JP2007528464A

JP2007528464A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2007528464A
Application number: JP2006545244A
Authority: JP
Inventors: ジャン，ギル−フン
Original assignee: ジャン，ギル−フン
Priority date: 2003-12-27
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2007-10-11
Also published as: KR100535991B1; WO2005064155A1; EP1704326A1; CN1898470A; US20070147998A1; KR20050067354A; RU2006127169A

Abstract

本発明は風力発電装置に関するもので、その目的は風が弱い地域でも円滑な電気発電が可能であり、風の強さによって風を受ける面積を調節できるようにして台風や突風による損壊を防止できる風力発電装置を提供することである。
本発明は、多数のアングルが縦横に配列されて構成される鉄塔が地面に固定され、この鉄塔の上部に支持板が設けられる一方、上記支持板の上部に多数の帆構造物が備えられた動力発生手段が設けられ風力を利用して電気発電をする風力発電装置において、上記動力発生手段は、支持板の横方向中心線と所定の傾斜を有し、この横方向中心線を基に相互対称構造に設置される一方、チェーンにより相互連結される多数の帆構造物が等間隔に設置され、帆構造物に作動する風力によって動力を発生するように一対の動力発生手段が設けられ、上記一対の動力発生手段から発生された動力を集めるように二つの動力発生手段と動力伝達チェーンによって連結された補助スプロケットが支持板に備えられ、この補助スプロケットと回転軸が駆動チェーンにより連結され回転軸を通じて発電機へ動力を伝達することによって電気発電ができるように構成された風力発電装置に関するものをその技術的要旨とする。

Description

本発明は、風力発電装置に関するもので、より詳しくは、多数の帆構造物をチェーンで連結して風によって夫々の帆構造物から発生される動力を集めて発電させることによって、弱い風力でも大きい動力が得られる風力発電装置に関するものである。

一般的に風車は、地球上無制限に発生・消滅する風力を利用して必要な動力を発生させる装置であって、風力により揚力を受けて回転する少なくとも一つの翼を備えて形成される。

一方、この風車の翼は、弱い風力でも揚力を発生する機能を有すると共に、強い風力により損壊されず、持続的に円滑に回転できる構造でなければならない。つまり、風車の翼は、弱い風力でも揚力を発生させるために広い面積に形成されなければならず、強い風力により損壊されないために狭い面積に形成されなければならない。このように風車の翼は、相反される２つの条件を同時に満たさなければならない。

従来のプロペラ型発電機は、発電容量に比べて体積が大きく空間を占め、発電機と羽根車などを高く設置するため施設費がかかる上に整備が難しく、強風から風力発電機を保護しにくい問題があった。

更に、プロペラの構造上、電力を発生させるためには最小限の風速が５−６ｍ／ｓｅｃ以上の時のみ発電ができるので、風が比較的弱く風向が頻繁に変わる地形では満足できる程度の発電効果が得られない上に、その重心が高くて海洋構造物に設置しにくく、台風や突風の際に風力塔やプロペラが損傷される問題があった。

従って、船舶に設置される帆に類似な構造の帆構造物を利用した風力発電装置が一部用いられているが、風力に損傷しやすい構造である問題がある。

本発明は、上記の従来の問題点を解決するためのもので、その目的は風が弱い地域でも円滑な電気発電を可能にし、風の強さによって風を受ける面積を調節できるようにして、台風や突風による損壊を防止できる風力発電装置を提供することにある。

上記の目的を達成し、従来の問題を解決するための本発明は、多数のアングルが縦横に配列されてなる鉄塔が地面に固定され、この鉄塔の上部に支持板が設けられ、上記支持板の上部に多数の帆構造物が備えられた動力発生手段が設置される一方、上記の動力発生手段に備えられた駆動軸と動力伝達チェーンにより連結され、動力発生手段から発生された動力により回転する補助スプロケットが上記支持板に設けられ、この補助スプロケットと駆動チェーンに連結され、発電機に動力を伝達する回転軸が備えられ、風力を利用して電気発電をする風力発電装置において、上記動力発生手段は多数の支持ロッドによって支持板に固定されたベースフレームとこのベースフレームの垂直上方に位置したカバーフレームの間にベースフレームとカバーフレームを連結する駆動軸と多数の柱及びガイド軸が順次的に設置され、上記駆動軸とガイド軸及び柱を取り囲む閉曲線形状に垂直方向に対して等間隔を有する多数のガイドレールが柱に固定され、ギヤードモータ及びコイルスプリングにより風圧作用面積が調節される多数の帆構造物が、ガイドレール内に備えられたスプロケットチェーンにより連結され、風力によりガイドレールに沿って移動し、スプロケットチェーン及びこれにかみ合われた駆動軸のスプロケットを回転し、上記動力発生手段が支持板の横方向中心線と所定の傾斜を有し、この横方向中心線を基に相互対称構造を有するように二つの動力発生手段が設置され、駆動軸及び動力伝達チェーンを通じて発生された動力を補助スプロケットへ伝達するように構成されたことを特徴とする。

上記帆構造物は、チェーンに一側端がヒンジ結合された多数の横方向パイプ及びこの多数の横方向パイプを垂直方向に連結する多数の縦方向パイプからなるフレームと、上記フレームの最上段及び最下段に位置した横方向パイプの両端から前方に延長するように設置された軸固定ブラケット及び連結軸固定ブラケットと、上記連結軸固定ブラケットにより両端が支持された連結軸の両端に設置された第１スプロケットと、上記軸固定ブラケットにより両端が支持されたドラムと、上記ドラムの上下部へ延長された固定軸に設置され、第１スプロケットとチェーンにより連結される第２スプロケットと、上記ドラムの上段部に位置した第２スプロケットを貫通して延長される固定軸に設置され、その一側端が第１、２スプロケットを連結するチェーンに固定されたコイルスプリングと、上記ドラムの下段部に位置する第２スプロケットを貫通して延長される固定軸に連結されてドラムを回転させるギヤードモータと、上記横方向パイプの後方に一側が固定され、他側にガイドレールと接する多数のローラーが備えられた支持ブラケットと、上記ドラムに一側端が固定されてドラムに巻かれ、連結手段により上・下辺がフレームの最上段及び下段部に位置した横方向フレームに連結し案内され、他側端に上・下辺を連結する固定ロッドが備えられた帆と、上記固定ロッドとチェーンを連結する連結ワイヤからなり、上記ギヤードモータへ電気を供給するための電源供給装置が動力発生手段に設置されて構成されることを特徴とする。

上記鉄塔の上部縁に沿って円形に設置された円形レールに接触し回転運動をする多数のローラーが備えられた制動ブロックが支持板の底面に設置され、上記制動ブロックに駆動モーターが設置され、上記駆動モーターとチェーンギア及びチェーンにより連結され回転する制動軸が制動ブロックに設置され、上記制動軸の回転方向により前方または後方に移動し、円形レールと接触するように制動軸とネジ結合されるブレーキライニングが制動ブロックに設置され構成されることを特徴とする。

上記連結手段は、横方向パイプの内部に設置され一側端がドラムに固定され、その他側端が横方向パイプの端部に設置された案内プーリーを通じて第１スプロケットと同軸上に位置した巻プーリーに固定されたワイヤロープと、上記ワイヤロープにかかってワイヤロープに沿って横方向パイプ内部で移動するリングと、上記１リングに一側端が連結され、その他側端が横方向パイプの外部へ突出され帆に備えられた帆リングと連結されるコネクターで構成され、横方向パイプに沿って帆を案内するように構成されたことを特徴とする。

上記連結手段は、横方向パイプに設置され、底面または上面に横方向に延長されるガイド溝が形成されたガイドブロックと、上記帆に一側端が固定され、他側端がチャックの歯のように大きなサイズに形成され、ガイド溝に挿入される多数の突起が備えられたガイド部材からなることを特徴とする。

上記ガイドレールの外側面の下段部に帆構造物の垂れを防止する垂れ防止部が一体型に形成され、上記垂れ防止部の上面で回転運動をする第１支持ローラー及びガイドレールの内部で回転運動をする第２支持ローラーが帆構造物に設置されてなることを特徴とする。

上記電源供給装置は、動力発生手段を取り囲むレール形状で、外部から電気を供給される電源供給レールと、上記電源供給レールと接触して回転運動をする電源供給ローラーが備えられ、帆構造物に固定され帆構造物と共に移動して帆構造物へ電源を供給する電源供給部を含めてなることを特徴とする。

上記フレームの最上段に位置した横方向フレームに、相互等間隔を有するように固定された多数のリミットスイッチと、上記チェーンに設置され帆が巻いたり巻き出す際、多数のリミットスイッチと順次的に接触して帆の巻き出す程度を感知する接触ブロックと、上記リミットスイッチから発生されるスイッチング信号を受信して帆の巻き出す程度を認識する一方、多数のリミットスイッチが備えられた風力感知手段により感知された風圧と帆の巻き出す程度を比べて、ギヤードモータを制御する制御部を含めて構成されることを特徴とする。

上記二つの動力発生手段の前方から動力発生手段の間に吹く風向を、動力発生手段の外側に位置した帆構造物へ誘導するように動力発生手段の間の前方に設置される風向誘導板を含めてなることを特徴とする。

上記風力感知手段は、多数の翼が備えられて風力により回転軸を中心に回転する少なくとも一つの回転ファンと、上記回転ファンの回転軸とベルト及びプーリーにより連結され、回転ファンの回転力を利用してオイルタンク内のオイルを吐き出すポンプと、上記ポンプから供給されるオイルが下段部から詰まる垂直管形状であって、供給されるオイルにより浮遊し上昇するピストンが備えられ、上段部にオイルタンクと連結されるドレイン管が備えられたシリンダーと、上記ポンプによりシリンダーへ供給されるオイルの圧力を調節する圧力制御バルブと、上記ピストンに設置されたピストンロッド及びこのピストンロッドに連結された支持柱によりピストンと連結され、ピストンと連動して上下移動する第１、２信号発生ブロックと、上記ピストンロッドの上段部に設置され、ピストンに所定の圧力を加える錘と、上記支持柱と平行設置された支持棒に設置され第１、２信号発生ブロックの移動時に第１、２信号発生ブロックの位置により信号を発生する多数のリミットスイッチと、上記支持柱と平行に設置された四角ロッドに設置され、第１、２信号発生ブロックの上下移動を案内するローラーからなることを特徴とする。

本発明は多数の帆を利用して弱い風でも円滑な電気発電をすることはもとより、より多量の電気発電が可能であり、風の強さによって風圧作用面積を自動に制御することによって、台風や突風による装置の損壊を防止できるなどの効果がある。

以下、本発明の実施例を添付の図面に従って詳しく説明する。

図１は、本発明の構成を示す側面例示図であり、図２は、本発明による制動ブロックの構造を示す平面例示図であり、図３は、本発明の構成を示す平面例示図であり、図４は、本発明による動力発生手段の構成を示す平面例示図であり、図５は、本発明による帆構造物の構成を示す正面例示図である。図６は、本発明による帆構造物の構成を示す平面例示図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線による断面例示図であり、図８は、本発明による連結手段の構成を示す平面例示図であり、図９及び図１０は、本発明による連結手段の他構成を示す例示図である。図１１は、風向感知手段の構成を示す正面例示図であり、図１２は、風向感知手段の構成を示す平面例示図であり、図１３は、風力感知手段の構成を示す正面例示図であり、図１４は、風力感知手段のリミットスイッチの設置状態を示す例示図であり、図１５は、風力感知手段の第１、２信号発生ブロックの支持構造を示す平面例示図を示したものである。本発明は風力により動力を発生するように多数の帆構造物２００が備えられた一対の動力発生手段１００、１００’が支持板７００の上部に設置され、二つの動力発生手段１００、１００’から発生された動力を利用して電気発電をする。

上記動力発生手段は、鉄塔６００の上段部に設置された支持板７００に固定されており、この鉄塔６００は、動力発生手段を地面から高いところに位置させてより大きな風力を得るためのもので、多数のアングルが縦横に配列され、複数の単位鉄塔を連結して構成することもできる。

支持板７００は、鉄塔６００の上部に設置され、動力発生手段を支持する一方、風向によって動力発生手段を回転させるもので、図１及び図２のように鉄塔６００の上部に円形に設置された円形レール６１０と接触して回転運動をする多数のローラー７１１が備えられた制動ブロック７１０が支持板７００の底面に設置され、制動ブロック７１０に駆動モーター７１２が設置され、駆動モーター７１２とチェーンギア７１３、７１４及びチェーン７１５により連結されて、回転する制動軸７１６が制動ブロック７１０に設置され、制動軸７１６の回転方向によって前方または後方に移動し、円形レール６１０と接触するように制動軸７１６とネジ結合されるブレーキライニング７１７が制動ブロック７１０に設置され、下記の風向感知手段８００による信号発生時に駆動モーター７１２が作動して制動軸７１６を回転させると、制動軸７１６とネジ結合されたブレーキライニング７１７が前方に移動して円形レール６１０の外周面に密着することによって支持板７００の回転を拘束する。

上記動力発生手段は風力を利用して動力を発生させるもので、図３のように支持板７００の横方向中心線Ｓ１を基に相互対称構造を有するように、２つの動力発生手段１００、１００’が支持板７００の上部に設置され、この一対の動力発生手段１００、１００’は前方から後方に行くほどその間隔が広がる構造で、支持板７００に固定されてある。

動力発生手段１００、１００’の間の前方には風向誘導板１０００が設置され、この風向誘導板１０００は動力発生手段１００、１００’または支持板に固定され、動力発生手段１００、１００’と共に回転するように設置され、動力発生手段１００、１００’の前方から動力発生手段１００、１００’の間へ吹く風を動力発生手段の外側に備えられた帆構造物へ誘導して発電効率を高める一方、動力発生手段１００、１００’の内側で帆構造物が巻かれる際に風により急に巻かれることによって、発生される振動が減少できる構成である。

２つの動力発生手段１００、１００’は対称構造ではあるが同一構成であるため、一つの動力発生手段を通じてその構成を説明する。

動力発生手段１００、１００’は、図１、３、４のように垂直方向に対して高さが異なり、相互平行状態を維持するベースフレーム１０１及びカバーフレーム１０２を備え、ベースフレーム１０１が多数の支持ロッド１０６によって支持板７００の上部に固定されてある。

ベースフレーム１０１とカバーフレーム１０２の間には駆動軸１０３とガイド軸１０４及び多数の柱１０５が設置され、ガイド軸１０４及び多数の柱１０５は二つのフレーム１０１、１０２を連結して固定する反面、駆動軸１０３は両端が二つのフレーム１０１、１０２に夫々支持され回転できるように構成される。更に、駆動軸１０３の下部には帆構造物２００により発生された動力を伝達するための動力伝達チェーン７３０、７４０が連結される駆動スプロケット１０７が備えられている。

一方、ガイド軸１０４と多数の柱１０５にはガイドレール１１０が設置され、このガイドレール１１０は図４及び図５のように駆動軸１０３とガイド軸１０４及び多数の柱１０５を取り囲む形状であって、垂直方向に対して等間隔に多数設置され、その内部にスプロケットチェーン１２０が設置される一方、このスプロケットチェーン１２０にかみ合うスプロケット１０３’が駆動軸１０３上に設置される。ガイドレール１１０の外側面の下段部には帆構造物２００の垂れを防止する垂れ防止部１１１が一体型に形成される。

帆構造物２００はガイドレール１１０に備えられたスプロケットチェーン１２０に沿って多数が等間隔に設置され、風力によりスプロケットチェーン１２０をガイドレール１１０内部で回転させて駆動軸１０３を通じて動力を発生させるもので、図５及び図６のようにガイドレール１１０に備えられたスプロケットチェーン１２０にフレーム２１０がヒンジ結合され、このフレーム２１０に帆２７０が設置される一方、風力により帆２７０を巻いたり巻き出すことができるギヤードモータ２５０とコイルスプリング２６０が備えられている。

フレーム２１０は、スプロケットチェーン１２０にヒンジ結合される多数の横方向パイプ２１１、２１２、２１３と、多数の横方向パイプ２１１、２１２、２１３を連結する多数の縦方向パイプ２１４からなり、スプロケットチェーン１２０にヒンジ結合された横方向パイプ２１１、２１２、２１３の後方には、フレーム２１０の逆方向回転を防止するための支持ブラケット２２０が設置されている。つまり、支持ブラケット２２０は、図６のように一側端が横方向パイプ２１１、２１２、２１３に固定され、その他側端にガイドレール１１０の外面に接触して回転運動をする多数のローラー２２１が備えられた“Ｌ”状に形成され、スプロケットチェーン１２０によりガイドレール１１０に沿って移動するフレーム２１０を円滑に移動させ、風が吹く方向とフレーム２１０の移動方向が同一の場合、フレーム２１０、すなわち帆構造物２００が巻き出した状態を維持し、風向と逆方向に移動する時は巻いた状態を維持する。

横方向パイプ２１１、２１２、２１３には第１、２支持ローラー２１８が備えられ、第１支持ローラー２１８はガイドレール１１０の垂れ防止部１１１と接触して回転運動をし、第２支持ローラー２１９はガイドレール１１０の内部で回転運動するように設置され帆構造物２００の円滑な回転と共にフレーム２１０が荷重により垂れることを防止する。

一方、フレーム２１０の最上段及び最下段に位置した横方向パイプ２１１、２１２の端には帆構造物２００の前方へ延長される軸固定ブラケット２１５と連結軸固定ブラケット２１６がそれぞれ設置され、この軸固定ブラケット２１５に帆２７０が巻くドラム２４０が設置され、連結軸固定ブラケット２１６に連結軸２３４が設置されている。

つまり、軸固定ブラケット２１５によりドラム２４０の両端が支持され、このドラム２４０の上下部に延長された固定軸２４１に第２スプロケット２３１が設置され第１スプロケット２３０とチェーン２８０により連結され、ドラム２４０が第２スプロケット２３１を貫通して上下部に延長される固定軸２４１にギヤードモータ２５０とコイルスプリング２６０に連結される。

コイルスプリング２６０はドラム２４０の上部に位置した第２スプロケット２３１を貫通して延長された固定軸２４１に設置され、その一側端が第１、２スプロケットを連結するチェーン２８０に固定される。このようにチェーン２８０に一側端が固定されたコイルスプリング２６０はギヤードモータ２５０が前方向に回転し、後述する帆２７０がドラム２４０に巻かれるときに延長され緊張状態を維持し、以後ギヤードモータ２５０が逆方向に回転するとコイルスプリング２６０が縮むと同時にチェーン２８０を引っ張って帆２７０を巻き出す。

帆２７０は、上下辺に相互等間隔を有する多数の帆リング２７２が備えられ、この帆リング２７２が連結手段３００によってフレーム２１０に連結される一方、一側端がドラム２４０に固定され、他側端には上下辺を連結する固定ロッド２７１が設置されている。

帆２７０の端に設置された固定ロッド２７１と、第１、２スプロケットを連結するチェーン２８０を連結ワイヤ２９０で結んで、帆２７０が巻いたり巻き出す際にチェーン２８０も一緒に移動する。

連結手段３００は、図７及び図８のようにフレーム２１０と帆２７０を連結する一方、ドラム２４０により帆２７０が巻いたり巻き出す際、帆２７０をフレーム２１０に沿って円滑に移動するもので、フレーム２１０の最上段及び下段に位置した横方向パイプ２１１、２１２の内部にワイヤロープ３１０が設置され、このワイヤロープ３１０の一側端がドラム２４０に固定され、その他側端が横方向パイプ２１１、２１２に設置された案内プーリー２３２を通じて、第１スプロケット２３０と同軸上に位置した巻プーリー２３３に固定され巻かれる。ここで横方向パイプ２１１、２１２の内部に設置されたワイヤロープ３１０が、ドラム２４０と巻プーリー２３３に連結されるために、横方向パイプ２１１、２１２の側面一部分が切開され開放される。

巻プーリー２３３は、横方向フレーム２１１、２１２に備えられた連結軸固定ブラケット２１６に両端が支持された連結軸２３４に設置され、第１スプロケット２３０と共に回転する。尚、ドラム２４０と第１、２スプロケット２３０、２３１及び巻プーリー２３３は同一直径を有して同回転比率で回転する。

一方、ワイヤロープ３１０には多数のリング３２０がかかっており、この多数リング３２０にはコネクター３３０の一側端が連結され、このコネクター３３０の他側端が帆２７０に備えられた帆リング２７２に連結され、帆２７０とフレーム２１０を連結するように構成されており、この際リング３２０と連結されたコネクター３３０が横方向パイプ２１１、２１２の外部で帆リング２７２に連結されるよう横方向パイプ２１１、２１２には長方向に延長されたガイド溝２１７が形成されている。

一方、上記とは別の構造の連結手段として、図９及び図１０のようにガイド溝３４１が形成されたガイドブロック３４０が横方向パイプ２１１、２１２、２１３に設置され、ガイド溝３４１に挿入されて移動する多数の突起３５１が備えられたガイド部材３５０が帆２７０に設置され、帆２７０が巻いたり巻き出す際、フレーム２１０に沿って帆２７０が円滑に移動するように構成することもできる。

つまり、ガイドブロック３４０は横方向パイプ２１１、２１２、２１３の上段または下段に位置させ、底面または上面に横方向に延長されるガイド溝３４１が形成され、ガイド部材３５０は普段使用されるチャックに類似な構造であって、一側端が帆２７０に裁縫で固定され、その他側端にチャックの歯のような形状を有する多数の突起３５１が形成され、帆２７０が巻いたり巻き出す時に、ガイド部材３５０の突起３５１がガイド溝３４１に沿って移動して帆と共に移動する。

一方、ギヤードモータ２５０へ電気を供給するための電源供給装置４００が、動力発生手段１００、１００’に設けられ、この電源供給装置４００は動力発生手段１００、１００’の駆動軸１０３と柱１０５及びガイド軸１０４を取り囲むレール形状であって、外部から電気を供給される電源供給レール４１０と、電源供給レール４１０に接触して回転運動をする電源供給ローラー４２０が備えられた電源供給部４３０が帆構造物２００に固定され、ガイドレール１１０に沿って移動する帆構造物２００のギヤードモータ２５０へ電源を供給する。

一方、ギヤードモータ２５０及び駆動モーター７１２を天気条件によって制御して最適の電気発電条件を具現するために、風向感知手段８００及び風力感知手段５００が備えられ、この風向感知手段８００及び風力感知手段５００は、風力発電装置が設置された地形により風速及び風向の測定が用意な場所に設置される。

風向感知手段８００は図１１及び図１２のように風向表示器８１０を有し、この風向表示器８１０が連結された軸８２０の途中には第１カムプレート８３０が一体に付着され、軸８２０と共に回転し、第１カムプレート８３０の外周一側に電気的信号を発生する第１リミットスイッチ８４０が設置される。第１カムプレート８３０には第１リミットスイッチ８４０と接触する突出カム８５０が形成される。

このように構成された風向感知手段８００は、支持板の回転により一対の動力発生手段が風向と対向する状態になると、第１リミットスイッチ８４０と突出カム８５０が接触され、スイッチング信号を発生し、この信号により駆動モーター７１２が作動してブレーキライニング７１７を前進させることによって、支持板７００の回転を拘束する。

風力感知手段５００は、図１３及び図１４のように風力により回転するように多数の翼が備えられた少なくとも一つの回転ファン５１０と、回転ファン５１０とベルト５１４及びプーリー５１２、５１３により連結され、回転ファン５１０の回転速度と連動して作動することによって、オイルタンク５３０のオイルを吐き出すポンプ５２０と、ポンプ５２０から吐き出すオイルにより浮遊されるピストン５４１が内部に備えられて垂直に設置され、オイルタンク５３０と連結されるドレイン管５４２が上段部に備えられたシリンダー５４０と、ポンプ５２０によりシリンダー５４０へ供給されるオイルの圧力を調節する圧力制御バルブ５７０と、ピストン５４１のピストンロッド５４３と平行にピストンロッド５４３に連結された支持柱５５０に設置され、ピストン５４１と連動して上下に移動する第１、２信号発生ブロック５５１、５５２と、支持柱５５０と平行に設置された支持棒５６０に設置され、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の移動時に、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の位置により信号を発生して、風力の強さを検出する第１、２、３、１’、２’、３’リミットスイッチ５８１、５８２、５８３、５９１、５９２、５９３からなる。

回転ファン５１０は、別の動力源なしに風力のみで回転されるので、風力の強さによって回転速度が決まり、この回転ファン５１０の回転軸５１１とベルト５１４及びプーリー５１２、５１３により連結され作動するポンプ５２０は、回転ファン５１０の回転速度によりその作動速度が決定される。

一方、回転軸５５１に設置されたプーリー５１２は少なくとも２つのポンプと連結可能に少なくとも２つのプーリー溝が形成される。

ポンプ５２０により吐き出されシリンダー５４０へ流入されるオイルの量は、回転ファン５１０の回転速度及び圧力制御バルブ５７０の設定値により決定され、このようにシリンダー５４０へ流入されるオイルによりピストン５４１が上昇し、このピストン５４１とピストンロッド５４３及び支持柱５５０により連結された第１、２信号発生ブロック５５１、５５２が、ピストン５４１の上昇距離ほど上昇する。

一方、ピストンロッド５４３の上部には錘５４４が設置され、この錘５４４は風力が弱くなって回転ファンの回転速度が低下される場合、ピストン５４１に所定の圧力をかけて、シリンダー５４０へ供給されたオイルが圧力制御バルブ５７０を通じてタンク５２０へ排出されるようにして、ピストン５４１を下降させる。

図面中の説明のない符号５３１は濾過器である。

ピストンロッド５４３及び支持柱５５０により上昇する第１、２信号発生ブロック５５１、５５２が、ピストン５４１と共に円滑に上下に移動できるよう、図１５のように支持柱５５０と隣接したところには支持柱５５０と平行に四角ロッド５５３が設けられ、この四角ロッド５５３に結合され移動するローラー５５４が第１、２信号発生ブロック５５１、５５２に連結され、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の上下移動時ローラー５５４が四角ロッド５５３に沿って移動し、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２を支持する。

上記と同一構造のローラー５５４’が支持柱５５０の上段部と四角ロッド５５３を連結するように設けられ支持柱５５０をガイドする。

ピストン５４１と共に移動する第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の位置により支持棒５６０に設けられたリミットスイッチが信号を発生する。

一方、第１、２信号発生ブロック５６０は支持柱５５０に設けられ共に移動するが、図１４のように異なる方向に向かって設置され、その端が相反の方向に傾く傾斜面を有し、第１、２、３リミットスイッチ５８１、５８２、５８３は第１信号発生ブロック５５１に対応するように設置され、第１’、２’、３’リミットスイッチ５９１、５９２、５９３は第２信号発生ブロック５５２に対応するように設置されている。

第１、２信号発生ブロック５５１、５５２は異なる方向に向けて設置される一方、その端が相反の方向に傾く傾斜面を有し、ピストン５４１の上昇時には第１信号発生ブロック５５１が第１、２、３リミットスイッチ５８１、５８２、５８３と接触し、帆を巻く信号を発生し、ピストン５４１の下降時には第２信号発生ブロック５５２が第１’、２’、３’リミットスイッチ５９１、５９２、５９３と接触して帆を巻き出す信号を発生するように構成され、それぞれリミットスイッチから発生されるスイッチング信号は制御部９００へ伝達される。

一方、最上段に位置した第３リミットスイッチ５８３による信号発生時には、台風や突風のように風が非常に強い時で、この場合、帆２７０はドラム２４０に完全に巻かれ、シリンダー５４０へ供給されるオイルはドレイン管５４２を通じてオイルタンク５３０へ排出される。

上記帆構造物を構成するフレーム２１０を構成する横方向パイプ２１１には、図６及び図１４のように帆を巻き出す程度を検出するための多数のリミットスイッチ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄが等間隔に設けられ、帆が巻いたり巻き出す際、この多数のリミットスイッチ２０１と順次的に接触する接触ブロック２０２がスプロケットチェーン１２０に設置され、リミットスイッチ２０１から発生されたスイッチング信号が制御部９００へ伝達される。

風力感知手段５００に備えられたリミットスイッチ５８１、５８２、５８３、５９１、５９２、５９３と帆構造物２００に備えられたリミットスイッチ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄから発生されたスイッチ信号を利用して制御部は風力によってギヤードモータ２５０を制御することによって、帆構造物の損壊なしで円滑な電気発電が可能になる。

上記のように構成された風力発電装置の作用を詳細に説明する。

本発明による風力発電装置は風が吹くと、帆構造物２００を通じて風力を受け、この際、多数の帆構造物２００が備えられた動力発生手段１００、１００’は、支持板７００及び円形レール６１０により風に順応する方向に旋回し、この時、風向感知手段８００により発生された信号により駆動モーター７１２が作動され、ブレーキライニング７１７が円形レール６１０に密着されて支持板７００の回転を拘束する。

一方、動力発生手段１００、１００’の外側に位置した帆構造物２００は、支持ブラケット２２０により風力を受けるように巻き出す状態を維持し、動力発生手段１００、１００’の内側に位置した帆構造物２００’は、逆にヒンジ点Ｐを中心に回転して巻いた状態を維持する。

動力発生手段１００、１００’の外側に巻き出した状態を維持する多数の帆構造物２００に風力が作用すると、帆構造物２００は後方に押されてガイドレール１１０に沿って移動し、この際、多数の帆構造物２００がスプロケットチェーン１２０により連結されるため、スプロケットチェーン１２０にかみ合われた駆動軸１０３を回転させる。

駆動軸１０３が回転すると、この駆動軸１０３と動力伝達チェーン７３０、７４０により連結された補助スプロケット７２０が回転し、この補助スプロケット７２０は再び駆動チェーン７５０により回転軸７６０に連結され回転軸７６０を回転させ、補助スプロケット７２０は二つの動力発生手段１００、１００’に夫々備えられた駆動軸１０３に連結され、夫々の動力発生手段１００、１００’に発生された動力を集めて回転軸７６０へ伝達する。

回転軸７６０に伝達された動力により回転軸７６０が回転し、この回転軸７６０に連結されたベベルギア７７０及び増速機７８０を通じて発電機７９０へ動力を伝達して電気を発電する。

一方、帆構造物２００に備えられた帆２７０は、風力の強さによって巻いたり巻き出して、風圧作用面積を調節する。つまり、風の強さが変化したときに、風力感知手段５００はこれを感知して風力によって段階的な電気的信号を発生し、この信号と帆構造物２００に備えられたリミットスイッチ２０１から発生された信号を制御部９００で組み合わせて風の強さによってギヤードモータ２５０が作動してドラム２４０を回転させる。

例えば、帆２７０が完全に巻き出した状態で風が強くなって回転ファン５１０の速度が速くなる場合、オイルポンプ５２０によってシリンダー５４０へ供給されるオイル量が増加されるので、ピストン５４１は上昇し、ピストン５４１の上昇に連動して第１、２信号発生ブロック５５１、５５２が上昇し、この際、第１リミットスイッチ５８１は第１信号発生ブロック５５１と当たって信号を発生させ、このスイッチング信号が制御部９００へ伝達されギヤードモータ２５０を作動させることによって帆を巻く。
一方、帆が一定量巻かれた後は、チェーンに設置された接触ブロックが帆構造物に備えられたリミットスイッチ２０１ｂと当たり、この時リミットスイッチ２０１ｂは、帆の巻き状態を感知したスイッチング信号を制御部９００へ伝達し、制御部９００はギヤードモータ２５０を停止させて帆の一部のみ巻き出した状態で継続的な電気発電を行う。

本実施例には帆構造物に４つのリミットスイッチ２０１が設置されたこを記載しているが、本発明はそれに限らず、使用者の必要に応じて任意にリミットスイッチは選択できる。

一方、風が更に強くなる場合、より多量のオイルがシリンダーへ供給されるにつれピストン５４１及び第１、２信号発生ブロック５５１、５５２は上昇し、この際、第１信号発生ブロック５５１は第１リミットスイッチ５８１の上部に位置した第２、３リミットスイッチ５８２、５８３と順次的に当たり、帆を巻く信号を発生し、この信号により帆２７０がドラム２４０に巻かれ、この時帆２７０と共にワイヤロープ３１０も巻かれる。

帆２７０が巻かれると、連結ワイヤ２９０により帆２７０の固定ロッド２７１に結束されたチェーン２８０はコイルスプリング２６０を引っ張る方向に回転する。

風が強くなる場合、帆２７０がドラム２４０に巻かれて風圧作用面積を減少させ、その後、もう一度風が弱くなると、風力感知手段によりギヤードモータ２５０が逆方向に回転し、この際コイルスプリング２６０はチェーン２８０を引っ張り、このチェーン２８０が連結ワイヤ２９０を通じて固定ロッド２７１を引っ張ることによって、帆２７０を巻き出して風圧作用面積を大きくできる。

本発明は本明細書に開示された実施例によって限定されるものではなく、その発明の技術思想範囲内で当業者により多様に変形可能であることは言うまでもない。

本発明の構成を示す側面例示図である。本発明による制動ブロックの構造を示す平面例示図である。本発明の構成を示す平面例示図である。本発明による動力発生手段の構成を示す平面例示図である。本発明による帆構造物の構成を示す正面例示図である。本発明による帆構造物の構成を示す平面例示図である。図６のＡ−Ａ線による断面例示図である。本発明による連結手段の構成を示す平面例示図である。本発明による連結手段の他の構成を示す例示図である。本発明による連結手段の他の構成を示す例示図である。風向感知手段の構成を示す正面例示図である。風向感知手段の構成を示す平面例示図である。風力感知手段の構成を示す正面例示図である。風力感知手段のリミットスイッチの設置状態を示す例示図である。風力感知手段の第１、２信号発生ブロックの支持構造を示す平面例示図である。

Claims

多数の鋼材が縦横に配列されて構成された鉄塔が地面に固定され、この鉄塔の上部に支持板が設けられ、上記支持板の上部に多数の帆構造物が備えられた動力発生手段が設置される一方、上記動力発生手段に備えられた駆動軸と動力伝達チェーンにより連結され、動力発生手段から発生された動力により回転する補助スプロケットが上記支持板に設けられ、この補助スプロケットと駆動チェーンに連結され発電機へ動力を伝達する回転軸が備えられ風力を利用して電気発電をする風力発電装置において、
上記の動力発生手段は、多数の支持ロッド１０６によって支持板７００に固定されたベースフレーム１０１と、このベースフレーム１０１の垂直上方に位置したカバーフレーム１０２の間にベースフレーム１０１とカバーフレーム１０２を連結する駆動軸１０３と多数の柱１０５及びガイド軸１０４が順次的に設置され、上記駆動軸１０３とガイド軸１０４及び柱１０５を取り囲む閉曲線形状で、垂直方向に対して等間隔を有する多数のガイドレール１１０が柱に固定され、ギヤードモータ２５０及びコイルスプリング２６０によって風圧作用面積が調節される多数の帆構造物２００がガイドレール１１０内に備えられたスプロケットチェーン１２０により連結され、風力によってガイドレール１１０に沿って移動し、スプロケットチェーン１２０及びこれにかみ合わせた駆動軸１０３のスプロケット１０３’を回転するように構成され、
上記動力発生手段が支持板７００の横方向中心線Ｓ１と所定の傾斜を有し、この横方向中心線Ｓ１を基に相互対称構造を有するように二つの動力発生手段１００、１００’が設置され、駆動軸１０３及び動力伝達チェーン７３０、７４０を通じて発生された動力を補助スプロケット７２０へ伝達するように構成されることを特徴とする風力発電装置。
上記帆構造物２００は、スプロケットチェーン１２０に一側端がヒンジ結合された多数の横方向パイプ２１１、２１２、２１３、及び、この多数の横方向パイプを垂直方向に連結する多数の縦方向パイプ２１４からなるフレーム２１０と、上記フレーム２１０の最上段及び最下段に位置した横方向パイプ２１１、２１２の両端から前方に延長するように設けられた軸固定ブラケット２１５及び連結軸固定ブラケット２１６と、上記連結軸固定ブラケット２１６により両端が支持された連結軸２３４の両端に設けられた第１スプロケット２３０と、上記軸固定ブラケット２１５により両端が支持されたドラム２４０と、上記ドラム２４０の上下部へ延長された固定軸２４１に設けられ、第１スプロケット２３０とチェーン２８０によって連結される第２スプロケット２３１と、上記ドラム２４０の上段部に位置した第２スプロケット２３１を貫通し延長される固定軸２４１に設けられ、その一側端が第１、２スプロケット２３０、２３１を連結するチェーン２８０に固定されたコイルスプリング２６０と、上記ドラム２４０の下段部に位置する第２スプロケット２３１を貫通して延長される固定軸２４１に連結され、ドラム２４０を回転させるギヤードモータ２５０と、上記横方向パイプ２１１、２１２、２１３の後方に一側が固定され、その他側にガイドレール１１０と接する多数のローラー２２１が備えられた支持ブラケット２２０と、上記ドラム２４０に一側端が固定されドラム２４０に巻かれて、連結手段３００により上・下辺がフレームの最上段及び下段部に位置した横方向フレーム２１１、２１２に連結し案内され、他側段に上・下辺を連結する固定ロッド２７１が備えられた帆２７０と、上記固定ロッド２７１とチェーン２８０を連結する連結ワイヤ２９０からなり、上記ギヤードモータ２５０へ電気を供給するための電源供給装置４００が動力発生手段１００、１００’に設置され構成されることを特徴とする風力発電装置。
上記鉄塔６００の上部縁に沿って円形に設置された円形レール６１０に接触し、回転運動をする多数のローラー７１１が備えられた制動ブロック７１０が支持板７００の底面に設置され、上記制動ブロック７１０に駆動モーター７１２が設置され、上記駆動モーター７１２とチェーンギア７１３、７１４及びチェーン７１５により連結されて回転する制動軸７１６が制動ブロック７１０に設置され、上記制動軸７１６の回転方向によって前方または後方に移動し、円形レール６１０と接触するように制動軸７１６とネジ結合されるブレーキライニング７１７が制動ブロック７１０に設置し構成されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
上記連結手段３００は、横方向パイプ２１１、２１２の内部に設けられ、一側端がドラム２４０に固定され、その他側端が横方向パイプ２１１、２１２の端部に設けられた案内プーリー２３２を通じて第１スプロケット２３０と同軸上に位置した巻プーリー２３３に固定されたワイヤロープ３１０と、上記ワイヤロープ３１０にかかってワイヤロープに沿って横方向パイプ内部で移動する多数のリング３２０と、上記リング３２０に一側端が連結され、その他側端が横方向パイプ２１１、２１２の外部へ突出され、帆２７０に備えられた帆リング２７２と連結されるコネクター３３０からなり、横方向パイプに沿って帆を案内するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
上記連結手段は、横方向パイプ２１１、２１２、２１３に設けられ、底面または上面に横方向に延長されるガイド溝３４１が形成されたガイドブロック３４０と、上記帆２７０に一側端が固定され、他側端がチャックの歯のように大きなサイズで形成され、上記ガイド溝３４１に挿入される多数の突起３５１が備えられたガイド部材３５０から構成されることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
上記ガイドレール１１０の外側面の下段部に帆構造物２００の垂れを防止する垂れ防止部１１１が一体型で形成され、上記垂れ防止部１１１の上面で回転運動をする第１支持ローラー２１８及びガイドレール１１０の内部で回転運動をする第２支持ローラー２１９が帆構造物２１０に設けられ構成されたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
上記電源供給装置４００は、動力発生手段１００、１００’を取り囲むレール形状で、外部から電気を供給される電源供給レール４１０と、
上記電源供給レール４１０に接触して回転運動をする電源供給ローラー４２０が備えられ、帆構造物２００に固定され帆構造物２００と共に移動し、電源を供給する電源供給部４３０を含めてなることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
上記フレーム２１０の最上段に位置した横方向フレーム２１１に相互等間隔を有するように固定された多数のリミットスイッチ２０１と、上記第１、２スプロケットを連結するチェーン２８０に設置され、帆２７０が巻いたり巻き出す際、多数のリミットスイッチ２０１と順次的に接触して、帆の巻き出す程度を感知する接触ブロック２０２と、上記リミットスイッチ２０１から発生されるスイッチング信号を受信して帆の巻き出す程度を認識する一方、多数のリミットスイッチ５４０、５５０が備えられた風力感知手段５００により感知された風圧と帆の巻き出す程度を比べ、ギヤードモータ２５０を制御する制御部９００を含めてなることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
上記二つの動力発生手段１００、１００’の前方から動力発生手段１００、１００’の間に吹く風向を動力発生手段の外側に位置した帆構造物に誘導するように、動力発生手段１００、１００’の間に前方に設置される風向誘導板１０００を含めて構成されることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
上記風力感知手段５００は、多数の翼が備えられ、風力により回転軸５１１を中心に回転する少なくとも一つの回転ファン５１０と、上記回転ファン５１０の回転軸５１１とベルト５１４及びプーリー５１２、５１３により連結され、回転ファン５１０の回転力を利用してオイルタンク５３０内のオイルを吐き出すポンプ５２０と、上記ポンプ５２０から供給されるオイルが下段部から詰められる垂直な管形状であって、供給されるオイルにより浮遊し上昇するピストン５４１が備えられ、上段部にオイルタンク５３０と連結されるドレイン管５４２が備えられたシリンダー５４０と、上記ポンプ５２０によりシリンダー５４０へ供給されるオイルの圧力を調節する圧力制御バルブ５７０と、上記ピストン５４１に設置されたピストンロッド５４３及びこのピストンロッドに連結された支持柱５５０によりピストン５４１と連結されて、ピストンと連動して上下移動する第１、２信号発生ブロック５５１、５５２と、ピストンロッド５４３の上段部に設けられ、ピストン５４１に所定の圧力を加える錘５４４と、支持柱５５０と平行に設けられた支持棒５６０に設けられ、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の移動時に、第１、２信号発生ブロックの位置によって信号を発生する多数のリミットスイッチ５８１、５８２、５８３、５９１、５９２、５９３と、支持柱５００と平行に設置された四角ロッド５５３に設置され、第１、２信号発生ブロック５５１、５５２の上下移動を案内するローラー５５４で構成されることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。