KR20110009038U - 풍력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍력 발전 장치로서, 풍력의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
본 고안의 풍력 발전 장치는, 지상에 수직으로 설치되는 지주와; 상기 지주의 상단에 회전 가능하게 장착되는 동체와; 상기 동체에 회전 가능하게 장착되는 로터 블레이드와; 지상에 설치되어 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 로터 블레이드의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 동력전달부로 이루어진다.

Description

풍력 발전 장치 { WIND POWER GENERATOR }

본 고안은 풍력 발전 장치로서, 풍력의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력 발전 장치는 로터 블레이드의 설치로서 자연 풍속에 의해 회전량을 얻어 자연적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력 발전 장치에서 흔히 볼 수 있다.

풍력 발전으로 하여금 기대할 수 있는 효과는, 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매우 크고, 전기시설의 보급이 어려운 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하며, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있고, 일부 특정지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으로 관광자원으로 활용이 가능하다.

풍력 발전 장치에 따른 구성을 살피면, 풍향에 따라 위치가 변화되도록 후미에 방향타가 마련된 동체가 지주의 상부에 설치되고, 상기 동체의 선단에는 로터 블레이드가 회전 가능하게 설치되고, 이 로터 블레이드의 회전축은 통상의 회전자가 설치되고, 상기 동체로부터 회전축을 지지하는 중심축에는 고정자가 설치되어 로터 블레이드의 회전에 따라 유도기전력을 발생하고, 여기서 발생된 전자기장은 별도로 구비된 축전지에 충전되는 구조로서 풍력 발전에 의한 전기에너지를 얻어 필요로 하는 곳에 사용되고 있다.

상기 로터 블레이드는 회전축상에 보통 2개 이상 설치되어 풍속에 따라 일방향으로 회전되도록 구성된 것인바, 지금까지 개발되어온 로터 블레이드는 블레이드의 역학적 설계 및 블레이드의 가변조건을 충족시켜 원활한 회전을 구하는 설계에 만족하고 있다.

비교적 많은 양의 전기에너지를 얻기 위해 로터 블레이드으 크기 및 형상을 중점으로 설계되었는바, 비교적 큰 로터 블레이드는 풍속이 4 m/sec 이상일 때 회전이 시작된다.

비교적 상기와 같은 풍력 발전 장치는 풍속이 많은 지역을 택하여 설치되어 운용되고 있다.

한편, 일부 발전 설비의 규모가 매우 작은 경우는 아파트나 공원 등에 풍력 발전 장치 자체를 조형물을 겸해서 설치되는 경우가 많고, 여기서 얻어지는 전기에너지를 조경등을 점등시키는 조건으로 사용되고 있다. 이는 특정 지역과 관계없이 설치되어 주어진 풍력에 의존하여 충전된 전기에너지를 일시적으로 사용하는 예이다.

그러나, 발전기를 지주의 상부에 설치된 동체에 배치하는 구조의 풍력 발전 장치는 그 설치가 어렵고 동체 내부에 발전기가 설치되어 동체가 무겁기 때문에 동체가 풍향에 따라 즉각적으로 반응하여 회전하기 어렵다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발전기를 지상에 별도로 설치하여 설치가 용이하고 동체가 풍향에 따라 즉각적으로 반응하여 더 많은 풍력의 운동에너지를 얻을 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 풍력 발전 장치는, 지상에 수직으로 설치되는 지주와; 상기 지주의 상단에 회전 가능하게 장착되는 동체와; 상기 동체에 회전 가능하게 장착되는 로터 블레이드와; 지상에 설치되어 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 로터 블레이드의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 동력전달부로 이루어진다.

상기 동력전달부는, 상기 동체 내부에 배치되고, 일단이 상기 로터 블레이드에 장착되며, 외주면에 제1베벨기어가 형성된 입력축과; 상기 지주 내부에 배치되고, 상부에 상기 제1베벨기어와 결합하는 제2베벨기어가 형성되며 하부에 제3베벨기어가 형성된 수직축과; 상기 제3베벨기어와 결합하는 제4베벨기어가 형성되고, 상기 발전기에 연결된 출력축으로 이루어지되, 상기 로터 블레이드의 회전력은 상기 입력축, 수직축 및 출력축을 통해 상기 발전기로 전달된다.

상기 수직축은 상기 지주에 대한 상기 동체의 회전 중심점에 배치되어, 상기 동체의 좌우 회전시, 상기 제1베벨기어는 상기 제2베벨기어를 따라 회전한다.

본 고안에 따른 풍력 발전 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

발전기가 지상에 별도로 설치되어 지주의 하부에 연결됨으로써, 풍력 발전 장치의 설치가 용이하고 동체가 가벼워져서 풍향에 따라 쉽게 회전할 수 있다.

또한, 입력축, 수직축 및 출력축이 베벨기어에 의해 연결되어 블레이드의 회전력을 발전기에 전달함으로써, 간단한 구조를 이용하여 발전기를 지상에 설치할 수 있다.

또한, 수직축이 지주에 대한 상기 동체의 회전 중심점에 배치되어 동체의 좌우 회전시, 제1베벨기어가 제2베벨기어를 따라 회전함으로써, 본 발명의 풍력 발전 장치는 동체의 내부에서 동력전달부에 의해 동력을 전달하면서 동체가 좌우로 회전할 수 있어서 상기 동체가 풍향에 따라 회전하여 더 많은 풍력의 운동에너지를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 풍력 발전 장치를 설명하기 위한 수직단면도,
도 2는 종래의 다른 풍력 발전 장치를 설명하기 위한 사시도,
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 수직단면도,
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 동체의 수평단면도,
도 5는 도 3에서 동력 전달 과정을 나타낸 수직단면도,

도 1은 종래의 풍력 발전 장치를 설명하기 위한 수직단면도이고, 도 2는 종래의 다른 풍력 발전 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 수직단면도이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 동체의 수평단면도이며, 도 5는 도 3에서 동력 전달 과정을 나타낸 수직단면도이다.

본 고안은 풍력 발전 장치로서 도 3에 도시된 바와 같이, 지주(100), 동체(200), 로터 블레이드(300), 발전기(400) 및 동력전달부(500)로 이루어진다.

상기 지주(100)는 긴 원통 형상으로 하부에서 상부로 갈수록 좁아진다.

또한, 상기 지주(100)는 지상에 수직으로 설치되고 상단에 동체(200)가 장착되며 내부에 상기 동력전달부(500)가 배치된다.

상기 동체(200)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 유선형으로 형성되고 상기 지주(100)의 상단에 회전 가능하게 장착된다.

상기 동체(200)의 일단에는 상기 로터 블레이드(300)가 장착되고, 타단에는 상방향 또는 상하 양방향으로 수직 돌출된 방향키(210)가 형성된다.

상기 방향키(210)는 풍향에 따라 상기 동체(200)를 회전시켜 상기 로터 블레이드(300)가 설치된 정면이 바람이 불어오는 방향과 마주보게 한다.

또한, 상기 동체(200) 내부에는 상기 동력전달부(500)가 배치된다.

상기 로터 블레이드(300)는 상기 동체(100)의 일단에 회전 가능하게 장착된다.

상기 로터 블레이드(300)는 설치 장소의 풍량이나 풍속에 따라 다수개의 블레이드 날개로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 로터 블레이드(300)는 풍력에 의해 회전하고 상기 동력전달부(500)와 연결되어 회젼력이 동력전달부(500)로 전달된다.

상기 발전기(400)는 지상에 설치되어 전기를 발생시킨다.

상기 발전기(400)는 상기 지주(100)의 하부 측면에 연결되고 상기 동력전달부(500)와 연결되며, 상기 로터 블레이드(300)의 회전력은 상기 동력전달부(500)에 의해 상기 발전기(400)에 전달되어 상기 발전기(400)는 전기를 발생시킨다.

구체적으로, 상기 발전기(400)는 상기 동력전달부(500)에 연결되어 회전하는 회전자와 상기 회전자의 주위에 배치되는 고정자에 의해 유도기전력을 발생시켜 축전지를 충전시킨다.

이러한 발전기(400)는 지상에 설치됨으로써, 풍력 발전 장치의 설치가 용이하고 동체(200)가 가벼워져서 풍향에 따라 쉽게 회전할 수 있다.

상기 동력전달부(500)는 상기 지주(100)와 동체(200)의 내부에 배치되고 상기 로터 블레이드(300)의 회전력을 상기 발전기(400)에 전달한다.

상기 동력전달부(500)는 입력축(510), 수직축(520) 및 출력축(530)으로 이루어진다.

상기 입력축(510)은 상기 동체(200)의 내부에 수평으로 배치되고, 일단이 상기 로터 블레이드(300)에 장착되며 타단이 베어링에 의해 상기 동체(200)에 회전 가능하게 연결된다.

또한, 상기 입력축(510)의 외주면에 제1베벨기어(601)가 형성된다.

상기 수직축(520)은 상기 지주(100)의 내부에 수직으로 배치되고, 상기 수직축(520)의 상부 및 하부는 상기 지주(100)와 베어링에 의해 회전 가능하게 연결되어 수직으로 지지된다.

또한, 상기 수직축(520)의 상부에 상기 제1베벨기어(601)와 결합하는 제2베벨기어(602)가 형성되고, 하부에 제3베벨기어(603)가 형성된다.

상기 제1베벨기어(601)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수직축(520)이 상기 지주(100)에 대한 상기 동체(200)의 회전 중심점에 배치되어 상기 동체(200)의 좌우 회전시, 상기 제2베벨기어(602)를 따라 회전한다.

이와 같이, 상기 수직축(520)이 상기 지주(100)에 대한 상기 동체(200)의 회전 중심점에 배치되어 상기 동체(200)의 좌우 회전시, 상기 제1베벨기어(601)가 상기 제2베벨기어(602)를 따라 회전함으로써, 풍력 발전 장치는 상기 동체(200)의 내부에서 상기 동력전달부(500)에 의해 동력을 전달하면서 상기 동체(200)가 좌우로 회전할 수 있어서 상기 동체(200)가 풍향에 따라 회전하여 더 많은 풍력의 운동에너지를 얻을 수 있다.

상기 출력축(530)은 상기 제3베벨기어(603)와 결합하는 제4베벨기어(604)가 형성되고, 상기 지주(100)와 베어링에 의해 회전 가능하게 연결되어 수평하게 배치된다.

또한, 상기 출력축(530)은 상기 발전기(400)에 연결되어 상기 발전기(400)의 회전자를 회전시킨다.

이와 같이, 상기 입력축(510), 수직축(520) 및 출력축(530)이 베벨기어에 의해 연결되어 상기 로터 블레이드(300)의 회전력을 상기 발전기(400)에 전달함으로써, 간단한 구조를 이용하여 상기 발전기(400)를 지상에 설치할 수 있다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.

상기 지주(100)는 지상에 수직으로 설치되고 상기 지주(100)의 상단에 상기 로터 블레이드(300)가 장착된 상기 동체(200)가 장착되며 지상에 상기 발전기(400)가 별도로 설치되어 상기 지주(100)의 하부에 연결된다.

상기 동체(200)의 내부에는 일단이 상기 로터 블레이드(300)에 장착되고 타단이 상기 동체(200)에 연결되는 상기 입력축(510)이 배치된다.

상기 지주(100) 내부에는 상기 지주(100)에 연결되어 지지되는 수직축(520)이 배치된다.

상기 지주(100)와 발전기(400) 사이에 상기 출력축(530)이 배치되어 상기 지주(100)와 발전기(400)를 연결한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 특정 방향으로 바람이 불어오면 상기 방향키(210)에 의해 상기 동체(200)가 회전하여 상기 로터 블레이드(300)가 장착된 정면이 바람이 불어오는 방향과 마주보게 된다.

이후, 상기 로터 블레이드(300)는 풍력에 의해 회전하고 상기 로터 블레이드(300)의 회전력이 상기 입력축(510)에 전달된다.

상기 입력축(510)에 전달된 회전력은 상기 제1베벨기어(601)와 상기 제2베벨기어(602)에 의해 상기 수직축(520)에 전달된다.

상기 수직축(520)에 전달된 회전력은 상기 제3베벨기어(603)와 상기 제4베벨기어(604)에 의해 상기 출력축(530)으로 전달된다.

상기 출력축(530)에 전달된 회전력은 상기 발전기(400)로 전달되어 상기 발전기(400)에서 전기를 발생시킨다.

본 고안인 풍력 발전 장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 고안의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100 : 지주, 200 : 동체, 210 : 방향키, 300 : 로터 블레이드, 400 : 발전기, 500 : 동력전달부, 510 : 입력축, 520 : 수직축, 530 : 출력축, 601 : 제1베벨기어, 602 : 제2베벨기어, 603 : 제3베벨기어, 604 : 제4베벨기어,

Claims (3)

1. 지상에 수직으로 설치되는 지주와;
   상기 지주의 상단에 회전 가능하게 장착되는 동체와;
   상기 동체에 회전 가능하게 장착되는 로터 블레이드와;
   지상에 설치되어 전기를 발생시키는 발전기와;
   상기 로터 블레이드의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 동력전달부로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 동력전달부는,
   상기 동체 내부에 배치되고, 일단이 상기 로터 블레이드에 장착되며, 외주면에 제1베벨기어가 형성된 입력축과;
   상기 지주 내부에 배치되고, 상부에 상기 제1베벨기어와 결합하는 제2베벨기어가 형성되며 하부에 제3베벨기어가 형성된 수직축과;
   상기 제3베벨기어와 결합하는 제4베벨기어가 형성되고, 상기 발전기에 연결된 출력축으로 이루어지되,
   상기 로터 블레이드의 회전력은 상기 입력축, 수직축 및 출력축을 통해 상기 발전기로 전달되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 수직축은 상기 지주에 대한 상기 동체의 회전 중심점에 배치되어,
   상기 동체의 좌우 회전시, 상기 제1베벨기어는 상기 제2베벨기어를 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.

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