속발전기(7) 및 고속발전기(6)와, 상기 다점식 블레이드가 풍향을 향하도록 회전체를 회전시키는 풍향판(5)과, 상기 다점식 블레이드의 회전에 의해 얻어진 회전동력을 저속발전기(7) 및 고속발전기(6)로 전달하는 동력전달수단과, 풍속에 따라 상기 회전동력을 저속발전기(7) 또는 고속발전기(6)로 선택 전달하는 동력전환부(8)로 구성하여 친환경(Green)의 효율적인 발전이 이루어지도록 한 것이다.

Description

풍력발전장치{WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 친환경(Green) 자연의 풍력(風力)에너지를 이용하여 전기(電氣)를 얻는 풍력발전장치에 관한 것으로, 상세하게는 고정관체 상부에 설치되는 회전관체와, 상기 회전관체 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 보다 효율적인 발전이 이루어지도록 한 것이다.

오늘날 세계는 이상 기후와 환경변화로 많은 인명과 재산 피해가 커지고 있다. 그 주된 원인은 화석연료의 남용으로 인한 이산화탄소의 과다 배출 등에 따른 온난화에 기인하는 것으로 보고되고 있으며, 온난화의 주범으로 인식되고 있는 이산화탄소의 배출을 엄격히 규제하고 있다.

근래에는 범지구적인 온난화와 환경오염 때문에 화석연료를 이용한 발전방식 대신 자연의 에너지나 청정연료를 이용하여 발전하는 무공해 발전방식이 여럿 안출된 바 있다. 이를테면, 태양발전장치, 풍력발전장치, 조력발전장치, 파력발전장치, 중력(重力)과 부력(浮力)을 이용한 발전장치 등이 있으나, 전체 발전효율이 낮고 상황에 따라 적절히 적용하거나 제어하지 못하여 효율성이 낮고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

예컨대, 프로펠러형 풍력발전기의 경우, 대형이고 설치높이가 높아 유지보수가 힘들고 소음이 심하며, 도심 건물의 옥상이나 산악지형 등 풍속이 불규칙 할 때나 돌풍, 태풍 등 강한 바람이나 풍질이 고르지 못한 곳에서는 효율적으로 사용할 수 없어서 설치위치도 크게 제한될 뿐 아니라, 하나의 발전기를 사용하므로 풍속이나 풍질에 적절히 대처할 수 없어서 전체 수명이 단축되고, 효율 또한 낮은 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0929111호(2009.11.30.)에 개시되어 있다.

본 발명은 풍력(風力)에너지를 이용한 환경친화적이면서 효율적인 전기발전이 이루어지는 풍력발전장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 하부의 고정관체와 상부의 회전관체가 결합되어 풍향을 따라 능동적으로 회전하고, 상기 회전관체에 축설치되고 상하 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 효율적인 발전이 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 축에 복수의 발전기를 설치하여 선택 사용함으로써 도심 건물의 옥상이나 산악지형 등 풍속이 불규칙 할 때나 돌풍, 태풍 등 강한 바람이나 풍질이 고르지 못한 곳에서도 효율적으로 사용할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속발전기와 저속발전기의 설치 위치를 낮춰 유지보수가 편리하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 풍력발전장치는, 고정관체 상부에 결합된 회전관체에 상하 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 효율전인 발전이 이루어지며, 풍속(風速) 정도에 따라 저속발전기 또는 고속발전기가 선택 발전되도록 구성된다.

본 발명 풍력발전장치는, 바닥에 설치되는 고정체; 상기 고정체 상부에 결합되는 회전체와, 상기 회전체의 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드와, 상기 회전체의 하부 양측에 설치되는 저속발전기 및 고속발전기와, 상기 다점식 블레이드가 풍향을 향하도록 회전체를 회전시키는 풍향판과, 상기 다점식 블레이드의 회전에 의해 얻어진 회전동력을 저속발전기 및 고속발전기로 전달하는 동력전달수단과, 풍속에 따라 상기 회전동력을 저속발전기 또는 고속발전기로 선택 전달하는 동력전환부를 포함하여 구성된다.

상기 회전체는, 회전관체의 상, 중, 하부에 이격 축설치되는 제1, 제2, 제3 축봉과, 상기 제1, 제2, 제3 축봉의 가운데 부분에 각각 설치되는 제1, 제2, 제3 체인스프라켓과, 상기 제1, 제2, 제3 체인스프라켓을 연결하는 엔드레스형 체인과, 상기 제1 축봉의 양단부에 설치되는 다점식 블레이드와, 상기 제2 축봉의 양단부에 설치되는 다점식 블레이드를 포함하여 구성된다.

상기 다점식 블레이드는, 제1 축봉 및 제2 축봉의 양단부에 설치되는 고정부재와, 상기 고정부재에 방사상으로 돌출되는 복수의 봉체와, 상기 봉체 단부에 각각 설치되는 블레이드를 포함하여 구성된다.

상기 고정체는, 길이방향 내부에 중공부가 형성된 고정관체와, 상기 고정관체 하부에 위치하는 바닥부재와, 상기 고정관체와 바닥부재를 연결하는 복수의 연결부재와, 상기 중공부에 하부가 결합되는 회전관체와, 상기 고정관체의 내상부와 회전관체 사이에 설치되는 축베어링과, 상기 고정관체의 하부에 설치되는 축받침부재와, 상기 축받침부재의 상부면 중앙에 형성되는 요입홈과, 상기 회전관체의 하단부에 결합되는 축부재와, 상기 축부재 하단 중앙에 형성되고 상기 요입홈에 접촉하는 구체를 포함하여 구성된다.

상기 제1 축봉에 설치되는 다점식 블레이드와 제2 축봉에 설치되는 다점식 블레이드의 요입홈 형성 방향은 서로 반대 방향이고, 제1, 제3 체인스프라켓에는 체인의 내측면이 결합되고, 제2 체인스프라켓에는 체인의 외측면이 결합 됨을 특징으로 한다.

상기 제1 축봉의 다점식 블레이드의 회전 가상원(C1)과, 제2 축봉 다점식 블레이드의 회전 가상선(C2)이 교차하되, 제1 축봉의 다점식 블레이드와 제2 축봉의 다점식 블레이드가 접촉하지 않도록 함을 특징으로 한다.

상기 회전관체의 하부 양측에 제3 축봉에 의해 회전하는 고속발전기와 저속발전기가 대칭 설치되고, 상기 고속발전기와 저속발전기는 풍속에 따라 동작하는 동력전환부에 의해 회전동력이 선택 전달되도록 함을 특징으로 한다.

상기 동력전환부는, 증속기(45)(46)의 축봉(47)(49) 단부에 설치되는 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)와, 상기 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)에 각각 형성되는 래치(48a)(50a)와, 상기 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)의 중앙에 대향 형성되는 축공(48b)(50b)과, 상기 축공(48b)(50b)에 양측부가 미끄럼 결합되는 제3 축봉(51)과, 상기 제3 축봉(51)의 외주에 결합되는 구동 래칫기어(52)와, 상기 구동 래칫기어(52)의 양측단부에 각각 형성되는 래치(52a)(52b)와, 상기 구동 래칫기어(52)의 외주에 키 결합되는 제3 체인스프라켓(27)과, 상기 구동 래칫기어(52)의 외주 일측에 키 결합되는 베어링(53)의 내측링과, 상기 베어링(53)의 외측링에 설치되는 고리(54)와, 상기 고리(54)에 결합되는 걸이(60)와, 상기 걸이(60)에 연결되고 스프링(63)으로 탄지되는 풍압판(56)의 작동간(57)과, 상기 작동간(57)의 상/하부에 형성되는 축부재(58)와, 상기 축부재(58)가 축결합되는 회전관체(13)의 수평판재(55)를 포함하여 구성된다.

상기 작동간(57)과 걸이(60) 사이에 설치되는 철금속 블럭(59)과, 상기 철금속 블럭(59) 부근에 설치되는 영구자석(61)을 더 포함하여 구성된다.

본 발명은 고정관체 상부에 설치되는 회전관체와, 상기 회전관체 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 발전함으로써 보다 효율적인 친환경(Green)의 풍력발전이 달성되는 효과가 있다.

본 발명은 플레이드의 반구형 구조에 의해 회전 소음이 적을 뿐 아니라, 위와 아래 정방향과 반대방향으로 회전하는 상/하 다점식 블레이드의 회전궤도를 겹치게 구성하여 바람의 저항을 줄임으로써 단위면적당 에너지 생산성이 높은 효과가 있다.

본 발명은 고속발전기와 저속발전기의 설치 위치가 낮아 고장시 관리가 용이하며, 하나의 축에 복수의 발전기를 설치하여 선택 사용함으로써 도심 건물의 옥상이나 산악지형 등 풍속이 불규칙 할 때나 돌풍, 태풍 등 강한 바람이나 풍질이 고르지 못한 곳에서도 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 동력전환부의 작동간에 설치되는 철금속 블럭과 그 부근에 설치되는 영구자석의 작용에 의해 고속발전기 또는 저속발전기로 확실한 동력전달이 달성되고, 이에 따라 래치의 빠른 마모나 소손이 방지되는 효과가 있다.

본 발명은 고속발전기와 저속발전기에 각각 설치되는 증속기에 의해 발전에 필요한 소정의 회전속도가 얻어지는 효과가 있다.

본 발명은 구성이 간단하고 풍속(風速)에 따라 고속발전기 또는 저속발전기로 회전동력이 자동으로 전환되므로 사용이 보다 간편하고, 유지보수나 고장 등이 거의 발생하지 않아 발전손실을 최소화할 수 있으며, 구조물의 안전성과 설치 및 조립의 단순화로 제조원가가 절감되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 실시예로 도시한 외관 사시도.
도 2 : 본 발명 일 실시예로 도시한 정면도.
도 3 : 본 발명 일 실시예로 도시한 단면도.
도 4 : 본 발명 일 실시예로 도시한 동력전달수단의 구성도.
도 5 : 본 발명 일 실시예로 도시한 동력전환수단의 사시도.
도 6 : 본 발명 일 실시예로 도시한 동력전환부의 분해 사시도.
도 7 : 본 발명 일 실시예로 도시한 동력전환부의 단면도로, 저속발전기로 회전동력이 전달되는 상태.
도 8 : 본 발명 일 실시예로 도시한 동력전환부의 단면도로, 고속발전기로 회전동력이 전달되는 상태.
도 9 : 본 발명 다른 실시예로 도시한 사시도.
도 10 : 본 발명 또 다른 실시예로 도시한 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 1은 본 발명 일 실시예로 도시한 풍력발전장치(1)의 사시도이고, 도 2, 도 3은 그 정면도 및 단면도로, 고정관체(12) 상부에 설치되는 회전관체(13)와, 상기 회전관체(13)의 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 다점식 상하 다점식 블레이드에 의해 발생하는 힘을 한 곳으로 모아 보다 효율적인 전기발전이 이루어지도록 구성된다.

본 발명 풍력발전장치(1)는, 바닥(지면이나 구조체 등)에 설치되는 고정체(2)와, 상기 고정체(2)의 상부에 결합되어 자유 회전하는 회전체(3)와, 회전체(3)에 적어도 한 쌍 이상으로 축 설치되고 풍력(바람)에 의해 회전하면서 회전동력을 얻는 복수의 상부 다점식 블레이드(33)(34) 및 하부 다점식 블레이드(41)(42)와, 상기 상/합부 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)가 풍향을 향하도록 회전체(3)를 회전시키는 풍향판(5)과, 상기 상/하부 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)의 회전에 의해 얻어진 회전동력을 풍속(風速) 정도에 따라 고속발전기(6) 또는 저속발전기(7)로 선택 전달하는 동력전달수단 및 동력전환부(8)로 크게 구성된다.

상기 고속발전기(6)와 저속발전기(7)는 위치가 낮은 회전관체(13)의 하부에 설치함으로써 유지보수가 용이하며, 하나의 축에 복수의 발전기(6)(7)를 풍속에 따라 설치하여 선택 사용함으로써 도심 건물의 옥상이나 산악지형 등 풍속이 불규칙 할 때나 돌풍, 태풍 등 강한 바람이나 풍질이 고르지 못한 곳에서도 효율적으로 사용할 수 있게된다.

상기 고정체(2)는, 도심건물이나 평지나 산악을 포함한 지상이나 수상 및 해상 등의 바닥(지면이나 구조체 등)에 견고하게 설치할 수 있도록 하부에 위치하는 소정 평면적의 바닥부재(9)와, 길이방향 내부에 중공부(4)가 형성되고 상부에 위치하는 고정관체(12)와, 상기 고정관체(12)와 바닥부재(9)를 연결하는 복수의 연결부재(10)와, 앵커볼트(도시안됨)로 체결할 수 있게 바닥부재(9)의 가장자리 부분에 형성되는 복수의 구멍(9a)으로 구성된다.

상기 중공부(4)에는 회전관체(13)의 하부가 소정깊이로 결합하여 지지 및 회전되며, 중공부(4)의 상부, 이를테면 고정관체(2)의 내상부와 회전관체(13) 사이에는 축베어링(18)이 설치되어 고정관체(12)에 결합된 회전관체(13)가 축 지지되며, 고정관체(12)의 상부에는 링(Ring) 형상의 캡(19)이 결합되어 중공부(4)로의 이물유입이나 수분침투가 방지되거나 차단된다.

상기 고정관체(12)는 수직으로 설치되는 구조물이며, 이에 결합되는 회전관체(13)는 고정관체(12)보다 작은 외경의 수직 구조물이다.

상기 연결부재(10)는 도 1 ~ 도 3과 같이 소정 두께의 판상인 경우 크기가 같거나 크기가 다른 복수의 구멍(11)을 소정간격으로 각각 형성하여 연결부재(10)로 작용되는 풍압이 크게 감소되도록 함이 바람직하다.

상기 연결부재(10)는 도 9와 같이 사각형 프레임(10a) 또는 도 10과 같이 "ㄱ" 형상의 프레임(10a)으로 구성하여 연결부재(10)로 작용되는 풍압을 크게 줄일 수도 있으며, 고정체(2)의 하단부를 바닥부재(9)의 상부면에 용접하거나 체결하는 등의 방법으로 더욱 견고하게 고정시킬 수도 있다.

상기 고정관체(12)의 하부에는 내마모성이 우수한 금속 또는 비금속의 축받침부재(16)가 설치되고, 축받침부재(16)의 상부면에는 중앙으로 향 할수록 점차적으로 높이가 낮아지는 요입홈(17)이 형성되며, 회전관체(13)의 하단부에는 축부재(14)가 결합되고, 축부재(14)의 하단 중앙에는 내마모성이 우수한 금속 또는 비금속의 구체(15)가 일체형으로 형성되며, 상기 구체(15)는 요입홈(17)에 접촉되는 방법으로 회전관체(13)의 하부가 축지지된다.

본 발명에서 풍력발전장치(1)의 대부분 하중과 회전등에 의해 발생되는 외압등이 직하방으로 작용되므로 구체(15)와 축받침부재(16)는 내마모성이 우수한 재질이 요구된다.

상기 회전관체(13)는 길이방향 내부에 중공부(20)가 형성된 원형관체 또는 사각관체, 또는 다각형 관체이며, 회전관체(13)의 상, 중, 하부에 제1 축봉(22), 제2 축봉(23), 제3 축봉(51)이 각각 이격하여 축설치된다.

상기 제1 축봉(22), 제2 축봉(23), 제3 축봉(51)은 같은 방향으로 설치되어 평행이 유지되며, 축봉(22)(23)(51)의 가운데 부분에는 제1, 제2, 제3 체인스프라켓(25)(26)(27)이 각각 설치된 다음 엔드레스형 체인(28)으로 연결되어 동력전달수단이 구성된다. 상기 제1, 제2, 제3 체인스프라켓(25)(26)(27)과 체인(28)은 회전관체(13)의 외부로 노출되지 않는 중공부(20)에 위치하며, 회전관체(13)의 상단부에는 캡(21)으로 막혀 있어서 이물이나 우수의 침투가 방지되어 중공부(20) 내부에 설치된 부품 등의 산화가 방지된다.

상기 제1, 2 축봉(22)(23)은 회전관체(13)의 양측으로 돌출되며, 축베어링(22a)(22b)(23a)(23b)으로 각각 축지지된다.

상기 회전관체(13)의 양측으로 돌출된 제1 축봉(22)의 양단부에는 고정부재(29)(30)가 각각 설치되고, 고정부재(29)(30)에는 방사상으로 돌출되는 복수의 봉체(31)(32)가 각각 설치되고, 봉체(31)(32)의 단부에는 반구형의 요입홈(35)(36)이 형성된 상부 다점식 블레이드(33)(34)가 각각 설치되어 풍압을 효과적(효율적)으로 받아 제1 축봉(22)이 도 4의 시계방향으로 회전하게 되고, 체인스프라켓(25)과 체인(28) 또한 시계방향으로 회전하게된다.

상기 제2 축봉(23)의 양단부에도 고정부재(37)(38)가 각각 설치되고, 고정부재(37)(38)에는 방사상으로 돌출되는 복수의 봉체(39)(40)가 각각 설치되고, 봉체(39)(40)의 단부에는 반구형의 요입홈(43)(44)이 형성된 하부 다점식 블레이드(41)(42)가 각각 설치되어 풍압을 효과적(효율적)으로 받아 제2 축봉(23)이 도 4의 반시계방향으로 회전하게 되고, 체인스프라켓(25) 또한 반시계방향으로 회전하게된다.

상기 봉체(39)(40)는 제1 축봉(22)과 직교하는 방향으로 설치되며, 제1 축봉(22)에 설치되는 상부 다점식 블레이드(33)(34)와 제2 축봉(23)에 설치되는 하부 다점식 블레이드(41)(42)의 형성 방향은 서로 반대 방향으로 구성되고, 상부 다점식 블레이드(33)(34)와 하부 다점식 블레이드(41)(42)의 회전방향에 의해 체인스프라켓(25)(26)의 회전방향이 반대방향인 점을 고려하여 체인(28) 걸이를 달리 구성함으로써 제2 체인스프라켓(26)에 의해 체인(28)의 장력이 적절히 유지된다.

즉, 도 3, 도 4에 예시한 것처럼, 제1, 제3 체인스프라켓(25)(27)에는 체인(28)의 내측면이 결합되고, 제2 체인스프라켓(26)에는 체인(28)의 외측면이 각각 결합된다.

상기 상부 다점식 블레이드(33)(34)와 하부 다점식 블레이드(41)(42)는 도 4와 같이 중첩되게 설치하되 서로 충돌하지 않도록 사이 사이에 교대로 설치함으로써 풍력발전장치(1)의 전체 높이가 낮아지고 효율은 향상된다.

즉, 상부 다점식 블레이드(33)(34)의 회전 가상원(C1)과, 하부 다점식 블레이드(41)(42)의 회전 가상선(C2)이 교차하도록 구성하되, 상부 다점식 블레이드(33)(34)와 하부 다점식 블레이드(41)(42)가 회전시 접촉하지 않고 교차되게 설치함으로서 상하 다점식 블레이드 간의 충돌이나 간섭이 방지되며, 또한 풍력발전장치(1)의 전체 높이를 낮출수 있으며, 또한 회전 가상원(C1)(C2)이 교차되는 부분에는 2배 수의 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)가 위치하면서 풍압을 받아 회전하게 되므로 전체 회전동력(또는 회전토크)이 증가된다.

즉, 상/하부 플레이드(33)(34)(41)(42)의 반구형 구조에 의해 회전 소음이 적을 뿐 아니라, 위와 아래 정방향과 반대방향으로 회전하는 상하 다점식 블레이드의 회전궤도를 겹치게 구성하여 바람의 저항을 줄임으로써 단위면적당 에너지 생산성이 크게 높아진다.

본 발명에서 상/하부 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)의 형상/모양을 반구형으로 설명하고 도시하였으나, 설치장소의 풍속이나 바람의 특성을 고려하여 타원이나 다각형 등 다양한 형상으로 변형할 수 있으며, 그 크기도 적절히 변경할 수 있음은 물론이다.

본 발명에서 동력전달수단으로 제1, 제2, 제3 체인스프라켓(25)(26)(27)과 체인(28)을 일 실시예로 들었으나, 물론 상기 체인스프라켓(25)(26)(27)은 타이밍 풀리로 대체되고 체인(28)은 엔드레스형 양면 타이밍벨트로 대체 구성할 수도 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3 체인스프라켓(25)(26)(27)은 베벨기어로 대체되고 체인(28)은 상기 베벨기어에 치합되는 또 다른 베벨기어가 양단부에 설치되는 축부재를 이용하여 회전동력이 제3 축봉(51)으로 전달되게 구성할 수도 있다.

상기 제1 축봉(22)과 직교하는 회전관체(13)의 일측 외주면에는 소정 크기의 풍향판(5)을 설치하여 회전관체(13)가 풍향을 따라(바람이 부는 방향을 따라) 회전하도록 구성함으로써, 최고의 풍압이 상하 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)로 작용되어 최상의 회전동력을 얻을 수 있게된다.

상기 풍향판(5)은 공기 흐름저항을 최소화시킬 수 있고, 또한 풍향을 따라 신속히 움직일 수 있도록 양측으로 다소 볼륨이 있는(볼록한) 유선형이 바람직하다.

상기 회전관체(13)의 하부 양측에는 제3 축봉(51)에 의해 회전하는 고속발전기(6)와 저속발전기(7)가 대칭 설치되며, 풍속(風速)에 따라 동작하는 동력전환부(8)에 의해 고속발전기(6) 또는 저속발전기(7)로 회전동력이 선택 전달된다.

도 5 ~ 도 7은 상기 고속발전기(6)와 저속발전기(7)의 설치 상태 및 동력전환부(8)의 사시도 및 단면도로, 제3 축봉(51)을 기준으로 회전관체(13)의 양측에 고속발전기(6)와 저속발전기(7)가 대칭구조로 체결 및 설치된다.

상기 고속발전기(6)와 저속발전기(7)는 위치가 낮은 회전관체(13)의 하부에 설치되므로 유지보수가 용이하다.

상기 고속발전기(6)와 저속발전기(7)는 발전에 필요한 회전속도를 얻을 수 있게 증속기(45)(46)가 각각 설치되며, 회전관체(13)가 원형관체인 경우 상기 증속기(45)(46)와 회전관체(13) 사이에 원호부와 평면부가 대향 형성된 블럭(45a)(46a)이 각각 결합된 다음 체결되어 고속 및 저속발전기(6)(7)가 회전관체(13)에 견고하게 고정된다.

상기 증속기(45)(46)의 축봉(47)(49)은 블럭(45a)(46a)을 관통하여 회전관체(13)의 중공부(20)로 돌출되며, 상기 축봉(47)(49)의 단부에는 한쪽 방향으로 회전을 허용하는 고속 래칫기어(racht gear)(48)와 저속 래칫기어(50)가 대향하도록 고정되며, 상기 래칫기어(48)(50)의 래치(48a)(50a) 또한 대향하여 마주보도록 구성된다.

상기 래칫기어(48)(50)의 중앙에는 대향 축공(48b)(50b)이 각각 형성되고, 상기 축공(48b)(50b)에는 제3 축봉(51)의 양측부가 길이방향으로 미끄럼 이동할 수 있게 결합되고, 제3 축봉(51)의 외주(외면)에는 구동 래칫기어(52)가 미끄럼 결합되거나 키 결합되고, 상기 구동 래칫기어(52)의 양측단부에는 래치(52a)(52b)가 각각 형성되어 저속 래칫기어(48)에 결합되어 고속발전기(6)가 회전하거나, 또는 저속 래칫기어(50)에 결합되어 저속발전기(7)가 회전하게된다.

상기 래칫기어(48)(50)의 축공(48b)(50b)과 제3 축봉(51)은 내마모성이 우수한 금속이나 비금속 재질로 구성하거나 미끄럼 베어링으로 결합시켜 쉽게 마모되지 않도록 구성된다. 또한 이들이 접촉하는 표면은 경면 가공하는 등의 방법으로 마찰계수를 크게 감소시켜 쉽게 마모되지 않도록 함으로써 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 구동 래칫기어(52)의 외주에는 제3 체인스프라켓(27)이 키 결합되어 구동 래칫기어(52)와 제3 체인스프라켓(27)이 연동 회전하도록 구성되고, 구동 래칫기어(52)의 외주 일측에는 베어링(53)의 내측링이 키 결합되고, 상기 베어링(53)의 외측링에는 고리(54)가 설치되고, 상기 고리(54)에는 걸이(60)가 동작 유격을 감안하여 여유있게(헐겁게) 결합되고, 상기 걸이(60)에는 스프링(63)으로 탄지되는 풍압판(56)의 작동간(57)이 연결된다.

상기에서 풍속에 따라 구동 래칫기어(52)를 이동시키는 작동간(57)은 고리(54)와 걸이(60)를 통해 베어링(53)의 외부링에 연결되어 있어서, 구동 래칫기어(52)를 따라 회전하지 않는다.

즉, 베어링(53)의 내부링은 구동 래칫기어(52)에 결합되어 구동 래칫기어(52)를 따라 회전하지만 작동간(57)의 고리(54)가 결합되는 걸이(60)는 베어링(53)의 외부링에 결합되어 회전하지 않거나 회전이 억제된 상태이므로 풍압판(56)의 작동간(57)이 구동 래칫기어(52)를 일측 또는 타측으로 자연스럽게 이동시킬 수 있게된다.

또한 작동간(57)의 고리(54)는 동작 유격을 감안하여 걸이(60)에 여유있게(헐겁게) 결합되어 있으므로 베어링(53)과 구동 래칫기어(52)의 일측 또는 타측 이동이 자연스럽게 달성된다.

상기 풍압판(56)은 회전관체(13) 외부에 위치하면서 소정(설정) 풍압(P)에 작용될 수 있도록 소정 크기의 면적을 가지며, 회전관체(13)의 관통공(13a)을 통과하는 작동간(57)의 상/하부에는 축부재(58)가 구성되며, 상기 축부재(58)는 회전관체(13)의 내측면에 상/하로 고정되는 수평판재(55)에 축결합되고, 스프링(63)의 일측 걸이부는 블럭(45a)에 고정된 고리(65)에 걸림되고, 스프링(63)의 타측 걸이부는 풍압판(56)에 고정된 고리(64)에 걸림되어 풍압판(56)이 축부재(58)를 중심으로 회전할 수 있게 탄지된다.

따라서 일정 규모의 풍속, 예컨대 10m/s 이상의 풍속에 의해 도 8과 같이 풍압판(56)으로 작용되는 풍압(P)이 스프링(63)의 탄지력을 초과하는 상태이면, 풍압판(56)과 작동간(57)이 축부재(58)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하고, 고리(54)에 결합된 걸이(60)가 베어링(53) 및 구동 래칫기어(52)를 고속발전기(6) 방향으로 이동시키게 된다.

따라서, 체인(28)과 제3 체인스프라켓(27)에 의해 회전하고 있는 구동 래칫기어(52)의 일측 래치(52a)가 고속 래칫기어(48)의 래치(48a)에 결합되고, 구동 래칫기어(52)의 타측 래치(52b)와 저속 래칫기어(50)의 래치(50a)는 분리된 상태이므로 풍력(風力)과 상하 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)에 의해 발생된 동력이 제1, 제2 축봉(22)(23) → 제1, 제2 체인스프라켓(25)(26) → 체인(28) → 제3 체인스프라켓(27)→ 구동 래칫기어(52) → 고속 래칫기어(48) → 축봉(47) → 증속기(45) → 고속발전기(6)로 전달되어 고속발전기(6)가 회전하면서 전기(電氣)가 생산되고, 저속발전기(7)는 정지된다.

또한, 풍속이 10m/s 미만이면, 도 7과 같이 풍압판(56)으로 작용되는 풍압(P)이 스프링(63)의 탄지력을 미만이므로, 풍압판(56)과 작동간(57)이 축부재(58)를 중심으로 시계방향으로 회전하고, 고리(54)에 결합된 걸이(60)가 베어링(53) 및 구동 래칫기어(52)를 저속발전기(7) 방향으로 이동시키게 된다.

따라서, 체인(28)과 제3 체인스프라켓(27)에 의해 회전하고 있는 구동 래칫기어(52)의 타측 래치(52b)가 저속 래칫기어(50)의 래치(50a)에 결합되고, 구동 래칫기어(52)의 일측 래치(52a)와 고속 래칫기어(48)의 래치(48a)는 분리된 상태이므로 풍력(風力)과 상하 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)에 의해 발생된 동력이 제1, 제2 축봉(22)(23) → 제1, 제2 체인스프라켓(25)(26) → 체인(28) → 제3 체인스프라켓(27)→ 구동 래칫기어(52) → 저속 래칫기어(50) → 축봉(49) → 증속기(46) → 저속발전기(7)로 전달되어 저속발전기(7)가 회전하면서 전기(電氣)가 생산되고, 고속발전기(6)는 정지된다.

상기에서 스프링(63)의 탄지력을 적절히 조절하거나 적당한 탄성의 스프링을 사용하거나, 또는 풍압판(56)의 크기를 조절하는 등의 방법으로 작용 풍압을 조절할 수 있음은 물론이다.

상기에서, 제3 축봉(51)의 양단부에 결합되는 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)의 축공(48b)(50b)이 축부재가 되며, 제3 축봉(51)의 외주에 구동 래칫기어(52)가 미끄럼 결합되는 경우, 제3 축봉(51)은 가만히 있고 그 외주에 결합된 구동 래칫기어(52)가 도 7과 같이 저속발전기(7) 방향으로 이동하거나, 또는 도 8과 같이 고속발전기(7) 방향으로 이동하게되며, 제3 축봉(51)의 외주에 구동 래칫기어(52)가 키 결합되는 경우, 제3 축봉(51)이 구동 래칫기어(52)를 따라 도 7과 같이 저속발전기(7) 방향으로 이동하거나, 도 8과 같이 고속발전기(7) 방향으로 이동하게된다.

본 발명에서 작용 풍압이 애매한 경우, 예컨대 풍속이 동력전환 임계풍속으로 예시한 10m/s 부근인 경우, 동력전환부(8)가 어중간하게 동작하면서 구동 래칫기어(52)의 래치(52a)(52b)가 저속 래칫기어(50)의 래치(50a) 또는 고속 래칫기어(48)의 래치(48a)에 확실하게 치합되지 않는 경우가 발생되면서 래치(48a)(50a)(52a)(52b)가 빨리 마모되거나 소손될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 작동간(57)의 일단, 이를테면 작동간(57)과 걸이(60) 사이에 철금속 블럭(블럭형 연성자성체)(59)를 설치하고, 철금속 블럭(59) 부근에 영구자석(61)을 설치하여 동력전환 임계풍속 부근인 경우 철금속 블럭(59)이 근접하는 영구자석(61)에 흡착되게 함으로써 동력전환부(8)의 확실한 동작이 달성되며, 이에 따라 고속발전기(6) 또는 저속발전기(7)로 확실한 동력전달이 달성되면서 래치(48a)(50a)(52a)(52b)의 빠른 마모나 소손이 방지된다.

상기 영구자석(61)은 회전관체(13)에 고정된 지지부재(62)에 의해 지지되며, 자기장(자속)의 대부분이 철금속 블럭(59)으로 지향하도록 자기 차폐시킬 수 있으며, 철금속 블럭(59)과의 이격거리를 조절하는 방법으로 자력(Gauss)을 적절히 조절할 수도 있다.

도 9는 본 발명 다른 실시예의 사시도로, 고정체(2)의 연결부재(10)를 복수의 사각형 프레임(10a)으로 구성한 것이고, 도 10은 본 발명 또 다른 실시예의 사시도로, 제3 축봉(51)은 회전관체(13)의 양측으로 돌출되게 축설치하고, 제1, 제2, 제3 축봉(22)(23)(51)의 양측에 체인스프라켓(67)(68)(69)(70)(71)(72)을 각각 설치한 다음 엔드레스형 체인(73)(74)을 걸어 설치하고, 제3 축봉(51)의 가운데 부분에 베벨기어(75)를 설치하고, 상기 베벨기어(75)와 직각방향으로 치합되는 다른 베벨기어(76)를 수직으로 설치하고, 바닥부재(9)의 상부면에 발전기(78)를 설치하고, 상기 베벨기어(76)와 발전기(78)의 회전축은 축부재(77)와 축커플러(79)로 연결시켜 발전할 수 있게 구성한 것이다.

본 발명은 동력전달수단과 일방향으로 동력을 전달하는 래칫기어에 의해 고속발전기(6) 및 저속발전기(6)로 회전동력이 전달되며, 증속기(45)(46)에 의해 발전에 필요한 소정의 회전속도가 얻어지며, 발전된 전기 및 전력은 바로 사용하거나 축전지(Battery)에 축전(충전)시켜 사용할 수 있다.

본 발명은 상하 플레이드(33)(34)(41)(42)의 반구형 구조에 의해 회전 소음이 적을 뿐 아니라, 위와 아래 정방향과 반대방향으로 회전하는 상하 다점식 블레이드(33)(34)(41)(42)의 회전궤도를 겹치게 구성하여 바람의 저항을 줄임으로써 단위면적당 에너지 생산성이 높다.

또한 본 발명은 고속발전기(6)와 저속발전기(7)의 설치 위치가 낮아서 고장시 관리가 용이하며, 하나의 축에 복수의 고속 및 저속발전기(6)(7)를 설치함으로써 도심 건물의 옥상이나 산악지형 등 풍속이 불규칙 할 때나 돌풍, 태풍 등 강한 바람이나 풍질이 고르지 못한 곳에서도 효율적으로 사용할 수 있게된다.

본 발명은 구성이 간단하고 풍속(風速)에 따라 고속발전기(6) 또는 저속발전기(7)로 회전동력이 자동으로 전환되므로 사용이 보다 간편하고, 유지보수나 고장 등이 거의 발생하지 않아 발전손실을 최소화할 수 있으며, 구조물의 안전성과 설치 및 조립의 단순화로 제조원가가 크게 절감된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--풍력발전장치 (2)--고정체
(3)--회전체 (4)(20)--중공부
(5)--풍향판 (6)--고속발전기
(7)--저속발전기 (8)--동력전환부
(9)--바닥부재 (10)--연결부재
(12)--고정관체 (13)--회전관체
(13a)--관통공 (14)(58)(77)--축부재
(15)--구체 (16)--축받침부재
(17)--요입홈 (18)(22a)(22b)(23a)(23b)--축베어링
(19)(21)--캡 (22)--제1 축봉
(23)--제3 축봉 (51)--제3 축봉
(25)(26)(27)(67)(68)(69)(70)(71)(72)--체인스프라켓
(28)(67)(68)--체인 (29)(30)(37)(38)--고정부재
(31)(32)(39)(40)--봉체 (33)(34)(41)(42)--다점식 블레이드
(35)(36)(43)(44)--반구형 요입홈 (45)(46)--증속기
(45a)(46a)--블럭 (47)(49)--축봉
(48)--고속 래칫기어 (50)--저속 래칫기어
(48a)(50a)(52a)(52b)--래치 (48b)(50b)--축공
(52)--구동 래칫기어 (53)--베어링
(54)(64)(65)--고리 (59)--철금속 블럭
(60)--걸이 (61)--영구자석
(62)--지지부재 (63)--스프링
(56)--풍압판 (57)--작동간
(55)--수평판재 (75)(76)--베벨기어
(78)--발전기 (79)--축커플러
(C1)(C2)--가상원 (P)--풍압

Claims

바닥에 설치되는 고정체;
상기 고정체 상부에 결합되는 회전체;
상기 회전체의 상/하부에 설치되고 회전방향을 달리하는 복수의 다점식 블레이드;
상기 회전체의 하부 양측에 설치되는 저속발전기 및 고속발전기;
상기 복수의 다점식 블레이드가 풍향을 향하도록 회전체를 회전시키는 풍향판;
상기 복수의 다점식 블레이드의 회전에 의해 얻어진 회전동력을 저속발전기 및 고속발전기로 전달하는 동력전달수단;
풍속에 따라 상기 회전동력을 저속발전기 또는 고속발전기로 선택 전달하는 동력전환부;
를 포함하되,
상기 회전체는,
회전관체의 상, 중, 하부에 이격 축설치되는 제1, 제2, 제3 축봉;
상기 제1, 제2, 제3 축봉의 가운데 부분에 각각 설치되는 제1, 제2, 제3 체인스프라켓;
상기 제1, 제2, 제3 체인스프라켓을 연결하는 엔드레스형 체인;
상기 제1 축봉의 양단부에 설치되는 제1 다점식 블레이드 및
상기 제2 축봉의 양단부에 설치되는 제2 다점식 블레이드를 포함하고,
제1 축봉에 설치되는 상기 제1 다점식 블레이드와 제2 축봉에 설치되는 상기 제2 다점식 블레이드의 요입홈 형성 방향은 서로 반대 방향이고, 제1, 제3 체인스프라켓에는 체인의 내측면이 결합되고, 제2 체인스프라켓에는 체인의 외측면이 결합되며,
상기 복수의 다점식 블레이드 중 상기 제1 다점식 블레이드의 회전 가상원(C1)과, 상기 제2 다점식 블레이드의 회전 가상선(C2)이 교차하되, 상기 제1 다점식 블레이드와 상기 제2 다점식 블레이드가 접촉하지 않도록 함을 특징으로 하는 풍력발전장치.
삭제
청구항 1에 있어서 ;
상기 제1 다점식 블레이드는,
제1 축봉의 양단부에 설치되는 고정부재;
상기 고정부재에 방사상으로 돌출되는 복수의 봉체;
상기 봉체 단부에 각각 설치되는 블레이드;
를 포함하는 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서 ;
고정체는,
길이방향 내부에 중공부가 형성된 고정관체;
상기 고정관체 하부에 위치하는 바닥부재;
상기 고정관체와 바닥부재를 연결하는 복수의 연결부재;
상기 중공부에 하부가 결합되는 회전관체;
상기 고정관체의 내상부와 회전관체 사이에 설치되는 축베어링;
상기 고정관체의 하부에 설치되는 축받침부재;
상기 축받침부재의 상부면 중앙에 형성되는 요입홈;
상기 회전관체의 하단부에 결합되는 축부재;
상기 축부재 하단 중앙에 형성되고 상기 요입홈에 접촉하는 구체;
를 포함하는 풍력발전장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서 ;
회전관체의 하부 양측에 제3 축봉에 의해 회전하는 고속발전기와 저속발전기가 대칭 설치되고, 상기 고속발전기와 저속발전기는 풍속에 따라 동작하는 동력전환부에 의해 회전동력이 선택 전달되도록 함을 특징으로 하는 풍력발전장치.
청구항 1에 있어서 ;
동력전환부는,
증속기(45)(46)의 축봉(47)(49) 단부에 설치되는 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50);
상기 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)에 각각 형성되는 래치(48a)(50a);
상기 고속 래칫기어(48)와 저속 래칫기어(50)의 중앙에 대향 형성되는 축공(48b)(50b);
상기 축공(48b)(50b)에 양측부가 미끄럼 결합되는 제3 축봉(51);
상기 제3 축봉(51)의 외주에 결합되는 구동 래칫기어(52);
상기 구동 래칫기어(52)의 양측단부에 각각 형성되는 래치(52a)(52b);
상기 구동 래칫기어(52)의 외주에 키 결합되는 제3 체인스프라켓(27);
상기 구동 래칫기어(52)의 외주 일측에 키 결합되는 베어링(53)의 내측링;
상기 베어링(53)의 외측링에 설치되는 고리(54);
상기 고리(54)에 결합되는 걸이(60);
상기 걸이(60)에 연결되고 스프링(63)으로 탄지되는 풍압판(56)의 작동간(57);
상기 작동간(57)의 상/하부에 형성되는 축부재(58);
상기 축부재(58)가 축결합되는 회전관체(13)의 수평판재(55);
를 포함하는 풍력발전장치.