KR102406742B1

KR102406742B1 - 양방향 수직형 풍력발전기

Info

Publication number: KR102406742B1
Application number: KR1020220039676A
Authority: KR
Inventors: 백승필; 박상복
Original assignee: 주식회사 엘씨엠에너지솔루션
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2022-06-08

Abstract

본 발명은 발전기의 고정자와 회전자가 상대회전이 이루어지도록 하여 전력생산수율을 높이고 양방향 회전에 따른 슬립링의 내구성을 향상시킨 양방향 수직형 풍력발전기에 관한 것으로서, 박스 형상의 골격구조를 갖는 메인프레임유닛을 포함하는 프레임부; 연직으로 일렬 배치되는 상부 로터축과 하부 로터축, 상기 상부 로터축과 하부 로터축 사이에 구비되는 발전기와 비접촉 슬립링, 상기 상부 로터축과 하부 로터축에 각각 구비되는 복수의 연결암으로 이루어지는 회전축부; 및 상기 상부 로터축의 연결암에 구비되는 상부날개유닛, 상기 하부 로터축의 연결암에 구비되는 하부날개유닛으로 이루어지고, 상기 상부날개유닛과 하부날개유닛에는 복수의 단위날개가 구비되는 회전체부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 수직형 풍력발전기{Two-way vertical type wind power generator}

본 발명은 양방향 수직형 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일 바람에 대해 상호 반대로 회전하는 한 쌍의 날개유닛에 발전기의 고정자와 회전자가 각각 고정되는 구성을 통해 전력생산수율을 높이는 양방향 수직형 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람으로부터 회전력을 얻고 이 회전력으로 발전기를 돌려 전기를 생산하는 장치로서, 회전력을 생성하는 날개, 발전기, 날개로부터 회전력을 인가 받아 이를 발전기에 전달하는 변속장치를 기본구성으로 한다.

기존에는 전력생산수율을 높이기 위해 대형 날개를 갖춘 풍력 발전설비를 바람이 풍부한 제한된 장소에 대규모로 설치 운용하고 있었으나, 친환경 발전설비의 확대 요구가 증가하고 있는 현재 추세에 부응하여, 장소 제약이 덜한 다양한 형식의 소형 풍력발전기가 소개되고 있다.

수직형 풍력발전기는 이러한 소형 풍력발전기에 주로 적용되는데 작은 설치 공간을 위하여 날개를 소형화하되, 다양한 형태의 날개가 개시되어 있으며 소형화에 따른 전력생산수율 저하문제를 해결하기 위한 기술이 개발되고 있다.

등록특허공보 제10-1652093호(2016. 08. 29. 공고)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 발전기의 고정자와 회전자가 상대회전이 이루어지도록 하여 전력생산수율을 높이고 양방향 회전에 따른 슬립링의 내구성을 향상시킨 양방향 수직형 풍력발전기를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기는, 박스 형상의 골격구조를 갖는 메인프레임유닛을 포함하는 프레임부; 연직으로 일렬 배치되는 상부 로터축과 하부 로터축, 상기 상부 로터축과 하부 로터축 사이에 구비되는 발전기와 비접촉 슬립링, 및 상기 상부 로터축과 하부 로터축에 각각 구비되는 복수의 연결암을 포함하는 회전축부; 및 상기 상부 로터축의 연결암에 구비되는 상부날개유닛, 상기 하부 로터축의 연결암에 구비되는 하부날개유닛으로 이루어지고, 상기 상부날개유닛과 하부날개유닛에는 복수의 단위날개가 구비되는 회전체부;를 포함한다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기는, 상기 비접촉 슬립링이 중공의 케이스, 상기 케이스의 내주면 상부에 구비된 상태에서 발전기의 하부 로터축과 결합하는 베어링, 케이스의 내주면 하부에 고정되는 하부헤드부를 포함하는 헤드부부; 중공 원통형의 포스트와 상기 포스트의 하단에 형성되는 중공 원판형의 베이스를 포함하며, 상기 포스트는 상기 샤프트와 베어링에 결합된 상태에서 회전측 장비의 회전케이블을 수용하는 상부하우징부; 중공 원판형의 하부하우징본체, 상기 하부하우징본체의 상면에 형성되는 단자홈유닛과 링홈유닛을 포함하며, 상기 하부하우징본체는 상기 하부헤드부 상면에 고정되는 하부하우징부; 및 상기 베이스의 배면에 고정되어 회전케이블과 결속되는 상부단자유닛, 상기 단자홈유닛에 구비되어 비회전측 장비의 고정케이블과 결속되는 하부단자유닛, 상기 링홈유닛에 구비되고 복수의 단위오링으로 이루어지는 오링유닛을 포함하는 단자부;로 이루어지며, 상기 단자홈유닛에는 액체금속이 충진되고 상기 액체금속에 상기 상부단자유닛과 하부단자유닛이 침지된 상태에서 상기 단위오링들은 베이스와 단자홈유닛 사이의 이격공간을 밀봉한다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기는, 상기 단자홈유닛이 복수의 단위단자홈으로 이루어지고 상기 링홈유닛은 복수의 단위링홈으로 이루어지되, 상기 단위단자홈과 단위링홈은 상호 교호적으로 배치되고, 각 단위단자홈에는 액체금속이 충진되며, 단위오링은 상부가 베이스에 밀착되고 하부는 상기 단위링홈에 삽입된다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기는, 상기 상부단자유닛이 복수의 단위단자로 이루어지고 상기 단위단자는 상부가 베이스 배면에 고정된 상태에서 하부는 각 단위단자홈에 삽입되어 액체금속에 침지되며, 상기 하부단자유닛은 복수의 단위단자로 이루어지고 상기 단위단자는 각 단위단자홈의 바닥면에 배치되어 액체금속에 침지된다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기는, 상기 단위날개가 블레이드와, 상기 블레이드의 단부가 이격되게 고정되는 헤드부를 포함하고, 상기 헤드부는 수직 방향으로 소정 길이를 갖되 평면상 C 형 또는 유선형으로 이루어지는 헤드본체와, 상기 헤드본체의 상단부 및 하단부를 덮는 덮개판으로 이루어지고, 상기 헤드본체와 덮개판의 내측으로 유동공간부가 형성되며, 상기 유동공간부는 블레이드에 의해 분할되어 내측개구부와 외측개구부가 형성되고 상기 내측개구부 및 외측개구부를 통해 바람의 상호 유동이 가능해진다.

본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기에 의하면, 상부날개유닛과 하부날개유닛이 반대로 설치되고 상부 로터축에 고정자가 고정되고 하부 로터축에 회전자가 고정되는 구성을 통해 고정자와 회전자가 상대회전이 이루어지므로 풍력발전기의 전력생산수율이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기에 의하면, 길이가 조절되는 연결암과 메인프레임유닛에 구비되는 베인을 통해 날개유닛의 회전이 용이하게 이루어지므로 이러한 구성을 통해서도 전력생산수율 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 본 발명의 양방향 수직형 풍력발전기에 의하면, 새로운 구조의 비접촉 슬립링을 구성함으로써 슬립링의 내구성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기의 회전축부와 회전체부의 결합관계를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기의 단위날개를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기에서 헤드부에 의한 항력 증가를 설명하기 위해 도시한 날개유닛의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기의 비접촉 슬립링을 분해 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기의 비접촉 슬립링을 도시한 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 양방향 수직형 풍력발전기의 비접촉 슬립링 하부하우징부와 단자부 간 결합상태를 도시한 단면 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 프레임부(10), 회전축부(20) 및 회전체부(30)로 이루어진다.

상기 프레임부(10)는 회전축부(20)를 고정하기 위한 구성으로서, 박스 형상의 골격구조를 갖는 메인프레임유닛(11), 메인프레임유닛(11)의 내부에 구비되는 보조프레임유닛(12)으로 이루어지며, 상기 보조프레임유닛(12)의 내부에는 후술할 발전기(23)와 비접촉 슬립링(24)이 배치된다.

상기 회전축부(20)는 연직으로 일렬 배치되는 상부 로터축(21)과 하부 로터축(22), 각 로터축(21, 22)에 구비되는 복수의 연결암(25), 양 로터축(21, 22) 사이에 구비되는 발전기(23)와 비접촉 슬립링(24)을 포함하여 구성된다.

상부 로터축(21)의 상단은 메인프레임유닛(11)에 회전 가능하게 고정되고 하단은 커플링(29) 및 발전기 입력축을 통해 발전기(23)에 연결되며, 하부 로터축(22)의 하단은 메인프레임유닛(11)에 회전 가능하게 고정되고 상단은 커플링(29'), 비접촉 슬립링(24) 및 발전기 출력축을 통해 발전기(23)에 연결된다.

상기 커플링들(29, 29')은 각 로터축(21, 22)과 발전기의 회전 중심이 불일치하는 경우를 대비하는 것으로서 각 로터축(21, 22)과 별개로 발전기 입력축(발전기 상부에 설치된 축)과 발전기 출력축(발전기 하부에 설치된 축)을 설치하고 이를 각 로터축(21, 22)에 연결함으로써 보완한다.

이때, 상기 각 로터축(21, 22)의 길이가 충분히 짧은 경우 각 로터축(21, 22)을 발전기에 직결해도 무관하므로 상기 커플링들(29, 29'), 발전기 입력축, 발전기 출력축은 생략될 수 있다.

복수의 연결암(25)은 방사 구조로 암세트를 이루며 이러한 암세트 한 쌍(R, R')이 각 로터축(21, 22)에 상하로 배치된 상태에서 단부에 회전체부(30)의 상부날개유닛(31)과 하부날개유닛(32)이 고정되게 된다.

한편, 연결암(25)은 도 2에 도시된 바와 같이 암세트 한 쌍(R, R')에서 어느 하나가 다른 하나에 삽입되어 길이가 조절되는 구조로 개시될 수 있다.

즉, 연결암(25) 길이가 길어질수록 회전체부(30)의 회전관성이 증가하게 되는데, 회전관성이 증가하면 회전운동에너지의 저장 용량이 증가되어 이를 통해 발전기(23)의 전력생산수율을 높일 수 있으나, 회전개시를 위해 일정 속도 이상의 강풍이 요구된다.

따라서, 해안가와 같이 강풍이 빈번하게 부는 장소에서는 길이가 연장된 연결암(25)으로 본 발명을 구성하고, 풍속이 미약한 장소에서는 연결암(25) 길이를 줄여 저속의 바람에도 회전체부(30)의 회전이 개시되도록 하여 전력생산수율 향상을 도모한다.

상기 비접촉 슬립링(24)은 기존의 슬립링이 아닌 본 발명 특유의 슬립링으로서, 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

발전기 출력축이 관통되는 커버부(110), 커버부(110)의 내부에 배치되고 발전기(23) 케이블(이하 ‘회전케이블(b)’이라 한다)이 연결되며 발전기 출력축(a)의 회전시 연동하여 회전하는 상부하우징부(120), 고정케이블(c)이 연결되며 상부하우징부(120)와 달리 발전기 출력축의 회전에도 정지 상태를 유지하는 하부하우징부(130), 및 상기 상부하우징부(120)와 하부하우징부(130)에 구비되어 회전케이블(b)과 고정케이블(c)을 통전시키는 단자부(140)로 이루어진다.

상기 고정케이블(c)은 생산된 전력의 외부 인가에 사용되는 케이블을 말하며, 발전기 출력축의 회전에도 정지 상태를 유지해야 한다.

상기 커버부(110)는 중공의 원통형 케이스(111), 상기 케이스(111)의 내주면 상부에 형성된 단턱에 구비된 상태에서 발전기 출력축과 결합하는 베어링(112), 상기 베어링(112)을 상기 단턱에 고정시키는 상부커버(114), 케이스(111)의 내주면 하부에 고정되는 하부커버(115)로 이루어진다.

상기 하부커버(115) 또한 발전기 출력축 통과를 위해 중공의 원판형으로 개시되며, 하부커버(115)의 케이스(111) 고정을 위해 하부커버(115) 외주면과 대응되는 케이스(111) 내주면 부위에는 나사산이 형성된다. 또한, 하부커버(115)의 상면에는 하부하우징부(130)가 고정되며 이를 위해 복수의 고정홀(115a)이 형성된다.

상부하우징부(120)는 중공 원통형의 포스트(121)와 상기 포스트(121)의 하단에 형성되는 중공 원판형의 베이스(123)를 포함한다.

상기 포스트(121)의 내주면에는 발전기 출력축이 고정되며 외주면에는 베어링(112)의 내륜이 고정된다. 또한, 포스트(121)의 외주면 일측에는 회전케이블(b)을 수용하기 위한 만곡홈(121b)이 형성된다.

상기 만곡홈(121b)은 베이스(123)까지 연장되어 형성되는데, 베이스(123)에 형성된 만곡홈(121b)에는 회전케이블(b)의 가닥수(이하 ‘비접촉수’라 한다)와 동수인 복수의 접속공(121c)이 형성된다.

그리고, 베이스(123)의 배면에는 후술할 상부단자유닛(141)이 고정되는데, 상부단자유닛(141)에 형성된 단자돌기(141b)가 상기 접속공(121c) 밖으로 돌출된 상태에서 회전케이블(b)과 결속되게 된다.

하부하우징부(130)는 중공 원판형의 하부하우징본체(131), 상기 하부하우징본체(131)의 상면에 형성되는 단자홈유닛(133)과 링홈유닛(135), 및 하부하우징본체(131)의 배면에 돌출 형성되어 하부커버(115)에 고정되는 하부포스트(136)로 이루어진다.

단자홈유닛(133)은 비접촉수와 동수인 복수의 단위단자홈(133a)이 상호 동심원을 이루며 하부하우징본체(131)에 형성된다.

또한, 각 단위단자홈(133a)에는 액체금속이 충진되며 후술할 상부단자유닛(141)의 단위단자(141a)와 하부단자유닛(143)의 단위단자(143a)가 액체금속에 침지된 상태로 개시된다. 따라서, 발전기 출력축의 회전으로 상부단자유닛(141)의 단위단자(141a)가 회전하더라도 회전케이블(b)과 고정케이블(c)간 통전이 안정적으로 이루어지게 된다.

한편, 링홈유닛(135)은 상호 동심원을 이루는 복수의 단위링홈(135a)으로 이루어지는데, 단위링홈(135a)과 단위단자홈(133a)은 도 7에 도시된 바와 같이 상호 교호적으로 배치되며, 각 단위링홈(135a)에는 후술할 오링유닛(145)의 단위오링(145a) 하부가 삽입되되 그 상부는 베이스(123)에 밀착되게 구비됨으로써 각 단위단자홈(133a)에 충진되어 있는 액체금속의 누출이 방지되게 된다.

단자부(140)는 베이스(123)의 배면에 고정되어 회전케이블(b)과 결속되는 상부단자유닛(141), 단자홈유닛(133)에 구비되어 고정케이블(c)과 결속되는 하부단자유닛(143) 및, 링홈유닛(135)에 구비되는 오링유닛(145)으로 이루어진다.

상부단자유닛(141)은 비접촉수와 동수인 복수의 단위단자(141a)로 이루어지며, 상기 단위단자(141a)들이 상호 동심원을 이룬 상태에서 각각의 상단이 베이스(123) 배면에 삽입 고정되고, 앞서 언급한 바와 같이 각 단위단자(141a)에 형성된 단자돌기(141b)가 접속공(121c)에 삽입되어 회전케이블(b)과 결속된다.

하부단자유닛(143) 또한 비접촉수와 동수인 복수의 단위단자(143a)로 이루어지며, 상기 단위단자(143a)들이 상호 동심원을 이룬 상태에서 각 단위단자(143a)가 단위단자홈(133a)의 바닥면에 배치되고, 각 단위단자(143a)에 형성된 단자돌기(143b)가 단위단자홈(133a)의 바닥면을 관통하여 고정케이블(c)과 결속된다.

오링유닛(145)은 각 단위단자홈(133a)에 충진된 액체금속의 누출을 방지하기 위해 베이스(123)와 단위단자홈(133a) 사이의 이격공간을 밀봉하는 구성으로서, 복수의 단위오링(145a)으로 이루어진다.

앞서 언급한 바와 같이 각 단위오링(145a)은 단위링홈(135a)에 하부가 삽입된 상태에서 상부는 베이스(123)에 밀착되어 단위단자홈(133a)의 개구부를 밀봉하게 되는데, 발전기 출력축과 연동하여 회전하는 베이스(123)에 단위오링(145a)이 밀착되는 특성상 마모가 발생할 수 있으므로, 단위오링(145a)은 내마모성이 우수한 소재로 개시된다.

다만, 단위오링(145a)이 내마모성을 갖추더라도 시간이 경과함에 따라 마모에의한 액체금속 누출이 발생할 수 있으므로, 누출시 신속 간편하게 후속 조치를 취할 수 있는 구성으로 본 발명이 개시될 수 있다.

일례로, 단위오링(145a)에 인접하여 누전 감지 센서가 구비되고 상기 센서와 연동하는 알람 수단이 구비된 상태에서, 누전이 인지되면 케이스(111)와 하부커버(115)의 나사 체결을 조절하여 하부커버(115)에 고정된 하부하우징본체(131)가 상방으로 전진, 단위오링(145a)의 베이스(123) 밀착을 재보정하는 방식으로 액체금속 누출을 차단할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 단위단자홈(133a)에 충전되는 액체금속으로 갈린스탄(Galinstan)이 사용된다.

상기 갈린스탄은 갈륨, 인듐, 주석을 주성분으로 한 합금 액체금속으로서 수은과 비교해 독성이 매우 적은 한편, 전기 전도도는 높고 화학적으로도 변질의 가능성이 낮은 특성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 액체금속의 안정성과 함께 간단한 조작을 통한 액체금속 누출 차단이 이루어지므로 슬립링의 관리 편의성이 향상된다.

상기 회전체부(30)는 앞서 언급한 바와 같이 상부 로터축(21)에 구비되는 상부날개유닛(31)과 하부 로터축(22)에 구비되는 하부날개유닛(32)으로 이루어지고, 각 날개유닛(31, 32)은 복수의 단위날개(33)로 구성되되 단위날개(33)의 개수는 암세트의 연결암(25) 수에 대응되어 각 연결암(25)의 단부에 고정된다.

상부날개유닛(31)의 단위날개(33)들과 하부날개유닛(32)의 단위날개(33)들은 평면상에서 반대로 설치되어 바람이 불면 서로 반대로 회전한다.

따라서, 바람에 의해 양 날개유닛(31, 32)의 회전이 개시되면, 발전기(23)의 고정자와 회전자는 상대회전으로 인해 날개유닛(31, 32)의 회전속도 대비 2배속으로 회전하게 되며, 이를 통해 풍력발전기의 전력생산수율을 높일 수 있다.

각 단위날개(33)는 블레이드(34), 블레이드(34)를 지지하는 지지대(35), 블레이드(34)의 단부가 고정되는 헤드부(36)로 이루어진다.

상기 헤드부(36)는 수직 방향으로 소정 길이를 갖되 평면상 대략 C 형 또는 유선형으로 이루어지는 헤드본체(36a)와, 상기 헤드본체(36a)의 상단부 및 하단부를 덮는 덮개판(36b)으로 이루어지고, 상기 헤드본체(36a)와 덮개판(36b)의 내측으로 유동공간부(36c)가 형성되도록 한다.

구체적으로, 상기 헤드본체(36a)는 평면상 에어포일의 리딩에지(leading edge)로부터 최대 두께(max. thickness)에 해당하는 전면 부분에 대응되는 형태로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 덮개판(36b)은 헤드본체(36a)의 일측으로 유입된 바람이 유동공간부(36c)를 통해 타측으로 유출될 때 헤드본체(36a)의 상하부로 빠져나가는 것을 차단하여 바람을 보다 효율적으로 이용하기 위한 것이다.

그리고 헤드부(36)의 내측으로 블레이드(34)가 일정 깊이까지 삽입되는 구조로 고정된다.

즉, 블레이드(34) 단부는 헤드부(36) 내벽에 이격된 상태로 고정되며, 이로 인해 유동공간부(36c)의 개구부는 블레이드(34)에 의해 분할되어 내측개구부(i)와 외측개구부(o)가 형성되며, 상기 내측개구부(i) 및 외측개구부(o)를 통한 바람의 상호 유동을 통해 헤드부(36)가 단위날개(33)의 항력을 높이는 역할을 하게 된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 좌측에서 바람(W)이 불 경우, 단위날개(33)의 상부반원궤도(n)에서는 헤드부(36) 외주면이 바람(W)에 대향하나 하부반원궤도(m)에서는 유동공간부(36c)가 바람(W)에 대향하게 된다.

따라서, 하부반원궤도(m)에 위치한 단위날개(33)에서는 블레이드(34)의 외표면에 부딪친 바람(W)의 일부(W₁)가 외측개구부(o)로 유입된 후 내측개구부(i)로 유출되고, 블레이드(34)의 내표면에 부딪친 바람(W)의 일부(W₂)는 내측개구부(i)로 유입된 후 외측개구부(o)로 유출되며, 이러한 바람(W)의 유동공간부(36c) 출입 과정에서 단위날개(33)의 항력이 증가하게 된다.

한편, 지지대(35)에는 단위날개(33)를 연결암(25)에 고정하기 위한 돌출편(37)이 형성된다.

또한, 회전체부(30)는 메인프레임유닛(11) 내부에 배치되는 바, 메인프레임유닛(11) 외부로 흘러가는 바람을 메인프레임유닛(11) 내부로 유도하는 복수의 베인(vane)(38)이 추가로 구비될 수 있으며, 이를 통해 전력생산수율 향상을 도모할 있다.

상기 베인(38)은 도 1에 도시된 바와 같이 일부는 메인프레임유닛(11) 밖으로 돌출되고 일부는 내부로 돌출되게 설치된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10: 프레임부
11: 메인프레임유닛 12: 보조프레임유닛
20: 회전축부
21: 상부 로터축 22: 하부 로터축
23: 발전기 24: 슬립링
25: 연결암
30: 회전체부
31: 상부날개유닛 32: 하부날개유닛
33: 단위날개 34: 블레이드
35: 지지대 36: 헤드부
37: 돌출편 38: 베인
110: 커버부
111: 케이스 112: 베어링
114: 상부헤드부 115: 하부헤드부
120: 상부하우징부
121: 포스트 123: 베이스
130: 하부하우징부
131: 하부하우징본체 133: 단자홈유닛
135: 링홈유닛 136: 하부포스트
140: 단자부
141: 상부단자유닛 143: 하부단자유닛
145: 오링유닛

Claims

박스 형상의 골격구조를 갖는 메인프레임유닛(11)을 포함하는 프레임부(10);
연직으로 일렬 배치되는 상부 로터축(21)과 하부 로터축(22), 상기 상부 로터축(21)과 하부 로터축(22) 사이에 구비되는 발전기(23)와 비접촉 슬립링(24), 및 상기 상부 로터축(21)과 하부 로터축(22)에 각각 구비되는 복수의 연결암(25)을 포함하는 회전축부(20); 및
상기 상부 로터축(21)의 연결암(25)에 구비되는 상부날개유닛(31), 상기 하부 로터축(22)의 연결암(25)에 구비되는 하부날개유닛(32)으로 이루어지고, 상기 상부날개유닛(31)과 하부날개유닛(32)에는 복수의 단위날개(33)가 구비되는 회전체부(30);
를 포함하고,
상기 상부날개유닛(31)과 하부날개유닛(32)은 서로 반대 방향으로 회전하며,
상기 비접촉 슬립링(24)은
중공의 케이스(111), 상기 케이스(111)의 내주면 상부에 구비된 상태에서 발전기(23)의 하부 로터축(22)과 결합하는 베어링(112), 케이스(111)의 내주면 하부에 고정되는 하부커버(115)를 포함하는 커버부(110);
중공 원통형의 포스트(121)와 상기 포스트(121)의 하단에 형성되는 중공 원판형의 베이스(123)를 포함하며, 상기 포스트(121)는 상기 하부 로터축(22)과 베어링(112)에 결합된 상태에서 발전기(23)의 회전케이블(b)을 수용하는 상부하우징부(120);
중공 원판형의 하부하우징본체(131), 상기 하부하우징본체(131)의 상면에 형성되는 단자홈유닛(133)과 링홈유닛(135)을 포함하며, 상기 하부하우징본체(131)는 상기 하부커버(115) 상면에 고정되는 하부하우징부(130); 및
상기 베이스(123)의 배면에 고정되어 회전케이블(b)과 결속되는 상부단자유닛(141), 상기 단자홈유닛(133)에 구비되어 비회전측 장비의 고정케이블(c)과 결속되는 하부단자유닛(143), 상기 링홈유닛(135)에 구비되고 복수의 단위오링(145a)으로 이루어지는 오링유닛(145)을 포함하는 단자부(140);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 수직형 풍력발전기.
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제1항에 있어서,
상기 단자홈유닛(133)은 복수의 단위단자홈(133a)으로 이루어지고 상기 링홈유닛(135)은 복수의 단위링홈(135a)으로 이루어지되, 상기 단위단자홈(133a)과 단위링홈(135a)은 상호 교호적으로 배치되고, 각 단위단자홈(133a)에는 액체금속이 충진되며, 단위오링(145a)은 상부가 베이스(123)에 밀착되고 하부는 상기 단위링홈(135a)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 양방향 수직형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 상부단자유닛(141)은 복수의 단위단자(141a)로 이루어지고 상기 단위단자(141a)는 상부가 베이스(123) 배면에 고정된 상태에서 하부는 각 단위단자홈(133a)에 삽입되어 액체금속에 침지되며, 상기 하부단자유닛(143)은 복수의 단위단자(143a)로 이루어지고 상기 단위단자(143a)는 각 단위단자홈(133a)의 바닥면에 배치되어 액체금속에 침지되는 것을 특징으로 하는 양방향 수직형 풍력발전기.
제1항에 있어서,
상기 단위날개(33)는 블레이드(34), 상기 블레이드(34)의 단부가 이격되게 고정되는 헤드부(36)를 포함하고,
상기 헤드부(36)는 수직 방향으로 소정 길이를 갖되 평면상 C 형 또는 유선형으로 이루어지는 헤드본체(36a)와, 상기 헤드본체(36a)의 상단부 및 하단부를 덮는 덮개판(36b)으로 이루어지고, 상기 헤드본체(36a)와 덮개판(36b)의 내측으로 유동공간부(36c)가 형성되며,
상기 유동공간부(36c)는 블레이드(34)에 의해 분할되어 내측개구부(i)와 외측개구부(o)가 형성되고, 상기 내측개구부(i) 및 외측개구부(o)를 통해 바람의 상호 유동이 가능해지는 것을 특징으로 하는 양방향 수직형 풍력발전기.