WO2022124697A1 - 양축 복합형 풍력발전장치 - Google Patents

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WO2022124697A1
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방관수
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주식회사 대경에너텍
방관수
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Definitions

  • the present invention relates to a dual-axis combined wind power generator that is capable of simultaneously driving a horizontal axis and a vertical axis wind turbine at the same time on a single tower, and by merging horizontal and vertical axis blades.
  • a wind power generator includes a tower that supports the wind generator, a blade that converts wind energy into rotational kinetic energy, a hub system that connects the main shaft and the blade, and a speed increaser Alternatively, the shaft and main shaft that are transmitted to the generator, the gearbox that converts the low-speed rotation of the main shaft into the high-speed rotation for power generation, and the mechanical energy received from the gearbox are converted into electrical energy.
  • a generator a yaw system that rotates the nacelle to match the blades to the wind direction, a pitch system that adjusts the blade angle according to the wind speed, and a wind generator to enable unmanned operation It consists of a control system for setting and operation, and a monitoring system for remote control and system status determination on the ground.
  • Such a wind power generator is divided into a horizontal axis wind power generator and a vertical axis wind power generator according to a shaft.
  • the horizontal axis (Horizontal Axis Wind Turbine) wind turbine is a wind turbine whose rotational axis is installed parallel to the ground in the direction in which the wind blows.
  • the structure is simple and easy to install.
  • a rotating yawing device is required.
  • a vertical axis (Vertical Axis Wind Turbine) wind turbine is a wind turbine in which the rotational axis is installed perpendicular to the ground, which is the direction in which the wind blows.
  • FIG. 1 is a block diagram of a horizontal/vertical axis combined blade type wind power generation system according to the prior art, while blocking and connecting the rotational force of a horizontal wind power generator and a vertical wind power generator with a driving ratchet and an elevating ratchet, complementing the power generation amount to provide wind energy to the generator made to be delivered.
  • the lower side of the body 11 is provided with a ratchet case 12 integrally formed with the body 11 by a connecting pipe 15 connected vertically, and a horizontal blade ( 13) is provided with a transmission shaft for transmitting the horizontal rotational force, and a horizontal wind power generator 10 composed of a driving shaft having a bevel gear coupled to the upper side and a driving ratchet at the lower side;
  • a fixed shaft is coupled to the fixed plate, a hollow rotating shaft to which several vertical blades 23 are coupled and fixed is coupled, a planetary gear engaged with a ring gear and rotatably installed on the seating plate is coupled, and a sun gear is installed at the tip of the power generation shaft.
  • the combined generator is mounted inside the fixed shaft, the power converter is mounted inside the fixed plate, the elevating shaft is splined to the end of the power generating shaft, and the elevating shaft with the spring fitted on the outer periphery protrudes downward and engages with the driving ratchet as an elevating ratchet It is composed of a combined vertical wind power generator 20, and a fixture 40 for supporting the wind power generation system.
  • the decrease in output due to the miniaturization of the horizontal blade 13 of the horizontal wind power generator 10 is reinforced with the vertical wind power generator 20, and the vertical wind power generator 20 has a rotational force for initial start compared to the horizontal wind power generator 10. Since this is greatly required, a portion of the rotational force of the horizontal wind power generator 10 can be transmitted to the vertical wind power generator 20 to facilitate the initial start-up.
  • the horizontal/vertical combined blade type wind power generation system is effective in preventing output decrease due to miniaturization and transferring some of the rotational force for initial start to the vertical wind power generator, but a driving ratchet and an elevating ratchet must be configured. , there is a problem in that the effect of transmitting the rotational force for initial start-up is reduced when the wind strength of the vertical axis blade is stronger than that of the horizontal axis blade.
  • Patent Document 1 Domestic Patent Registration No. 10-0754966 (Announcement date: 2007.09.04.)
  • the horizontal axis power generation device and the vertical axis power generation device are operated independently of each other, and it is easy to vary the vertical axis blade position in consideration of the environmental characteristics of different wind speed and wind volume/wind direction depending on altitude, and , It provides a dual-axis combined wind power generator using horizontal and vertical blades that introduces unutilized wind caused by the rotation of the horizontal blades into the vertical blades to simultaneously drive the horizontal and vertical wind turbines to generate high-efficiency wind power generation. There is a purpose.
  • a double-axis combined wind power generator for achieving the object of the present invention is a horizontal-axis wind power generator that generates power by driving horizontal-axis blades, and a vertical-axis wind power generated by driving a plurality of vertical-axis blades attached to the same column as the horizontal-axis wind generator.
  • the vertical axis wind power generator is provided with a vertical axis blade connecting device for connecting a plurality of vertical axis blades are bound to the circumferential surface of the column so that the blades can rotate, the
  • the vertical shaft wing connecting device includes a wing holder fixed to the column by a fixing clamp, upper and lower wing fixing wheels rotatably connected to the vertical shaft wing holder, and permanent magnet fixing wheels fixed inside the upper and lower wing fixing wheels It is characterized in that it comprises a.
  • the wing holder has first and second roller bearing insertion grooves formed on each of the outer surfaces of the upper and lower sides, and a copper wire coil box is built in the groove with one side open on the outer side in the circumferential direction, and the copper wire coil box A copper wire coil draw-out hole for connecting one end of the copper wire coil to the other copper wire coil box and the power transmitting device is formed, and a permanent magnet fixing wheel is provided so that a permanent magnet is provided at a position corresponding to the copper wire coil box to fix the wing It is characterized in that it is bound to the inside of the wheel.
  • third and fourth roller bearing insertion grooves are formed at positions corresponding to the first and second roller bearing insertion grooves of the wing holder on the inner surface of each of the upper and lower blade fixing wheels. It is characterized in that the roller bearing is coupled and a permanent magnet fixed wheel is bound to one end, and the vertical shaft blades are rotationally driven by connecting and fixing the vertical shaft blades with blade fixing plates on the upper and lower outer surfaces.
  • the vertical axis wind power generator is a first vertical axis wind power provided at an upper position of the pillar to form an upper and lower two vertical axis wind power generator on the pillar, the upper vertical axis blade is affected by the wind passing through the horizontal axis blade generator; and a second vertical axis wind power generator provided at a lower position of the pillar, in which the lower vertical axis blades are not affected by the wind of the horizontal axis blades.
  • the double-axis combined-type wind power generator according to the present invention can easily additionally install a vertical-axis wind power generator by using a fixed clamp (half shell) on the pole of the existing horizontal-axis wind power generator as well as a new facility, so that a separate land and tower can be installed. There is an effect that high-efficiency wind power generation can be achieved by converting to a double-axis combined wind power generator without conversion.
  • the double-axis wind power generator is driven simultaneously or operated separately according to each characteristic. can have an effect.
  • high-efficiency wind power generation is made possible by taking advantage of the advantages of both horizontal and vertical wind power generators.
  • horizontal axis wind power generators are easy to generate in environments with high wind speeds and large amounts of wind. It is easy to develop in the environment. Therefore, this dual-axis combined-type wind power generator has the effect of increasing the power generation efficiency in any environment, and as the blades of the horizontal-axis wind turbine rotate, unused wind flows into the vertical-axis wind turbine blades installed on the same pole, so that the vertical-axis wind generator becomes As it operates, it has the effect of effectively utilizing the wind to double the power generation efficiency.
  • FIG. 1 is a block diagram of a horizontal / vertical axis combined blade type wind power generation system according to the prior art
  • FIGS. 2 and 3 are a front view and a side view of a double-axis combined wind power generator according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along line A-A in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 5 is a half cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the wing holder in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a detailed configuration view of the wing fixing wheel in FIG. 5;
  • FIG. 8 is a detailed configuration view of the permanent magnet fixed wheel in FIG. 5;
  • FIG. 9 is a detailed configuration diagram of the fixing clamp in FIG. 5,
  • 11 to 12 are block diagrams of a double-axis combined wind power generator according to second to fourth embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are overall configuration diagrams of the dual-axis combined-type wind power generator, the horizontal-axis generator 101 and the horizontal-axis generator 101, which produce power by the rotational force of the wind of the horizontal-axis blades 102, are fixed from the ground.
  • 1st and 2nd vertical axis generator 202 which is fixed to the upper and lower outer surfaces of the pillar 100 to be supported and fixed at a height and produces electric power according to the rotational force of a plurality of vertical axis blades 201 . (203).
  • the vertical shaft wing 201 not only operates by the unused gap wind and low-speed low-volume wind that are not utilized when the horizontal shaft wing 102 rotates, but if the horizontal shaft wing 102 is 100) is installed in an appropriate size at a position where it can operate without interference with the vertical shaft wing 201 and each other, and the vertical shaft wing 201 is rotatable by the wind even in the lower part of the column close to the ground.
  • FIG 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIGS. 2 and 3, a longitudinal cross-sectional view of the second vertical shaft generator 203, each vertical shaft blade 201 with a fixing clamp 211 and a clamp protrusion 211a on the circumferential surface of the column 100. It consists of a vertical shaft blade connecting device 200 that connects so as to rotate, and the first vertical shaft generator 202 is also configured in the same way.
  • the plurality of vertical shaft wings 201 are fixed to the upper and lower surfaces of the wing fixing wheels 221 using the vertical shaft blades 201 using a wing fixing plate 231 .
  • the vertical shaft blade connecting device 200 will be described in detail as follows. It is connected to the fixing clamp 211 and the clamp protrusion 211a to the pillar 100 and includes a wing holder 212 capable of supporting the vertical shaft wing connecting device 200 .
  • the upper and lower wing fixing plates 231a and 231b coupled to one end of the vertical shaft wing 201 are coupled to the upper and lower outer surfaces, and roller bearings 213a and 213b are inserted into the upper and lower inner surfaces, and the circumference It is provided to enable binding of the permanent magnet fixed wheel 223 to which the permanent magnet 222 is assembled at the end of the direction, and consists of wing fixed wheels 221a and 221b that are fastened and assembled to the upper and lower portions of the wing holder 212. do.
  • the wing holder 212 has a circular shape, and a "C"-shaped groove 212c of a certain size is provided in the outer circumferential direction, and the copper wire coil box 214 having the same radius of curvature as the inner surface of the groove is provided at regular intervals.
  • a plurality of even numbers are built in, and a permanent magnet fixing wheel 223 provided so that the permanent magnet 222 can be positioned at a position corresponding to the copper wire coil box 214 surrounds the outer circumferential surface of the wing holder 212 and is circular. In a ring state, it is configured to be fastened to the inner ends of the upper and lower wing fixing wheels 221a and 221b.
  • the permanent magnet fixing wheel 223 allows the permanent magnet 222 to be fixed in a groove formed by a 'C'-shaped groove 223a having an open surface corresponding to the copper wire coil box 214,
  • the permanent magnet 222 is attached to form a curved surface equal to the radius of curvature of the inner surface of the "C"-shaped groove 223a of the permanent magnet fixing wheel 223, and the permanent magnet 222 crosses the S and N poles with each other.
  • the same number is fixed inside the "C"-shaped groove 223a of the permanent magnet fixing wheel 223 at an appropriate equal interval, and the S pole and the N pole are positioned so that they correspond to each other. make it
  • the wing holder 212 has a 'C' shape in which first and second roller bearing insertion grooves 212a and 212b are formed on each of the upper and lower outer surfaces, and one outer side surface is open.
  • a coil box groove 212c of A copper wire coil draw-out hole 212d for connecting one end of the copper wire coil wound around the box 214 to the copper wire coil of the other copper wire coil box and the power transmitting device is formed.
  • the upper and lower wing fixing wheels 221a and 221b are first and second roller bearings of the wing holder 212 on inner surfaces of the upper and lower wing fixing wheels 221a and 221b.
  • the third and fourth roller bearing insertion grooves 221c and 221d are formed at positions corresponding to the insertion grooves 212a and 212b,
  • the roller bearings 213a and 213b are assembled between the formed roller bearing insertion groove and the roller bearing groove of the wing holder 212, and a plurality of permanent magnets are located outside the circumference of the upper and lower wing fixing wheels 221a and 221b.
  • the permanent magnet fixed wheel 223 is fastened and fixed by using a bolt and a nut through the fastening hole 221e of the fixed wheel 223 .
  • the vertical shaft wing 201 A plurality of bolt holes 221f for fastening and fixing the wing fixing plates 231a and 231b coupled to one end are formed to attach the wing fixing plates 231a and 231b to the upper and lower ends of the wing fixing wheels 221a and 221b.
  • the vertical shaft blade 201, the blade fixing wheels 221a, 221b, the permanent magnet fixing wheel 223, and the permanent magnets 222 of S and N poles bound thereto rotate by the wind. to generate electric current in the copper wire coil box 214 during rotation to generate electricity.
  • the permanent magnet fixed wheel 223 is bolted to coincide with the plurality of permanent magnet fixed wheel fastening holes 221e provided on the outer circumference of the upper and lower wing fixed wheels 221a and 221b.
  • (221g) is provided and fastened to the inner side of the upper and lower wing fixing wheels 221a and 221b with bolts and nuts, and S pole and N pole permanent magnets ( 222) can be assembled, and the structure and function of the permanent magnet fixed wheel 223 are the same as those of FIG. 4, and thus refer to.
  • the vertical shaft wing connecting device 200 is connected to the pillar 100 using the fixing clamp 211 separated into two on the outer circumferential surface of the pillar 100 . ), and the inner surface of the fixing clamp 211 is adhesively fixed to the pillar 100 by inserting a Teflon sheet 221c, and the outer surface is detachable using a bolt/nut 211b.
  • a slope that coincides with the slope of the outer surface of the pillar 100 was made to be easy to fasten with the pillar (100).
  • the fixing clamp 211 can be configured to separate two or more as needed, and the fastening of each separated fixing clamp 211 can be configured by not only bolts/nuts, but also various fastening means.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a vertical axis generator according to a second embodiment of the present invention, wherein the first vertical axis generator 202 is a horizontal axis wind turbine generator 101 at the uppermost end of the column 100 at the lower end of the column 100. And installed between the horizontal shaft blade 102, not only can use the unused gap wind according to the rotation of the horizontal shaft blade 102, but also the first vertical shaft blade (201a) because the wind is possible to rotate even in a low wind speed state, Even when the wind direction and low wind speed that cannot rotate the horizontal shaft blade 102, the first vertical shaft blade 201a can rotate, so power generation is possible through the first vertical generator 202.
  • the first vertical axis generator 202 is a horizontal axis wind turbine generator 101 at the uppermost end of the column 100 at the lower end of the column 100.
  • the first vertical shaft blade 201a not only can use the unused gap wind according to the rotation of the horizontal shaft blade 102, but also the first vertical shaft blade (201a) because the wind is
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a vertical shaft generator according to a third embodiment of the present invention, wherein the second vertical shaft generator 203 and the second vertical shaft blade 201b are installed at the lower end of the pillar 100 close to the ground, Power generation is possible through the second vertical axis generator 203 even with a low air volume in the lowlands.
  • FIG. 12 is a block diagram of a vertical axis wind power generator according to a fourth embodiment of the present invention, showing the first and second vertical axis generators 202 and 203 according to the second and third embodiments of FIGS. 9 and 10 . Each is installed so that the first and second vertical shaft generators 202 and 203 are operated independently.
  • the first horizontal axis wind power generator 101, the first vertical axis wind power generator 202, the second vertical axis wind power generator (203) was installed to enable operation in different wind directions, wind volume and wind speed depending on the altitude.

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Abstract

본 발명은 수평과　수직축 날개를 이용한　양축 복합형 풍력발전장치에 관한 것으로, 수평축 발전장치와 수직축 발전장치가 서로 독립적으로 운영되고, 고도에 따라 풍량과 풍속이 다른 환경적 특성을 고려하여 수직축 날개 위치의 가변이 용이하고, 수평축 날개의 회전으로 인한 미활용 바람을 수직축 날개로 유입시켜 수직축 풍력발전기를 구동하여 더 많은 전력을 생산하고 수평축 풍력발전기에 활용할 수 없는 저고도의 저풍속 바람을 활용하여 수직축 풍력발전을 함으로서 발전효율을 극대화 하는데 그 목적이 있다.

Description

양축 복합형 풍력발전장치
본 발명은 하나의 기둥(Tower)에 수평축 및 수직축 풍력발전기를 동시에 구비하고, 수평과 수직축의 날개를 병합 설치하여 동시구동이 가능한 양축 복합형 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 풍력발전기를 지지해주는 타워(Tower)와, 바람에너지를 회전운동 에너지로 변환시켜 주는 블레이드와, 주축과 블레이드를 연결해 주는 허브(Hub) 시스템과, 블레이드의 회전운동 에너지를 증속기 또는 발전기로 전달하는 회전축(Shaft) 및 주축(Main shaft)과, 주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 변환시켜주는 증속기(Gearbox)와, 증속기로부터 전달받은 기계에너지를 전기에너지로 전환시켜주는 발전기(Generator)와, 블레이드를 바람방향에 맞추기 위하여 나셀 회전시켜주는 요잉시스템(Yawing System)과, 풍속에 따라 블레이드 각도 조절해 주는 피치시스템 (Pitch system)과, 풍력발전기가 무인 운전이 가능하도록 설정, 운영을 위한 제어시스템(Control System)과, 원격지 제어 및 지상에서 시스템상태 판별을 위한 모니터링 시스템(Monitoring System)으로 구성된다.
이와 같은 풍력발전기는 회전축(Shaft)에 따라 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기로 나뉜다.
상기 수평축(Horizontal Axis Wind Turbine) 풍력발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향인 지면과 평행하게 설치되는 풍력발전기로, 구조가 간단하고 설치가 용이하며, 블레이드 전면을 바람 방향에 맞추기 위해 나셀을 360° 회전시키는 요잉 (Yawing)장치가 필요하다.
반면, 수직축(Vertical Axis Wind Turbine) 풍력발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향인 지면과 수직으로 설치되는 풍력발전기로, 바람의 방향에 영향을 받지 않아 요잉(Yawing)장치가 불필요한 특징이 있다.
종래에도 수평축과 수직축 풍력발전기를 결합하여 효율을 증대하기 위한 수평,수직축 결합형 풍력발전기가 개발되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템의 구성도로, 수평풍력발생기와 수직풍력발생기의 회전력을 구동래칫과 승강래칫으로 차단, 연결하면서 발전량을 상호 보완하여 발전기에 풍력에너지를 전달할 수 있도록 한 것이다.
도 1을 참조하면, 몸체(11) 하측에는 수직으로 연결되는 연결관(15)에 의해 몸체(11)와 일체로 형성되는 래칫케이스(12)가 구비되고, 몸체(11) 내부에는 수평블레이드(13)의 수평 회전력을 전달하는 전달축이 마련되며, 베벨기어가 상측에 결합되고 하측에는 구동래칫를 갖는 구동축으로 구성된 수평풍력발생기(10)와; 고정판에 고정축이 결합되고, 수개의 수직블레이드(23)가 결합 고정되는 중공회전축이 결합되며, 링기어와 맞물리고 안치판에 회전가능토록 설치되는 유성기어가 결합되며, 선기어가 발전축 선단에 결합된 발전기를 고정축 내부에 장착하며, 전력변환장치가 고정판 내측으로 장착되고, 상기 발전축의 끝부분에 스플라인 이음되고 바깥둘레에 스프링이 끼워지는 승강축이 하향 돌출되고 구동래칫와 맞물리는 승강래칫로 결합된 수직풍력발생기(20)과, 풍력발전시스템을 지지하기 위한 고정대(40)로 구성되어 있다.
상기 수평풍력발생기(10)의 수평블레이드(13)의 소형화에 따른 출력저하를 수직풍력발생기(20)로 보강하고, 수직 풍력발생기(20)는 수평풍력발생기(10)에 비하여 초기 기동을 위한 회전력이 크게 필요하므로, 수평풍력발생기 (10)의 회전력 일부를 수직풍력발전기(20)에 전달되도록 함으로서 초기 기동을 원활히 할 수 있는 것이다.
그러나 종래 기술에 따른 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템은 소형화에 따른 출력저하를 방지하고, 초기 기동을 위한 회전력 일부를 수직풍력발전기로 전달하는데는 효과가 있으나, 구동래칫과 승강래칫를 구성해야 하며, 바람이 세기가 수직축 날개에 부는 바람이 수평축 날개보다 강할 경우 초기 기동을 위한 회전력 전달 효과가 저하되는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 국내특허등록 제10-0754966호 (공고일 2007.09.04.)
본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 수평축 발전장치와 수직축 발전장치가 서로 독립적으로 운영되고, 고도에 따라 풍속과 풍량/풍향이 다른 환경적 특성을 고려하여 수직축 날개 위치의 가변이 용이하고, 수평축 날개의 회전으로 인한 미 활용 바람을 수직축 날개로 유입시켜 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기를 동시에 구동시켜 고효율 풍력발전을 할 수 있도록 하는 수평과　수직축 날개를 이용한　양축 복합형 풍력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 양축 복합형 풍력발전장치는 수평축 날개의 구동에 의해 발전하는 수평축 풍력발전기와, 상기 수평축 풍력발전기와 같은 기둥에 부착된 다수의 수직축 날개의 구동에 의해 발전하는 수직축 풍력발전기로 이루어진 수평과 수직 양축 복합형 풍력발전장치에 있어서, 상기 수직축 풍력발전기는 상기 기둥의 원주면에 다수의 수직축 날개가 결속되어 날개가 회전할 수 있도록 연결하는 수직축날개 연결장치를 구비하되, 상기 수직축날개 연결장치는 상기 기둥에 고정클램프로 결합 고정된 날개 거치대와, 상기 수직축 날개 거치대와 회전 가능하도록 연결된 상,하부 날개 고정휠과, 상기 상,하부 날개 고정휠 내측에 고정된 영구자석 고정휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 날개 거치대는 상,하부 각 외측면에 제1,제2 롤러베어링 삽입홈이 형성되고, 원주방향 외측 일측면이 개방된 홈의 내부에 동선코일박스가 내장되고, 상기 동선코일박스의 동선코일의 일단을 상기 다른 동선코일박스와 전력송출장치로의 연결을 위한 동선코일 인출홀이 형성되고, 상기 동선코일박스와 대응되는 위치에 영구자석이 구비되도록 한 영구자석 고정휠이 상기 날개 고정휠 내측에 결속된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상,하부 날개 고정휠은 상,하부 각 날개 고정휠 내측면에 상기 날개 거치대의 제1,제2롤러베어링 삽입홈에 대응되는 위치에 제3,제4롤러베어링 삽입홈이 형성되어 롤러베어링이 결합되고 일단에 영구자석 고정휠이 결속되며, 상,하면 외측면에 날개고정 플레이트로 수직축 날개를 연결 고정하여 수직축 날개가 회전구동 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직축 풍력발전기는 상기 기둥에 상,하부 두 개의 수직축 풍력발전기로 형성하되, 상기 상부 수직축 날개가 상기 수평축 날개를 통과한 바람에 영향을 받는 상기 기둥의 상부 위치에 구비된 제1수직축 풍력발전기; 및 상기 하부 수직축 날개가 상기 수평축 날개의 바람에 영향을 받지 않는 상기 기둥의 하부 위치에 구비된 제2수직축 풍력발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양축 복합형 풍력발전장치는 신규시설 뿐만 아니라 기존의 수평축 풍력발전기의 기둥에 고정클램프(Half Shell)를 이용하여 수직축 풍력발전기를 간편하게 추가 설치할 수 있어, 별도의 토지와 기둥(Tower)의 변환 없이 양축 복합형 풍력발전기로 전환하여 고효율의 풍력발전을 할 수 있는 효과가 있다.
수평축 풍력 발전기의 구동에 영향을 미치지 않는 상대적으로 낮은 위치의 저속 저풍량 환경에서도 발전이 가능한 효과가 있고, 수직축 발전기를 수평축 발전기가 구동하는 상부측에 설치하여 수평축 날개의 회전으로 인한 미 활용 틈새 바람을 이용하여 수직축 날개를 구동시켜 추가로 발전할 수 있는 효과가 있으며, 수직축 풍력발전기를 서로 다른 높이에 2개 이상으로 설치하여 높이에 따라 다른 풍속 및 풍량을 모두 활용할 수 있어서 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 수평축과 수직축 풍력발전 설비를 같은 기둥에 구비하여 양축 풍력발전기가 동시에 구동되거나 각각의 특성에 맞게 별도로 운전됨으로 계절적인 요인에 의한 풍속 및 풍량과 풍향의 변화가 심한 환경에서도 발전효율을 배가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 수평축과 수직축 풍력발전기의 장점을 모두 살려 고효율 풍력발전이 가능하도록 하였으며, 일예로 수평축 풍력발전기는 고속의 풍속과 다량의 풍량 환경에서 발전이 용이하며, 수직축 풍력발전은 상대적으로 저속, 저풍량 환경에서 발전이 용이하다. 따라서, 본 양축 복합형 풍력발전기는 어느 환경에서도 발전효율을 높일 수 있는 효과가 있고 수평축 풍력발전기의 날개가 회전하면서 사용되지 않는 미활용 바람이 같은 기둥에 설치된 수직축 풍력발전기 날개로 유입되어 수직축 풍력발전기가 작동됨에 따라 바람을 효과적으로 활용하여 발전효율을 배가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수평/수직축 복합날개형 풍력발전시스템의 구성도이고,
도 2, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양축 복합형 풍력발전장치의 정면도 및 측면 구성도이고,
도 4은 도 2, 도 3에서 A-A선 단면도이고,
도 5는 도 3에서 B-B선 반 단면도이고,
도 6는 도 5에서 날개거치대의 상세 구성도이고,
도 7은 도 5에서 날개고정휠의 상세 구성도이고,
도 8은 도 5에서 영구자석 고정휠의 상세 구성도이고,
도 9은 도 5에서 고정클램프의 상세 구성도이고,
도 11 내지 도 12은 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 양축 복합형 풍력발전장치의 구성도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양축 복합형 풍력발전장치에 대한 첨부된 도면을 참고하여 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2, 도 3은 양축 복합형 풍력발전장치의 전체 구성도로서, 수평축 날개(102)의 바람에 의한 회전력에 의해 전력을 생산하는 수평축발전기(101)와 상기 수평축발전기(101)를 지면으로부터 일정높이에 지지 고정하는 기둥(100)과, 상기 기둥(100)의 외측면 상,하부에 고정되어 다수의 수직축날개(201)의 회전력에 따라 전력을 생산하는 제1,제2수직축 발전기(202)(203)로 구성된다.
여기서, 상기 수직축날개(201)는 상기 수평축날개(102) 회전시 활용되지 않는 미활용 틈새 바람과 저속 저풍량의 바람에 의해 작동하도록 할 뿐만 아니라, 만약 바람의 영향으로 수평축날개(102)가 기둥(100)쪽으로 휘어져도 수직축날개(201)와 서로 간섭이 생기지 않고 작동할 수 있는 위치에 적절한 크기로 설치되며, 지면에 가까운 기둥 하부에서도 바람에 의해 수직축날개(201)가 회전 가능하도록 한다.
도 4은 도 2, 도 3에서 A-A 단면도로서, 제2수직축발전기(203)의 종단면도로 상기 기둥(100)의 원주면에 고정클램프(211) 및 클램프돌기(211a)로 각 수직축 날개(201)를 회전할 수 있도록 연결하는 수직축날개 연결장치(200)로 구성하되, 상기 제1수직축발전기(202)도 동일하게 구성된다.
상기 다수의 수직축날개(201)는 수직축날개(201)를 날개고정 플레이트(231)을 이용하여 날개고정휠(221)의 상,하면에 고정된다.
도 5를 참조하여 상기 수직축날개 연결장치(200)에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 기둥(100)에 상기 고정클램프(211) 및 클램프돌기(211a)에 연결되어 수직축 날개연결장치(200)를 지지할 수 있는 날개거치대(212)로 구성된다.
상기 수직축날개(201)의 일단에 결합된 상,하부 날개고정 플레이트(231a)(231b)가 상,하의 외부면에 결합되고 상,하의 내측면에 롤러베어링(213a)(213b)이 삽입되며 원주방향의 끝단에 영구자석(222)이 조립된 영구자석 고정휠(223)의 결속이 가능하도록 구비되어 날개거치대(212)의 상,하부에 체결 조립되는 날개고정휠(221a)(221b)로 구성된다.
여기서, 상기 날개거치대(212)는 원형으로서 원주 바깥쪽으로 일정 크기의"ㄷ"자형 홈(212c)이 원주 바깥방향으로 구비되고 홈 내면과 같은 곡율 반경을 갖는 동선코일박스(214)가 일정한 등간격으로 다수의 짝수개가 내장되고, 상기 동선코일박스(214)와 대응되는 위치에 영구자석(222)이 위치할 수 있도록 구비된 영구자석 고정휠(223)이 상기 날개거치대(212) 외주면을 감싸고 원형링 상태로, 상기 날개 고정휠(221a)(221b) 상,하의 안쪽 일단에 체결되도록 구성한다.
상기 영구자석 고정휠(223)은 상기 동선코일박스(214)와 대응되는 면이 개방된 'ㄷ'자형 홈(223a)으로 형성된 홈 안에 영구자석(222)이 고정되도록 하며,
상기 영구자석(222)은 영구자석 고정휠(223)의 "ㄷ"자형 홈(223a) 내면의 곡율 반경과 같은 곡면으로 형성하여 부착되며, 영구자석(222)은 S극과 N극을 서로 교차하여 상대하는 동선코일박스(214)와 같은 위치에 같은 수로 영구자석 고정휠(223)의 "ㄷ"자형 홈(223a)내부에 적정의 등간격으로 고정시키며 S극과 N극이 서로 대응하도록 위치 시킨다.
이와 같이 날개고정 휠(221a)(221b)과 영구자석 고정휠((223)에 고정된 다수개의 영구자석(222)의 N극과 S극이 상기 수직축날개(201)가 바람에 의해 회전할때 날개거치대(212)에 결속된 동선코일박스(214)와 교차하여 회전함에 따라 상기 각 동선코일박스(214)에 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 날개거치대(212)는 상,하부 각 외측면에 제1,제2 롤러베어링 삽입홈(212a)(212b)이 형성되고, 외측 일측면이 개방된 'ㄷ'자 형상의 코일박스홈(212c)을 형성하고, 그 내부에 동선코일박스(214)가 일정한 등간격의 짝수로 내장되고, 원주 바깥에 상대하여 설치되는 영구자석(222)과 상대 되도록 설치되며 상기 동선코일박스(214)에 권취된 동선코일의 일단을 상기 다른 동선코일박스의 동선코일과 전력 송출장치로 연결을 위한 동선코일 인출홀(212d)이 형성한다.
상기 제1,제2 롤러베어링 삽입홈(212a)(212b)을 따라 원주형으로 일정 간격 다수개의 롤러베어링이 삽입되므로 상기 날개고정휠(221a)(221b)의 회전 마찰력을 줄이도록 한다.
도 7을 참조하면, 상기 상,하부 날개고정휠(221a)(221b)은 상,하부 각 날개 고정휠(221a)(221b) 내측면에 상기 날개거치대(212)의 제1,제2롤러베어링 삽입홈(212a)(212b)에 대응되는 위치에 제3,제4롤러베어링 삽입홈(221c)(221d)이 형성되고, 형성된 롤러베어링 삽입홈과 날개거치대(212)의 롤러베어링 홈 사이에 롤러베어링(213a)(213b)를 조립시키고, 상기 상,하부 날개고정휠(221a)(221b)의 원주 외곽에 다수의 영구자석 고정휠(223)의 체결홀(221e)을 통해 볼트 및 너트를 이용하여 상기 영구자석 고정휠(223)을 체결 고정한다.
또한, 상,하부 날개고정휠(221a)(221b)의 상,하부에 수직축날개(201)의 일단에 결합된 날개고정 플레이트(231a)(231b)를 체결 고정하기 위한 다수의 볼트 홀(221f)을 형성하여 날개고정 플레이트(231a)(231b)를 날개고정휠(221a)(221b) 상,하단에 볼트로 결속시켜, 수직축날개(201)와 날개고정휠(221a)(221b)과 영구자석 고정휠(223)과 여기에 결속된 S과 N극의 영구자석(222)이 바람에 의하여 회전 할 수 있도록 하여 회전시 동선코일박스(214)에서 전류를 발생시켜 발전한다.
도 8을 참조하면, 영구자석 고정휠(223)은 상기 상,하의 날개고정휠(221a) (221b)의 원주의 외곽에 구비된 다수의 영구자석 고정휠 체결홀(221e)과 일치 되도록 볼트홀(221g)를 구비하여 상기 상,하의 날개고정휠(221a) (221b) 내측에 볼트 너트로 체결하여 결속되며, 영구자석 고정휠(223)의 원주방향 내측엔 S극과 N극의 영구자석(222)을 조립할 수 있도록 하였으며, 영구자석 고정휠(223)의 구조와 기능은 도 4의 설명과 동일하여 이를 참조한다.
도 9를 참조하면, 고정클램프(211)의 상세 구성도로서, 상기 기둥(100)의 외주면에 두 개로 분리된 고정클램프(211)를 이용하여 상기 수직축날개 연결장치(200)를 상기 기둥(100)에 고정 지지하며, 상기 고정클램프(211)의 내측면은 테프론시트(Teflon sheet)(221c)를 삽입하여 기둥(100)에 접착 고정하며, 외측면은 볼트/너트(211b)를 이용하여 탈착이 용이하도록 하고, 기둥(100)의 외면 기울기와 일치되는 기울기를 구비하여 기둥(100)과 체결이 용이하도록 하였다.
상기 고정클램프(211)는 필요에 따라 2개 또는 그 이상의 분리구성이 가능하며, 각 분리된 고정클램프(211)의 체결은 볼트/너트뿐만 아니라, 다양한 체결수단으로 구성이 가능하다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직축 발전기의 구성도로서, 상기 제1수직축발전기(202)는 수평축 풍력발전기(101) 직 하단부의 기둥(100)의 최 상단에 상기 기둥(100)과 상기 수평축날개(102)의 사이에 설치하여 수평축날개(102)의 회전에 따른 미활용 틈새 바람을 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 제1수직축날개(201a)는 바람이 저 풍속 상태에서도 회전이 가능 하므로, 수평축날개(102)를 회전시키지 못하는 풍향과 저 풍속일 경우에도 제1수직축날개(201a)가 회전할 수 있으므로 제1수직출발전기(202)를 통해 발전이 가능하게 된다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 수직축발전기의 구성도로서, 상기 제2수직축발전기(203) 및 제2수직축날개(201b)를 지면에 가까운 상기 기둥(100)의 하단에 설치하여, 저지대의 낮은 풍량으로도 상기 제2수직축발전기(203)를 통해 발전이 가능하게 된다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 수직축 풍력발전기의 구성도로서, 상기 도 9 및 도 10의 제2, 제3실시예에 따른 제1,제2수직축발전기(202)(203)를 각각 설치하여 상기 제1,제2수직축발전기(202)(203)가 독립적으로 운영되도록 한다.
즉, 기둥(100)의 상,하단 부의 서로 다른 바람조건에 각각 대응할 수 있도록 수직축 풍력발전기를 별도로 설치 함으로서 제1수평축 풍력발전기(101), 제1수직축 풍력발전기(202), 제2수직축 풍력발전기(203)를 설치하여 고도에 따라 다른 풍향, 풍량과 풍속에 각각 운영이 가능하도록 하였다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양축 풍력발전장치는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 수직축 풍력발전기의 개수나 위치 등은 설치 현장의 환경에 따라 변경이 가능하여 이 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (9)

  1. 수평축 날개의 구동에 의해 발전하는 수평축 풍력발전기와, 상기 수평축 풍력발전기와 같은 기둥에 부착된 다수의 수직축 날개의 구동에 의해 발전하는 수직축 풍력발전기로 이루어진 수평과 수직축의 양축 복합형 풍력발전장치에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 상기 기둥의 원주면에 다수의 수직축 날개가 결속되어 날개가 회전할 수 있도록 연결하는 수직축날개 연결장치를 구비하되,
    상기 수직축날개 연결장치는 상기 기둥에 고정클램프로 결합 고정된 날개 거치대와,
    상기 날개 거치대와 회전 가능하도록 연결된 상,하부 날개 고정휠과,
    상기 상,하부 날개 고정휠 내측에 고정된 영구자석 고정휠을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 양축 복합형　풍력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 날개 거치대와 상,하부 날개 고정휠은 다수의 롤러베어링으로 회전 가능하도록 연결되며,
    상기 날개 거치대는 상,하부 각 외측면에 제1,제2 롤러베어링 삽입홈이 형성되고,
    원주방향 외측 일측면이 개방된 홈의 내부에 동선코일박스가 내장되고,
    상기 동선코일박스의 동선코일의 일단을 상기 다른 동선코일박스와 전력송출장치로의 연결을 위한 동선코일 인출홀이 형성되고,
    상기 동선코일박스와 대응되는 위치에 영구자석이 구비되도록 한 영구자석 고정휠이 상기 날개 고정휠 내측에 결속된 것을 특징으로 하는 양축 복합형　풍력발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상,하부 날개 고정휠의 각 내측면은 상기 날개 거치대와의 롤러 베어링 회전 결합을 위한 제3,제4롤러베어링 삽입홈이 형성되고, 상기 상,하부 날개 고정휠의 각 외측면은 날개고정 플레이트가 각각 연결 고정된 것을 특징으로 하는 양축 복합형　풍력발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직축날개 연결장치는 상기 수직축 날개의 길이에 따라 적어도 하나의 수직축날개 연결장치로 구성된 것을 특징으로 하는 양축 복합형　풍력발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 적어도 하나가 상기 기둥의 원주면에 고정된 것을 특징으로 하는 양축 복합형　풍력발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 상기 수직축 날개를 하나로 형성하되, 상기 수평축 날개를 통과한 바람에 영향을 받는 기둥의 상부에 구비된 것을 특징으로 하는 양축 복합형 풍력발전장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 수직축 날개를 하나로 형성하되, 상기 수평축 날개를 통과한 바람에 영향을 받지 않는 기둥의 하부에 구비된 것을 특징으로 하는 양축 복합형 풍력발전장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 상기 수직축 날개를 하나로 형성하되, 상기 수평축 날개를 통과한 바람에 영향을 받는 상부부터 수평축 날개의 바람에 영향을 받지 않는 기둥의 하부까지 이어지는 하나의 수직축 날개로 형성된 것을 특징으로 하는 양축 복합형 풍력발전장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 수직축 풍력발전기는 상기 기둥 상,하부에 두 개의 수직축 풍력발전기를 형성하되,
    상기 상부 수직축 날개가 상기 수평축 날개를 통과한 바람에 영향을 받는 상기 기둥의 상부 위치에 구비된 제1수직축 풍력발전기; 및
    상기 하부 수직축 날개가 상기 수평축 날개의 바람에 영향을 받지 않는 상기 기둥의 하부 위치에 구비된 풍력발전기의 하단에 구비된 제2수직축 풍력발전기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 양축 복합형 풍력발전장치.
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