KR101161788B1 - 동일축 풍력 발전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 동일축 풍력장치는 풍력에 의해 회전하는 회전체와; 상기 회전체와 연결되는 중공의 입력축과, 상기 입력축을 통해 상기 회전체로부터 입력되는 회전속도를 증가시켜 출력하며 상기 입력축과 동축상으로 정렬되는 중공의 출력축을 구비하는 기어트레인과; 상기 기어트레인의 출력축과 동축으로 연결된 중공의 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하는 회전자를 구비한 발전기 및; 상기 기어트레인의 입력축과 출력축 및 발전기 회전축의 중공을 통해 상기 발전기와 회전체를 전기적으로 연결하여 전원을 공급하는 전선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전장치에 관한 것이다.
풍력 발전은 자연의 바람으로 풍차를 돌리고 이 풍차의 회전력을 이용하여 발전장치의 축을 돌려 발전을 하는 것으로 가장 경제적이고 환경친화적인 발전 방법으로 여겨진다.
이러한 풍력발전을 위한 풍력발전장치는 다양한 형태로 소개되고 있는데 가장 일반적인 형태로는 맞바람 형식의 수평축 풍력 발전장치를 들 수 있다.
맞바람 형식의 수평축 풍력 발전장치는, 날개의 회전축이 바람의 흐름에 평행인 수평축 풍력 발전장치(HAWT: Horizontal-Axis Wind Turbine)의 가장 일반적인 형태 중 하나로서, 날개가 동체의 후미에 배치되어 지나가는 바람을 맞이하는 뒷바람 형식(Downwind type)에 비하여 날개가 동체의 선단에 배치되어 불어오는 바람을 맞이하는 형식(Upwind type)의 발전장치이다.
이러한 맞바람 형식의 수평축 풍력 발전장치는, 보통 타워(tower)의 상단에 동체(nacelle)가 수직축을 중심으로 수평으로 회전가능하게 설치되고, 동체 선단의 허브(hub)에 하나 이상의 날개(blade)가 설치되고, 허브의 후방으로 즉, 동체의 내부로 회전축(rotor)이 설치되고, 상기 회전축 단부에 증속 기어트레인과 발전기가 순차 연결되는 형태로 구성된다.
첨부된 도면의 도 1은 종래의 풍력 발전장치의 구성의 일례를 나타낸 것으로, 풍력 발전장치의 회전축은 주축(15), 저속축(16), 출력축(17)으로 구성되는데, 이와 같은 회전축들은 도 1에 도시된 바와 같이 통상 평행축(Biaxial Type) 타입으로 연결된다.
이와 같이 회전축이 평행한 형태로 놓이는 가장 큰 이유로는 생산되는 전기 일부를 상기 허브(12) 내부로 공급하기 위함이다.
즉, 상기 풍력 발전장치의 초기 구동 등을 위해 상기 허브(12)와 발전기(14)를 전선(19)으로 연결하여 전기를 공급하여야 하는데, 이 때 상기 전선(19)은 기어트레인(13)의 저속축(16)과 주축(15) 부분에서는 코어부(core part)를 관통하여 연결하는 것이 가능하지만 상기 발전기(14) 부분에서는 외부로 연결해야하기 때문에 상기 풍력 발전장치의 회전축은 평행축 타입으로 구성되는 것이다.
상기 기어트레인(13)은 저속, 고토크, 고신뢰성, 그리고 고증속비와 고동력밀도를 요구하는 기술집약적 장치이다. 따라서 기어트레인(13)은 이에 유리한 유성기어유닛을 사용하고 있는 것이 통례이다.
그러나 상기와 같은 이유로 인해 평행축 타입으로 연결하는 경우 마지막 기어단에는 고증속비와 고동력밀도에 불리한 헬리컬기어유닛을 사용할 수밖에 없어 상기 풍력 발전장치의 동력밀도를 저해하는 문제점을 일으킨다.
또한 상기 기어트레인(13)과 발전기(14)가 별도의 구속수단으로 고정되어 있어서 외부 횡하중 및 토크 하중에 축 정렬오차가 심하게 발생하는 문제점을 가지고 있다.
또한 이와 같은 축정렬오차의 발생은 기어트레인 내부의 기어의 치면손상에 직접적인 영향을 주기 때문에 상기 풍력 발전장치의 신뢰성 저하의 주요인이 된다.
그리고 이와 같은 풍력 발전장치에 구비되는 기어트레인은 1~3단의 유성기어유닛들의 조합으로 이루어지며, 각각의 유성기어유닛은 유성기어 및 상기 유성기어의 연결요소인 선기어, 링기어, 캐리어로 구성된다.
하지만, 종래의 기어트레인에 구성되는 단순한 유성기어유닛들의 조합은 기어트레인은 높은 증속비를 요구하는 풍력발전용 기어트레인에 적합하지 않을 뿐만 아니라 기어트레인의 중량을 지나치게 가중시켜 풍력 발전장치의 신뢰성에 큰 문제점을 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 부피도 크고, 기대수명 또한 풍력 발전장치의 기대치에 미치지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 풍력 발전장치의 기어트레인과 발전장치의 회전축을 동일 축선상으로 연결할 수 있는 동일축 풍력 발전장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고동력, 저속, 고토크의 운전조건 아래 신뢰성을 보장할 수 있으며 기대수명 또한 충족할 수 있는 기어트레인을 갖는 동일축 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 동일축 풍력장치는 풍력에 의해 회전하는 회전체와; 상기 회전체와 연결되는 중공의 입력축과, 상기 입력축을 통해 상기 회전체로부터 입력되는 회전속도를 증가시켜 출력하며 상기 입력축과 동축상으로 정렬되는 중공의 출력축을 구비하는 기어트레인과; 상기 기어트레인의 출력축과 동축으로 연결된 중공의 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하는 회전자를 구비한 발전기 및; 상기 기어트레인의 입력축과 출력축 및 발전기 회전축의 중공을 통해 상기 발전기와 회전체를 전기적으로 연결하여 전원을 공급하는 전선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동일축 풍력 발전장치는 기어트레인과 발전기를 동일축으로 연결하여 줌으로써 풍력 발전장치의 총 중량을 감량할 수 있으며, 기어트레인과 발전기 간의 축정렬오차를 줄일 수 있어서 기어 치면 손상으로 인한 고장 확률을 줄일 수 있다.
또한, 풍력 발전장치 허브와 발전기와의 배선 연결을 기어트레인의 회전축 및 발전기의 회전축 관통공을 관통하는 배선파이프를 통해 연결하여 줌으로써 전선의 배선을 용이하게 할 수 있는 이점도 있다.
그리고, 풍력 발전장치의 기어트레인과 발전기를 일체형으로 형성할 경우, 풍력 발전장치의 제작 및 보수에 용이성을 얻을 수 있으며 제작 및 보수 비용을 절감할 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다.
이와 더불어 풍력 발전장치의 기어트레인의 마지막 기어단에 헬리컬기어유닛 대신 유성기어유닛을 사용함으로써 속도비를 효과적으로 높이며, 유성기어유닛 2개 내지 3개를 다양하게 연성시켜 동력분기를 극대화하여 풍력 발전장치의 동력밀도를 크게 개선시킬 수 있으며, 고동력, 저속, 고토크의 운전조건 아래 99% 이상의 신뢰성을 보장할 수 있고, 기대수명 또한 20년 이상을 충족할 수 있다.
도 1은 종래의 풍력 발전장치의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 기어트레인의 구성 중 직렬형 결합방식을 나타낸 개념도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 기어트레인의 구성 중 도 4의 직렬형 결합방식으로 된 기어트레인의 구성의 실시예들을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 기어트레인의 구성 중 후방연성형 결합방식을 나타낸 개념도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 기어트레인의 구성 중 도 9의 후방연성형 결합방식으로 된 기어트레인의 구성의 실시예들을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 기어트레인의 구성 중 전방연성형 결합방식을 나타낸 개념도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 기어트레인의 구성 중 도 12의 전방연성형 결합방식으로 된 기어트레인의 구성의 실시예들을 나타낸다.
도 17은 종래의 평행축 풍력 발전장치의 기어트레인 중 직렬형 기어트레인의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 18은 종래의 평행축 풍력 발전장치의 기어트레인 중 연성형 기어트레인의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 기어트레인의 구성 중 직렬형 결합방식을 나타낸 개념도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 기어트레인의 구성 중 도 4의 직렬형 결합방식으로 된 기어트레인의 구성의 실시예들을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 기어트레인의 구성 중 후방연성형 결합방식을 나타낸 개념도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 기어트레인의 구성 중 도 9의 후방연성형 결합방식으로 된 기어트레인의 구성의 실시예들을 나타낸다.
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도 17은 종래의 평행축 풍력 발전장치의 기어트레인 중 직렬형 기어트레인의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 18은 종래의 평행축 풍력 발전장치의 기어트레인 중 연성형 기어트레인의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 바람직한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 바람직한 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전장치의 구성을 나타낸 것으로, 본 발명의 풍력 발전장치(100)는 크게 회전체와 동체로 구성된다.
상기 회전체는 허브(120)와 상기 허브(120)에 방사상으로 연장되게 설치되는 복수개의 날개(110)로 구성된다. 여기서 상기 날개(110) 및 허브(120)는 통상의 풍력 발전장치에 사용되는 형태 그대로 적용할 수 있다. 상기 날개(110) 및 허브(120)의 구성 및 작동에 대해서는 이미 다양한 문헌을 통해 소개되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 동체는 크게 기어트레인(200)과 발전기(300) 그리고 케이스(미도시)로 구성된다.
상기 기어트레인(200)은 상기 회전체로부터 입력되는 회전속도를 고속으로 증속하기 위한 것이며, 상기 발전기(300)는 상기 기어트레인(200)에 의해 고속으로 증속된 회전력을 이용하여 회전자(310)(도 5참조)를 회전시킴으로써 전기를 생산하는 장치이다.
상기 발전기(300)는 발전기 회전축(320) 및 회전자(310)로 크게 구성된다. 상기 회전축(320)은 기어트레인(200)의 출력축(220)과 동축으로 연결되어 회전력을 전달받아 고속으로 회전한다. 그리고, 상기 회전자(310)는 상기 회전축(320)의 외측에 배치되며, 상기 회전축(320)이 고속으로 회전함에 따라 전기를 생산한다.
상기 기어트레인(200)은 상기 날개(110)의 저속 회전력을 고속으로 증속하기 위하여 상기 허브(120)의 중심부와 연결되어 회전하는 입력축(210)과, 상기 입력축(210)으로 입력된 회전력을 고속으로 증속하기 위한 유성기어유닛 및 상기 유성기어유닛에 의해 고속으로 증속된 회전력을 출력하는 출력단인 출력축(220)으로 구성된다.
상기 기어트레인(200)의 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220)은 동축상으로 연결되며, 상기 출력축(220)는 커플러(420)에 의해 발전기(300)의 회전자(310)(도 5참조)와 결합되어 있는 발전기 회전축(320)과 동축상으로 연결된다. 여기서, 상기 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220), 발전기 회전축(320)은 중심 축부분(Core Part)에 중공이 형성되어 축방향으로 관통하는 구조로 이루어지며 각각의 축들은 동축선 상에서 순차적으로 연결된다.
그리고, 상기 허브(120)에 발전기(300)의 전원을 공급하기 위한 전선(400)이 상기 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220), 발전기 회전축(320)의 중공부를 통해 허브(120)와 발전기(300)를 상호 전기적으로 연결한다. 상기 전선(400)은 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220), 발전기 회전축(320)의 중공부를 직접 관통하여 허브(120)와 발전기(300)를 연결할 수도 있지만, 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220), 발전기 회전축(320)의 중공부 내에 전선파이프(410)를 설치하고 이 전선파이프(410)를 통해 전선(400)을 연결함으로써 축들로부터 발생할 수 있는 회전 간섭을 미연에 방지하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 실시예의 풍력 발전장치는 기어트레인(200)과 발전기(300)가 서로 이격되게 설치된 구조로 이루어지지만, 도 3에 도시한 것과 같이 기어트레인(200)의 후방면에 발전기(300)를 일체로 고정시켜 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 발전기(300)의 회전축(320)은 기어트레인(200)의 출력축(220)에 커플러(미도시)와 같은 수단에 의해 서로 연결될 수도 있지만, 이와 다르게 출력축(220)과 발전기 회전축(320)이 일체형으로 만들어질 수도 있다. 물론, 이 두번째 실시예의 풍력 발전장치 역시 기어트레인(200)의 입력축(210)과 저속축(212), 중속축(215), 출력축(220)이 발전기(300)의 회전축(320)이 중공의 샤프트로 이루어져 서로 동축상으로 연결되고, 발전기(300)에 연결된 전선(400)이 각 축의 중공부를 통해 허브(120)에 연결되어 전원을 공급하여 허브(120)를 회동시킨다.
이와 같이 본 발명의 풍력 발전장치는 기어트레인(200)의 축과 발전기(300)의 회전축(320)이 동일 축선상으로 연결되고, 이렇게 연결된 축들을 통해 허브(120)와 발전기(300)를 연결하는 전선(400)이 설치되므로 풍력 발전장치의 총 중량을 감량할 수 있으며, 기어트레인과 발전기 간의 축정렬오차를 줄일 수 있어서 기어 치면 손상으로 인한 고장 확률을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 풍력 발전장치는 기어트레인(200)의 축들과 발전기(300)의 축들이 동일 축선상에서 직접 연결되기 때문에 종래의 헬리컬 기어단(미도시)이 불필요하며 이를 통해 풍력 발전장치의 중량을 감소할 수 있으며 동력밀도 또한 개선할 수 있는 이점이 있다. 이에 대해서는 아래의 기어트레인(200)의 구성에 대한 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
한편, 본 발명의 풍력 발전장치를 구성하는 기어트레인(200)은 선기어, 캐리어, 유성기어, 링기어로 이루어진 유성기어유닛들이 3단으로 구성된 구조로 이루어져 저속의 회전력을 고속으로 증속시킨다.
풍력발전기용 기어트레인은 통상적으로 고동력, 저속, 고토크의 운전조건 아래서 99% 신뢰성으로 20여년간의 수명시간이 요구된다. 설계 조건은 중형에서 대형에 이르기까지 매우 다양한데 통상의 유성기어유닛 조합으로는 이러한 조건에 부합시키는 것은 쉽지 않다.
따라서 본 발명은 3개의 유성기어유닛들을 적절히 조합하여 설계요구조건에 적합한 풍력발전기용 기어트레인의 구성들을 제시한다. 3개의 유성기어유닛으로 결합시키는 방식은 크게 3가지로 나눌 수 있는데, 유성기어유닛 3개를 직렬로 결합하는 직렬형(series) 결합방식, 두 번째와 세 번째 유성기어유닛을 연성시키어 결합하는 후방연성형(rear coupled) 결합방식, 첫 번째와 두 번째 유성기어유닛을 연성시키어 결합하는 전방연성형(front coupled) 결합방식이다.
(1) 직렬형 기어트레인
도 4는 직렬형 결합방식을 나타낸 개념도로서, 직렬형 기어트레인은 유성기어유닛 3개(PGU1, PGU2, PGU3)를 차례로 직렬로 연결시키는 방식이다. 즉, 직렬형 결합방식은 입력 주축(i)과 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 요소인 캐리어, 선기어, 링기어중 어느 하나(3 요소중 임의로 하나를 택함)를 연결하고, 다른 하나(이미 택한 어느 하나를 제외한 나머지 두 요소 중 임의의 하나를 의미함)는 케이스 고정 구조물과 연결하고, 나머지 하나(세 요소중 마지막 남은 하나를 의미함)는 제2유성기어유닛의 각각의 3 연결요소(캐리어, 선기어, 링기어) 중 어느 하나와 연결하며, 제2유성기어유닛의 다른 하나는 케이스 고정 구조물과 연결하고 나머지 하나는 제3유성기어유닛의 각각의 3 연결요소(캐리어, 선기어, 링기어) 중 어느 하나와 연결한다. 그리고, 제3유성기어유닛의 다른 하나는 케이스 고정 구조물과 연결하고 나머지 하나는 출력축(o)에 연결하여 전체를 구성하는 것이다.
하지만 이러한 구성 모두가, 총속도비(overall speed ratio ; 입력속도에 대한 출력속도의 비율)가 50 ~ 200 정도가 되는 높은 증속비를 갖는 풍력발전용 기어트레인으로서 유용한 것은 아니며 도 5 내지 도 8에 도시된 실시예들과 같은 구조들로 이루어지는 것이 바람직하다.
1) 직렬형 A타입
도 5는 직렬형 기어트레인의 첫번째 실시예로서, 제1유성기어유닛은 제1캐리어(231)와 제1유성기어(232), 제1링기어(233), 제1선기어(234)로 구성되며, 제2유성기어유닛은 제2캐리어(241)와 제2유성기어(242), 제2링기어(243), 제2선기어(244)로 구성된다. 그리고, 제3유성기어유닛은 제3캐리어(251)와 제3유성기어(252), 제3링기어(253), 제3선기어(254)로 구성된다.
상기 제1,2,3유성기어유닛들의 연결 관계를 살펴보면, 먼저 제1유성기어유닛은 제1캐리어(231)의 중심부가 입력축(210)과 고정되게 결합되며 제1캐리어(231)의 주변부에 형성된 복수개(예를 들어 3개)의 캐리어축(235)에 상기 제1유성기어(232)가 회전 가능하게 연결된다. 그리고, 상기 제1링기어(233)는 케이스(201)에 고정되며, 제1선기어(234)는 저속축(212)을 매개로 제2유성기어유닛의 제2캐리어(241)의 중심부와 연결된다. 상기 제1유성기어(232)는 상기 제1링기어(233)와 제1선기어(234)에 치합되어 제1선기어(234)에 회전력을 전달한다.
그리고, 제2유성기어유닛은 상기 제2캐리어(241)의 캐리어축(245)에 연결되어 있는 제2유성기어(242)들이 상기 케이스(201)에 고정되는 제2링기어(243)와 상기 제2선기어(244) 사이에서 치합되어 제2선기어(244)에 회전력을 전달하며, 상기 제2선기어(244)는 중속축(215)을 매개로 제3유성기어유닛의 제3캐리어(251)에 연결되어 회전력을 전달한다.
상기 제3유성기어유닛은 상기 제3캐리어(251)의 캐리어축(255)에 연결되어 있는 제3유성기어(252)들이 상기 케이스(201)에 고정되는 제3링기어(253)와 상기 제3선기어(254) 사이에서 치합되어 제3선기어(254)에 회전력을 전달하며, 상기 제3선기어(254)는 출력축(220)과 연결되어 출력축(220)을 회전시킨다.
상기 출력축(220)은 발전기(300)의 회전축(320)에 커플러(420)에 의해 연결되어 회전력을 전달한다.
이와 같이 구성된 직렬형 기어트레인은 다음과 같이 작동한다. 먼저, 입력축(210)이 회전하게 되면, 입력축(210)에 연결된 제1캐리어(231)가 회전하게 되고, 이에 따라 제1유성기어(232)들을 제1링기어(233)를 따라 회전하면서 제1선기어(234)에 회전력을 전달하게 되고, 제1선기어(234)와 저속축(212)과 제2캐리어(241)가 함께 회전하게 된다. 상기 제2캐리어(241)가 회전함에 따라 제2유성기어(242)들이 제2링기어(243)를 따라 회전하면서 제2선기어(244)를 회전시키게 된다. 상기 제2선기어(244)가 회전함에 따라 중속축(215) 및 이에 결합된 제3캐리어(251)가 회전하게 되고, 이에 따라 제3유성기어(252)가 제3링기어(253)를 따라 회전하면서 제3선기어(254) 및 출력축(220)에 회전력을 전달하게 된다.
상술한 것과 같이, 기어트레인(200)은 유성기어유닛들이 3단으로 구성되어 저속으로 입력되는 회전력을 고속으로 증속하여 상기 출력축(220)으로 출력한다.
2)직렬형 B타입
다음으로 도 6을 참조하여 직렬형 기어트레인의 두번째 실시예를 설명한다.
이 두번째 실시예의 직렬형 기어트레인은 전술한 첫번째 실시예의 직렬형 기어트레인과 비교하여 제1유성기어유닛과 제2유성기어유닛의 연결 구조는 동일하지만, 제3유성기어유닛의 제3링기어(253)가 케이스(201)에 고정되지 않고 중속축(215)에 결합되어 회전하는 링기어 연결부재(256)의 외주부에 고정되어 링기어 연결부재(256)와 함께 회전하며, 제3유성기어(252)가 케이스(201)에 고정된 캐리어축(255)에 결합되어 회전하고, 제3유성기어(252)가 제3링기어(253) 및 제3선기어(254)에 치합된 구조로 이루어진다.
따라서, 제2선기어(244)의 회전에 의해 중속축(215) 및 링기어 연결부재(256)가 회전하면, 링기어 연결부재(256)에 고정된 제3링기어(253)가 제3유성기어(252)들의 외측에서 회전하면서 제3유성기어(252)들을 회전시키고, 제3유성기어(252)들의 회전에 의해 제3선기어(254)가 회전하여 출력축(220)에 회전력이 전달된다.
3) 직렬형 C타입
그리고, 도 7은 직렬형 기어트레인의 세번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 세번째 실시예의 직렬형 기어트레인은 전술한 첫번째 실시예의 직렬형 기어트레인과 비교하여 제1,3유성기어유닛의 구성은 동일하나 제2유성기어유닛의 제2링기어(243)가 케이스(201)에 고정되지 않고 링기어 연결부재(246)의 외주부에 고정되어 링기어 연결부재(246)와 함께 회전하며, 제2유성기어(242)가 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 캐리어축(245)에 연결되어 회전하고, 제2유성기어(242)가 제2링기어(243) 및 제2선기어(244)에 치합된 구조로 이루어진다.
따라서, 제1선기어(234)의 회전에 의해 링기어 연결부재(246)가 회전하면, 링기어 연결부재(246)에 고정된 제2링기어(243)가 제2유성기어(242)들의 외측에서 회전하면서 제2유성기어(242)들을 회전시키고, 제2유성기어(242)들의 회전에 의해 제2선기어(244)에 회전력이 전달되어 중속축(215) 및 제3캐리어(251)가 회전하게 된다.
4) 직렬형 D타입
도 8에 도시한 네번째 실시예의 직렬형 기어트레인은 도 6과 도 7에 도시된 두번째 및 세번째 직렬형 기어트레인 실시예들을 혼합한 형태로, 제1유성기어유닛의 제1링기어(233)만 케이스(201)에 결합되고, 제2유성기어유닛의 제2링기어(243)와 제3유성기어유닛의 제3링기어(253)는 각각 저속축(212)에 연결된 링기어 연결부재(246) 및 중속축(215)에 연결된 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되어 링기어 연결부재(246, 256)들과 함께 회전하며, 제2유성기어(242) 및 제3유성기어(252)는 케이스(201) 내부에 고정된 캐리어플레이트(203)의 캐리어축(245) 및 케이스(201) 후방면의 캐리어축(255)에 각각 회전 가능하게 연결된 구조로 이루어진다.
(2) 후방연성형 기어트레인
도 9는 후방연성형 결합방식을 나타낸 개념도로서, 후방연성형 기어트레인은 유성기어유닛 3개 중 제1유성기어유닛(PGU1)을 입력축(i)과 연결하고, 제2,3유성기어유닛(PGU2, PGU3)을 서로 연성시키며, 제2유성기어유닛(PGU2)을 출력축(o)과 연결하여 결합시킨 방식이다. 좀 더 구체적으로는, 입력 주축(i)을 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어)중 어느 하나와 연결하고(선기어, 링기어, 캐리어) 제1유성기어유닛의 다른 하나는 케이스 고정 구조물과 연결한다. 그리고, 제2유성기어유닛(PGU2)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어)중 어느 하나와 제3유성기어유닛의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어)중 어느 하나를 서로 연결하고(결합1), 제2유성기어유닛(PGU2)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어)중 다른 하나와 제3유성기어유닛(PGU3)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어)중 다른 하나를 서로 연결하고(결합2), 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어) 중 나머지 하나를 상기 결합1에 연결하며(결합3), 제3유성기어유닛(PGU3)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어) 중 나머지 하나를 케이스 고정구조물과 연결하고 제2유성기어유닛(PGU2)의 세 연결요소(선기어, 링기어, 캐리어) 중 나머지 하나를 출력축(o)과 연결하여 전체를 구성하는 것이다.
하지만 이러한 구성 모두가, 총속도비(overall speed ratio ; 입력속도에 대한 출력속도의 비율)가 50 ~ 200 정도가 되는 높은 증속비를 갖는 풍력발전용 기어트레인으로서 유용한 것은 아니며 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
1) 후방연성형 A타입
도 10은 후방연성형 기어트레인의 첫번째 실시예를 나타낸다. 이하에서 설명하는 기어트레인들의 실시예(전방연성형 기어트레인의 실시예들도 마찬가지임)들에서도 제1선기어(234)와 제1유성기어(232), 제1링기어(233), 제1캐리어(231)들은 제1유성기어유닛의 구성요소이며, 제2선기어(244)와 제2유성기어(242), 제2링기어(243), 제2캐리어(241)는 제2유성기어유닛의 구성요소이고, 제3선기어(254)와 제3유성기어(252), 제3링기어(253), 캐리어축(255)은 제3유성기어유닛의 구성요소이다.
도 10에 도시된 후방연성형 기어트레인은 제1유성기어유닛의 제1캐리어(231)가 입력축(210)과 연결되고, 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 제1유성기어(232)들이 회전 가능하게 연결되며, 제1링기어(233)가 케이스(201)에 고정되고, 제1선기어(234)가 저속축(212)을 매개로 링기어 연결부재(246)와 결합된다. 그리고, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주면에 제2링기어(243)와 제3유성기어유닛의 제3링기어(253)가 함께 고정된다. 상기 제3링기어(253)는 상기 케이스(201)의 캐리어축(255)에 연결된 제3유성기어(252)들과 치합되며, 제3유성기어(252)들은 중속축(215)을 매개로 제2캐리어(241)에 연결된 제3선기어(254)들과 치합된다. 그리고, 상기 제2링기어(243)는 상기 제2캐리어(241)의 캐리어축(245)에 연결된 제2유성기어(242)들과 치합되며, 상기 제2유성기어(242)들은 출력축(220)과 결합되어 있는 제2선기어(244)에 치합된다.
이와 같이 구성된 후방연성형 기어트레인은 다음과 같이 작동한다.
입력축(210)이 회전하면, 이에 연결된 제1캐리어(231)가 회전하게 되고, 이에 따라 제1유성기어(232)가 제1링기어(233)의 내주부를 따라 공전 및 자전하면서 제1선기어(234)에 회전력을 전달한다. 상기 제1선기어(234)가 회전함에 따라 저속축(212) 및 링기어 연결부재(246)가 회전하게 되고, 링기어 연결부재(246)에 고정된 제2링기어(243) 및 제3링기어(253)가 회전하게 된다.
이 때, 제3링기어(253)는 제3유성기어(252)를 회전시켜 제3선기어(254)에 회전력을 전달하고, 제3선기어(254)의 회전에 의해 중속축(215) 및 제2캐리어(241)가 회전하게 된다. 이와 동시에 제2링기어(243)는 제2유성기어(242)들을 회전시키게 되고, 제2유성기어(242)는 제2선기어(244)에 회전력을 전달하여 출력축(220)을 회전시키게 된다.
2) 후방연성형 B타입
도 11은 후방연성형 기어트레인의 두번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 두번째 실시예에 따른 후방연성형 기어트레인은 전술한 첫번째 실시예의 후방연성형 기어트레인과 비교하여 제1,3유성기어유닛의 구성은 유사하나, 저속축(212)에 제2유성기어(242)가 연결된 제2캐리어(241)가 결합되고, 제2링기어(243)가 중속축(215)에 연결된 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되어 회전하며, 제2유성기어(242)는 상기 제2링기어(243) 및 제2선기어(244)에 치합된 구조로 이루어지고, 제3링기어(253)는 상기 제2캐리어(241)의 외주부에 고정된 연장부(247)에 결합되어 회전하는 구조로 이루어진다는 점에서 차이가 있다.
따라서, 제1선기어(234)가 회전하여 저속축(212) 및 제2캐리어(241)가 회전하게 되면, 제2유성기어(242) 및 제3링기어(253)가 제2캐리어(241)와 함께 회전하게 되고, 제3링기어(253)의 회전에 의해 제3유성기어(252)가 회전하여 제3선기어(254)에 회전력이 전달된다. 상기 제3선기어(254)에 회전력이 전달되면, 링기어 연결부재(256)가 회전하게 되고, 링기어 연결부재(256)에 결합되어 있는 제2링기어(243)가 회전하면서 제2유성기어(242)를 회전시키게 된다. 상기 제2유성기어(242)가 회전함에 따라 제2선기어(244)에 회전력이 전달되고, 출력축(220)이 회전하게 된다.
(3) 전방연성형 기어트레인
도 12는 전방연성형 결합방식을 나타낸 개념도로서, 전방연성형 기어트레인은 유성기어유닛 3개 중 제1,2유성기어유닛(PGU1,PGU2)을 서로 연성시키고, 제3유성기어유닛(PGU3)을 출력축(o)과 연결하여 결합시킨 방식이다.
구체적으로는, 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어)중 어느 하나와 제2유성기어유닛(PGU2)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어)중 어느 하나를 서로 연결하고(결합1), 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어)중 다른 하나와 제2유성기어유닛의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어)중 다른 하나를 서로 연결하고(결합2), 입력 주축(i)을 결합1과 연결한다. 그리고, 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어)중 나머지 하나를 케이스 고정 구조물과 연결하고, 제2유성기어유닛(PGU2)의 나머지 하나를 제3유성기어유닛(PGU3)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어) 중 어느 하나와 연결하고, 제3유성기어유닛(PGU3)의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어) 중 다른 하나를 케이스 고정 구조물에 연결하고, 제3유성기어유닛의 세 연결요소(링기어, 선기어, 캐리어) 중 나머지 하나를 출력축과 연결하여 전체를 구성한다.
하지만 이러한 구성 모두가, 총속도비(overall speed ratio ; 입력속도에 대한 출력속도의 비율)가 50 ~ 200 정도가 되는 높은 증속비를 갖는 풍력발전용 기어트레인으로서 유용한 것은 아니며 도 13 내지 16에 도시된 바와 같은 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
1) 전방연성형 A타입
먼저 도 13에 도시된 전방연성형 기어트레인의 첫번째 실시예를 설명한다.
도 13에 도시된 전방연성형 기어트레인은 제1유성기어유닛의 제1캐리어(231)의 중심부가 입력축(210)과 연결되고, 제1캐리어(231)의 외주부에 결합된 연장부(237)에 제2유성기어유닛의 제2링기어(243)가 결합된다. 상기 제1캐리어(231)의 중간부분에 형성된 캐리어축(235)에 제1유성기어(232)들이 회전 가능하게 연결되고, 상기 제1유성기어(232)들은 저속축(212)에 연결된 링기어 연결부재(246)의 외주부에 결합된 제1링기어(233) 및 중속축(215)에 연결된 제1선기어(234)에 각각 치합된다. 그리고, 상기 제2링기어(243)는 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 캐리어축(245)에 연결된 제2유성기어(242)들과 치합하여 제2유성기어(242)들을 회전시키며, 상기 제2유성기어(242)들은 링기어 연결부재(246)의 중심부에 저속축(212)을 매개로 결합되어 있는 제2선기어(244)와 치합된다.
상기 제1선기어(234)와 결합되어 있는 중속축(215)의 후단부는 링기어 연결부재(256)와 연결되고, 링기어 연결부재(256)의 외주부에 제3링기어(253)가 결합된다. 상기 제3링기어(253)는 케이스(201)의 후방면에 형성된 캐리어축(255)에 연결된 제3유성기어(252)들과 치합된다. 상기 제3유성기어(252)들은 출력축(220)과 결합되어 있는 제3선기어(254)와 치합되어 회전력을 전달한다.
상기와 같이 구성된 첫번째 실시예에 따른 전방연성형 기어트레인은 다음과 같이 작동한다.
입력축(210)이 회전하면, 이에 연결된 제1캐리어(231)가 회전하게 되고, 이에 따라 제1유성기어(232) 및 제2링기어(243)가 회전하게 된다. 상기 제2링기어(243)는 제2유성기어(242)를 회전시켜 제3선기어(254)에 회전력을 전달하고, 제3선기어(254)의 회전에 의해 저속축(212) 및 링기어 연결부재(246)가 회전하게 된다. 상기 링기어 연결부재(246)의 회전에 의해 제1링기어(233)는 제1유성기어(232)들에 회전력을 전달하게 되고, 제1유성기어(232)는 제1선기어(234)에 회전력을 전달하여 중속축(215)을 회전시키게 된다.
상기 중속축(215)이 회전함에 따라 중속축(215)과 고정된 링기어 연결부재(256)가 회전하게 되고, 이에 따라 제3링기어(253)가 제3유성기어(252)를 회전시키고, 제3유성기어(252)의 회전력이 제3선기어(254)에 전달되어 출력축(220)이 회전하게 된다.
2) 전방연성형 B타입
도 14는 전방연성형 기어트레인의 두번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 두번째 실시예에 따른 전방연성형 기어트레인은 전술한 첫번째 실시예의 전방연성형 기어트레인과 비교하여 제1,2유성기어유닛의 연결구조는 유사하나, 중속축(215)이 제3유성기어유닛의 제3캐리어(251)와 결합되고, 제3링기어(253)는 케이스(201)에 고정되며, 제3캐리어(251)에 연결된 제3유성기어(252)들이 상기 제3링기어(253) 및 제3선기어(254)와 치합되는 구조로 이루어진 점에서 차이가 있다.
따라서, 제1선기어(234) 및 중속축(215)의 회전에 의해 제3캐리어(251)가 회전하게 되면, 제3유성기어(252)들이 제3링기어(253)의 내주부를 따라 공전 및 자전하면서 제3선기어(254)에 회전력을 전달하여 출력축(220)을 회전시키게 된다.
3) 전방연성형 C타입
도 15는 전방연성형 기어트레인의 세번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 세번째 실시예의 전방연성형 기어트레인은 입력축(210)에 링기어 연결부재(236)가 결합되고, 상기 링기어 연결부재(236)의 외주부에 제1링기어(233) 및 제2링기어(243)가 함께 결합되어 회전하는 구조로 이루어진다. 상기 제1링기어(233)는 제1캐리어(231)의 외주부에 회전 가능하게 연결된 제1유성기어(232)들과 치합되며, 제2링기어(243)는 케이스(201)의 캐리어플레이트(203)의 캐리어축(245)에 연결된 제2유성기어(242)에 치합되어 회전력을 전달한다. 상기 제1선기어(234)가 중속축(215)을 매개로 링기어 연결부재(256)와 연결되며, 링기어 연결부재(256)의 외주부에 제3링기어(253)가 고정되고, 케이스(201)에 고정된 캐리어축(255)에 연결된 제3유성기어(252)가 제3링기어(253) 및 제3선기어(254)와 치합되어 출력축(220)에 회전력을 전달한다.
4) 전방연성형 D타입
도 16은 전방연성형 기어트레인의 네번째 실시예를 나타낸 것으로, 제1,2유성기어유닛의 연결 구조는 전술한 세번째 실시예의 전방연성형 기어트레인과 동일하며, 제3유성기어유닛의 연결 구조는 전술한 두번째 실시예의 전방연성형 기어트레인과 동일하다.
즉, 이 실시예의 기어트레인은, 케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 링기어 연결부재(236)와, 상기 링기어 연결부재(236)의 외주면에 결합된 함께 회전하는 제1링기어(233) 및 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 캐리어축(245)에 연결되어 회전하며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 후단부가 상기 제2선기어(244)와 결합되어 회전하는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 전단부에 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제1링기어(233)와 치합되어 회전하는 복수개의 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)들과 치합되어 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 연결되어 제1선기어(234)와 함께 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제3캐리어(251)와, 상기 제3캐리어(251)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)에 고정되어 상기 제3유성기어(252)들과 치합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)로 구성된다.
(4) 성능비교
이하에서는 전술한 것과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동일축 풍력 발전장치(100)와 종래의 평행축 풍력 발전장치의 구성 및 성능을 비교한 결과에 대하여 설명하기로 한다. 종래의 평행축 풍력 발전장치 중 직렬형은 도 17에 도시한 것과 같이 유성기어유닛(13a, 13b) 2개를 직렬로 연결하고 마직막 단을 헬리컬기어유닛(13c)으로 연결한 타입을 적용하고, 연성형은 도 18에 도시한 것과 같이 유성기어유닛(13a, 13b) 2개를 서로 연성시키고, 마지막 단에 헬리컬기어유닛(13c)을 연결한 타입을 적용하였다. 도 17 및 도 18에서 미설명부호 14 및 17은 각각 발전기 및 출력축을 나타낸다.
표 1,2,3은 AGMA2001 과 ISO281 기준으로 기어박스 경량화 최적설계한 결과이다. 기어의 재질은 브릿넬 경도 700으로 사용하였고 기어치 굽힘/면압강도의 수명계수는 신뢰도 99.99%에서 20년으로 정하였다. 유성기어유닛 한 개당 수명시간은 99.9%에서 20년이상이 되도록 설계한 것이다.
| 기어트레인 총중량(톤) | |||||||||
| 동력(MW) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 평행축 | 직렬형 | 8.8 | 20.1 | 36.4 | 59.7 | 97.7 | 161.3 | 287.8 | - |
| 연성형 | 9.3 | 20.9 | 38.4 | 63.9 | 105.1 | 174.8 | 340.0 | - | |
| 동일축 | 직렬형-A | 9.4 | 17.6 | 28.0 | 43.1 | 64.3 | 98.2 | 165.5 | 385.7 |
| 직렬형-B | 8.1 | 16.8 | 28.8 | 44.0 | 67.3 | 104.7 | 180.3 | 419.2 | |
| 직렬형-C | 8.8 | 18.3 | 29.8 | 46.4 | 72.6 | 115.3 | 194.4 | 433.9 | |
| 직렬형-D | 8.4 | 18.0 | 31.3 | 49.3 | 78.9 | 123.4 | 210.8 | 523.2 | |
| 후방연성형-A | 8.7 | 17.5 | 28.6 | 43.2 | 64.4 | 100.3 | 169.9 | 386.7 | |
| 후방연성형-B | 7.9 | 16.3 | 27.7 | 42.3 | 64.9 | 100.9 | 175.4 | 416.9 | |
| 전방연성형-A | 7.6 | 16.4 | 28.6 | 45.5 | 70.7 | 114.9 | 195.5 | 437.1 | |
| 전방연성형-B | 7.0 | 16.6 | 30.8 | 49.1 | 71.0 | 100.9 | 131.9 | 166.2 | |
| 전방연성형-C | 8.2 | 17.4 | 29.9 | 46.6 | 72.2 | 112.3 | 189.3 | 408.0 | |
| 전방연성형-D | 8.9 | 18.1 | 30.0 | 45.3 | 68.7 | 105.7 | 177.3 | 390.1 | |
표 1은 종래의 평행축 형태로 구성되는 풍력발전장치와 본 발명의 바람직한 실시예 10가지에 대한 동일축 풍력 발전장치(100)의 총중량을 설계 모의 실험을 통해 비교한 결과로서 본 실험에 따르면 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 동일축 풍력 발전장치(100)의 총중량이 종래의 풍력발전 장치에 비해 총 중량 감량 효과가 15~30% 정도 있는 것으로 나타났다. 특히 동력이 높을수록 더 효과적임을 알 수 있다.
| 동력밀도 (KW/ton) | |||||||||
| 동력(MW) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 평행축 | 직렬형 | 113.1 | 99.7 | 82.5 | 67.0 | 51.2 | 37.2 | 24.3 | |
| 연성형 | 107.6 | 95.8 | 78.1 | 62.6 | 47.6 | 34.3 | 20.6 | ||
| 동일축 | 직렬형-A | 106.6 | 113.8 | 107.1 | 92.7 | 77.7 | 61.1 | 42.3 | 20.7 |
| 직렬형-B | 124.0 | 119.2 | 104.3 | 90.9 | 74.3 | 57.3 | 38.8 | 19.1 | |
| 직렬형-C | 113.6 | 109.5 | 100.5 | 86.2 | 68.9 | 52.0 | 36.0 | 18.4 | |
| 직렬형-D | 119.3 | 111.3 | 95.7 | 81.2 | 63.4 | 48.6 | 33.2 | 15.3 | |
| 후방연성형-A | 114.6 | 114.2 | 104.9 | 92.7 | 77.7 | 59.8 | 41.2 | 20.7 | |
| 후방연성형-B | 126.1 | 122.3 | 108.5 | 94.6 | 77.0 | 59.5 | 39.9 | 19.2 | |
| 전방연성형-A | 131.3 | 122.1 | 104.9 | 87.9 | 70.7 | 52.2 | 35.8 | 18.3 | |
| 전방연성형-B | 143.8 | 120.5 | 97.5 | 81.4 | 70.5 | 59.5 | 53.1 | 48.1 | |
| 전방연성형-C | 121.5 | 114.7 | 100.3 | 85.9 | 69.3 | 53.4 | 37.0 | 19.6 | |
| 전방연성형-D | 111.9 | 110.3 | 99.9 | 88.3 | 72.8 | 56.7 | 39.5 | 20.5 | |
표 2는 종래의 평행축 형태로 구성되는 풍력발전장치와 본 발명의 바람직한 실시예 10가지에 대한 동일축 풍력 발전장치(100)의 동력밀도를 설계 모의 실험을 통해 비교한 결과로서, 본 실험에 따르면 표에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 동일축 풍력 발전장치(100)의 동력밀도가 종래의 풍력발전 장치에 비해 동력 2MW 이상의 경우에 동력밀도가 26.0~42% 로 향상된 것으로 나타난다. 동력이 높을수록 동력밀도는 상대적으로 더 증가함을 알 수 있다.
| 수명시간 (yr) | |||||||||
| 동력(MW) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 평행축 | 직렬형 | 21.7 | 20.6 | 19.6 | 18.8 | 24.4 | 22.2 | 20.8 | - |
| 연성형 | 21.3 | 20.1 | 19.3 | 18.4 | 24.0 | 22.2 | 20.3 | - | |
| 동일축 | 직렬형-A | 46.7 | 24.4 | 22.6 | 25.0 | 25.4 | 27.7 | 20.8 | 19.1 |
| 직렬형-B | 24.6 | 28.8 | 21.8 | 25.0 | 22.8 | 24.0 | 19.8 | 19.0 | |
| 직렬형-C | 21.9 | 26.0 | 27.3 | 26.8 | 21.9 | 20.3 | 19.5 | 19.0 | |
| 직렬형-D | 28.2 | 23.1 | 25.3 | 23.4 | 22.9 | 21.4 | 19.2 | 20.2 | |
| 후방연성형-A | 46.7 | 38.9 | 37.8 | 23.0 | 28.0 | 23.8 | 20.2 | 19.3 | |
| 후방연성형-B | 26.8 | 25.1 | 25.1 | 21.6 | 27.3 | 21.8 | 20.3 | 19.0 | |
| 전방연성형-A | 19.0 | 22.4 | 21.8 | 20.3 | 20.8 | 21.3 | 19.8 | 20.8 | |
| 전방연성형-B | 27.8 | 24.5 | 21.5 | 21.3 | 20.8 | 21.1 | 20.3 | 20.3 | |
| 전방연성형-C | 24.4 | 19.9 | 19.6 | 21.8 | 21.3 | 23.2 | 19.8 | 19.1 | |
| 전방연성형-D | 46.5 | 25.9 | 22.8 | 22.3 | 21.6 | 21.5 | 20.2 | 19.1 | |
표 3에 수록된 수명시간은 99.0% 신뢰도에서 얻어진 기어트레인 전체에 대한 수명시간이다. 이것은 상기 설계 모의실험에서 미리 설정된 설계기준인 유성기어유닛 한 개당 수명시간을 99.9%에서 20년이상이 되도록 한 것에 대한 결과로서 평행축 모델과 동일축 모델이 모두 20년 기준을 만족하는 것을 알 수 있다. 따라서 표 1과 표2의 상대비교는 공정하다.
| 외곽직경 (m) | |||||||||
| 동력(MW) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 평행축 | 직렬형 | 1.5 | 1.9 | 2.3 | 2.6 | 3.0 | 3.6 | 4.9 | |
| 연성형 | 1.4 | 1.9 | 2.2 | 2.5 | 2.9 | 3.9 | 5.6 | ||
| 동일축 | 직렬형-A | 1.5 | 1.9 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.1 | 3.6 | 5.4 |
| 직렬형-B | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.2 | 3.6 | 5.7 | |
| 직렬형-C | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.2 | 3.6 | 5.7 | |
| 직렬형-D | 1.4 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.2 | 4.0 | 6.5 | |
| 후방연성형-A | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.8 | 3.1 | 3.6 | 5.4 | |
| 후방연성형-B | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.7 | 3.2 | 3.6 | 5.7 | |
| 전방연성형-A | 1.4 | 1.8 | 2.1 | 2.4 | 2.7 | 3.1 | 3.8 | 5.7 | |
| 전방연성형-B | 1.4 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.7 | 3.0 | 3.2 | 3.5 | |
| 전방연성형-C | 1.5 | 1.8 | 2.2 | 2.5 | 2.9 | 3.2 | 3.6 | 5.5 | |
| 전방연성형-D | 1.6 | 1.9 | 2.2 | 2.5 | 2.9 | 3.2 | 3.7 | 5.3 | |
표 4는 종래의 평행축 형태로 구성되는 풍력발전장치와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동일축 풍력 발전장치(100)의 외곽직경을 설계 모의 실험을 통해 비교한 결과로서 본 실험에 따르면 표 4에 나타난 바와 같이 동력에 따라 편차가 있긴 하지만 본 발명에 따른 동일축 풍력 발전장치(100)가 종래의 풍력발전 장치에 비해 외곽직경이 10%에서 17%까지 감소되는 것으로 나타난다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그러므로 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 동일축 풍력 발전장치 110: 날개 120: 허브
200: 기어트레인 201: 케이스 203: 캐리어플레이트
210: 입력축 212: 저속축 215: 중속축
220: 출력축 231: 제1캐리어 232: 제1유성기어
233: 제1링기어 234: 제1선기어 235: 캐리어축
236: 링기어 연결부재 241: 제2캐리어 242: 제2유성기어
243: 제2링기어 244: 제2선기어 245: 캐리어축
246: 링기어 연결부재 251: 제3캐리어 252: 제3유성기어
253: 제3링기어 254: 제3선기어 255 : 캐리어축
256 : 링기어 연결부재 300: 발전기 310: 발전기 회전축
400: 전선 410: 전선파이프
200: 기어트레인 201: 케이스 203: 캐리어플레이트
210: 입력축 212: 저속축 215: 중속축
220: 출력축 231: 제1캐리어 232: 제1유성기어
233: 제1링기어 234: 제1선기어 235: 캐리어축
236: 링기어 연결부재 241: 제2캐리어 242: 제2유성기어
243: 제2링기어 244: 제2선기어 245: 캐리어축
246: 링기어 연결부재 251: 제3캐리어 252: 제3유성기어
253: 제3링기어 254: 제3선기어 255 : 캐리어축
256 : 링기어 연결부재 300: 발전기 310: 발전기 회전축
400: 전선 410: 전선파이프
Claims (15)
- 풍력에 의해 회전하는 회전체(110, 120)와;
상기 회전체와 연결되는 중공의 입력축(210)과, 상기 입력축을 통해 상기 회전체로부터 입력되는 회전속도를 증가시켜 출력하며 상기 입력축과 동축상으로 정렬되는 중공의 출력축(220)을 구비하는 기어트레인(200)과;
상기 기어트레인의 출력축과 동축으로 연결된 중공의 회전축(320)과, 상기 회전축에 결합되어 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하는 회전자(310)를 구비한 발전기(300)및;
상기 기어트레인의 입력축과 출력축 및 발전기 회전축의 중공을 통해 상기 발전기와 회전체를 전기적으로 연결하여 전원을 공급하는 전선(400)을 포함하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제1항에 있어서, 상기 발전기(300)는 기어트레인(200)의 후방면에 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기어트레인은 선기어와 링기어 및 캐리어를 구성요소로 갖는 제1유성기어유닛(PGU1)과 제2유성기어유닛(PGU2) 및 제3유성기어유닛(PGU3)을 차례로 직렬로 연결시킨 직렬형 기어트레인으로서, 입력축(210)을 제1유성기어유닛(PGU1)의 세 구성요소중 어느 하나와 연결하고 제1유성기어유닛(PGU1)의 다른 한 구성요소를 기어트레인의 케이스에 고정된 고정구조물과 연결하며 제1유성기어유닛(PGU1)의 나머지 한 구성요소를 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소 중 어느 하나와 연결하며, 제2유성기어유닛(PGU2)의 다른 한 구성요소를 케이스의 고정구조물과 연결하고 나머지 한 구성요소는 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 어느 하나와 연결하고, 제3유성기어유닛(PGU3)의 다른 한 구성요소를 케이스 고정 구조물과 연결하고 나머지 한 구성요소를 출력축(220)에 연결한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제3항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제2캐리어(241)와, 상기 제2캐리어(241)의 일측에 형성된 복수개의 축(257)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제2유성기어(242)들과 치합되는 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합하여 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 전단부가 상기 제2선기어(244)와 고정되게 결합되며 상기 저속축(212)과 동축선상에 배치되는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제3캐리어(251)와, 상기 제3캐리어(251)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)에 고정되어 상기 제3유성기어(252)들과 치합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제3항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제2캐리어(241)와, 상기 제2캐리어(241)의 일측에 형성된 복수개의 축(257)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제2유성기어(242)들과 치합되는 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합하여 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 전단부가 상기 제2선기어(244)와 고정되게 결합되며 상기 저속축(212)과 동축선상에 배치되는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(256)와, 상기 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)와 치합되어 회전하는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제3항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(246)와, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주부에 고정되는 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합하여 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 전단부가 상기 제2선기어(244)와 고정되게 결합되며 상기 저속축(212)과 동축선상에 배치되는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제3캐리어(251)와, 상기 제3캐리어(251)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)에 고정되어 상기 제3유성기어(252)들과 치합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제3항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(246)와, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주부에 고정되는 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합하여 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 전단부가 상기 제2선기어(244)와 고정되게 결합되며 상기 저속축(212)과 동축선상에 배치되는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(256)와, 상기 링기어 연결부재(256)의 외주부에 고정되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)와 치합되어 회전하는 복수개의 제3유성기어(252)와,상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기어트레인은 선기어와 링기어 및 캐리어를 구성요소로 갖는 제1유성기어유닛(PGU1)과 제2유성기어유닛(PGU2) 및 제3유성기어유닛(PGU3) 중 제1유성기어유닛(PGU1)을 입력축과 연결하고, 제2,3유성기어유닛(PGU2, PGU3)을 서로 연성시키며, 제2유성기어유닛(PGU2)을 출력축과 연결하여 결합시킨 후방연성형 기어트레인으로서, 입력축(210)을 제1유성기어유닛(PGU1)의 구성요소 중 어느 하나와 연결하고 제1유성기어유닛(PGU1)의 다른 한 구성요소를 기어트레인의 케이스의 고정구조물과 연결하며, 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소 중 어느 하나를 제3유성기어유닛의 구성요소 중 어느 하나와 서로 연결시키고(결합1), 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소 중 다른 하나와 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 다른 하나를 서로 연결하며(결합2), 제1유성기어유닛(PGU1)의 구성요소 중 나머지 하나를 결합1과 연결하며, 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 나머지 하나를 케이스와 연결하고 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소 중 나머지 하나를 출력축과 연결한 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제8항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(246)와, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주부에 결합되는 제2링기어(243) 및 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)에 형성되는 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)와 치합되어 회전하는 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제3유성기어(252)와 치합되어 회전력을 전달받는 제3선기어(254)와, 후단부가 상기 제3선기어(254)와 결합되어 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 전단부에 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제2캐리어(241)와, 상기 제2캐리어(241)에 형성된 복수개의 캐리어축(245)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제2선기어(244)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제8항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전가능하게 연결되는 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)에 고정되며 상기 제1유성기어(232)와 치합되는 제1링기어(233)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)와 치합하여 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 고정되게 결합되며 상기 입력축(210)과 동축선상에 배치되는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 후단부에 고정되게 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제2캐리어(241)와, 상기 제2캐리어(241)의 외주부에 결합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)에 형성되는 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)와 치합되어 회전하는 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제3유성기어(252)와 치합되어 회전력을 전달받는 제3선기어(254)와, 후단부가 상기 제3선기어(254)와 결합되어 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 전단부에 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(256)와, 상기 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되어 제3캐리어(251)와 함께 회전하는 제2링기어(243)와, 상기 제2캐리어(241)에 형성된 복수개의 캐리어축(245)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제2링기어(243)에 치합되어 회전하는 복수개의 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제2선기어(244)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기어트레인은 선기어와 링기어 및 캐리어를 구성요소로 갖는 제1유성기어유닛(PGU1)과 제2유성기어유닛(PGU2) 및 제3유성기어유닛(PGU3) 중 제1,2유성기어유닛(PGU1, PGU2)을 서로 연성시키고, 제3유성기어유닛(PGU3)을 출력축과 연결하여 결합시킨 전방연성형 기어트레인으로서, 제1유성기어유닛(PGU1)의 구성요소 중 어느 하나와 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소중 어느 하나를 서로 연결하고(결합1), 제1유성기어유닛(PGU1)의 구성요소중 다른 하나와 제2유성기어유닛(PGU2)의 구성요소 중 다른 하나를 서로 연결하고(결합2), 입력축(210)을 결합1과 연결하며, 제1유성기어유닛(PGU1)의 구성요소중 나머지 하나를 기어트레인의 케이스의 고정구조물과 연결하고, 제2유성기어유닛(PGU2)의 나머지 하나를 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 어느 하나와 연결하고, 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 다른 하나를 케이스와 연결하고, 제3유성기어유닛(PGU3)의 구성요소 중 나머지 하나를 출력축과 연결한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제11항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)의 외주면에 결합된 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 후단부가 상기 제2선기어(244)와 결합되어 회전하는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 전단부에 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(246)와, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주부에 결합되어 함께 회전하는 제1링기어(233)와, 상기 제1캐리어(231)의 중간부분에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제1링기어(233)와 치합되어 회전력을 전달받는 복수개의 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)들과 치합되어 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 연결되어 제1선기어(234)와 함께 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(256)와, 상기 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되어 함께 회전하는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 후방면에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)에 치합되어 회전하는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제3유성기어(252)와 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제11항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)의 외주면에 결합된 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 후단부가 상기 제2선기어(244)와 결합되어 회전하는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 전단부에 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(246)와, 상기 링기어 연결부재(246)의 외주부에 결합되어 함께 회전하는 제1링기어(233)와, 상기 제1캐리어(231)의 중간부분에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제1링기어(233)와 치합되어 회전력을 전달받는 복수개의 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)들과 치합되어 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 연결되어 제1선기어(234)와 함께 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제3캐리어(251)와, 상기 제3캐리어(251)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)에 고정되어 상기 제3유성기어(252)들과 치합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제11항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 링기어 연결부재(236)와, 상기 링기어 연결부재(236)의 외주면에 결합된 함께 회전하는 제1링기어(233) 및 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 후단부가 상기 제2선기어(244)와 결합되어 회전하는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 전단부에 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제1링기어(233)와 치합되어 회전하는 복수개의 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)들과 치합되어 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 연결되어 제1선기어(234)와 함께 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 링기어 연결부재(256)와, 상기 링기어 연결부재(256)의 외주부에 결합되어 링기어 연결부재(256)와 함께 회전하는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 후방면에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제3링기어(253)에 치합되어 회전하는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제3유성기어(252)와 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
- 제11항에 있어서, 상기 기어트레인은,
케이스(201)와, 상기 입력축(210)과 결합되어 회전력을 전달받는 링기어 연결부재(236)와, 상기 링기어 연결부재(236)의 외주면에 결합되어 함께 회전하는 제1링기어(233) 및 제2링기어(243)와, 상기 케이스(201)에 고정된 캐리어플레이트(203)의 복수개의 캐리어축(245)에 연결되며 상기 제2링기어(243)와 치합되어 회전하는 제2유성기어(242)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제2유성기어(242)와 치합되어 회전력을 전달받는 제2선기어(244)와, 후단부가 상기 제2선기어(244)와 결합되어 회전하는 중공의 저속축(212)과, 상기 저속축(212)의 전단부에 결합되어 저속축(212)과 함께 회전하는 제1캐리어(231)와, 상기 제1캐리어(231)에 형성된 복수개의 캐리어축(235)에 회전 가능하게 연결되며 상기 제1링기어(233)와 치합되어 회전하는 복수개의 제1유성기어(232)와, 상기 케이스(201)의 중심부에서 상기 제1유성기어(232)들과 치합되어 회전력을 전달받는 제1선기어(234)와, 전단부가 상기 제1선기어(234)와 연결되어 제1선기어(234)와 함께 회전하는 중공의 중속축(215)과, 상기 중속축(215)의 후단부에 고정되게 결합되어 중속축(215)과 함께 회전하는 제3캐리어(251)와, 상기 제3캐리어(251)에 형성된 복수개의 캐리어축(255)에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 제3유성기어(252)와, 상기 케이스(201)에 고정되어 상기 제3유성기어(252)들과 치합되는 제3링기어(253)와, 상기 케이스(201)의 중심에서 상기 제3유성기어(252)들과 치합되어 회전력을 전달받으며 상기 출력축(220)과 고정되게 결합되는 제3선기어(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동일축 풍력 발전장치.
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| JP2001304094A (ja) | 2000-04-18 | 2001-10-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 増速機付き風力発電装置 |
| JP2006329106A (ja) | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Inaba Denki Seisakusho:Kk | 風力発電装置 |
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2010
- 2010-09-16 KR KR1020100091151A patent/KR101161788B1/ko not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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| KR20120029202A (ko) | 2012-03-26 |
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