JP2019530829A - 風向き追跡風力発電機 - Google Patents

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Abstract

風向き板を付加して風向きの変化により風向きを自動的に追跡する機能、及び風速分散装置を付加して風力発電機の耐久性を向上させる風力発電機が開示される。実施例によれば、垂直に延長される垂直中心軸の周りに支持リングが水平に連結される支持フレーム、中心部は上記の垂直中心軸に回転が可能なように結合され、前・後方端部は上記の水平リングに沿って走行できるように上記の水平リングに支持され、後方側には風向き板が結合され、風の方向によって上記の水平リング上で上記の垂直中心軸を中心に回転する風向き追跡軸、上記の風向き追跡軸の後方側を分割する形態で上記の風向き追跡軸上で回転が可能なように結合され、風によって回転駆動するように回転ブレードが結合される回転軸、及び上記の回転軸に結合して、上記の回転軸の回転力を電気エネルギーに変化させる発電ユニットを含んで構成される。

Description

本開示案は風力発電機に関するもので、より詳細には風向きを自動的に追跡する機能、流入する風速を調節する機能を持つ風力発電機に関するものである。
風力発電機は風を基礎として電気エネルギーを生産する装置である。風が回転ブレードを回転させればその回転力で発電機を駆動して電気を生産する。
一般的に風力発電機は回転ブレード、発電機で構成される。上記の発電機は中心の回転子と外部を覆う固定子によって磁場を形成して電気を生産する。発電機の作動の基本原理はアンペア法則とファラデーの電磁気誘導法則に従う。
一方、風力発電機が適合して作動する条件としては平均秒速4m/s以上の風が必要で、風向きは回転に垂直方向であれば最大効率を発揮することができる。
従来の技術としては大韓民国特許登録公報第10-1288177号（2013.07.15.公告）があり、無動力風向き自動追従風力発電機について開示する。上記の従来技術は風向き追従装置を具備することによって、風の方向が変わってもローターハウジングを常に風が吹いてくる方向に回転させるようにする。また、風向き緩衝部材が具備されることによって、瞬間風速が急激に上昇しても垂直フレームが破損するのを防ぐ。但し、上記の従来技術の風向き追従装置は作動範囲に限界があるという点で問題がある。また一定範囲以上の強い風が吹いてくる場合、発電機及び電気機器が損傷する危険があるという問題がある。
技術的な課題
上記の従来技術の問題点を解決するために、全範囲に回転が可能な風向き追従装置を提供すること、風速が低い地域でも発電機の効率を向上させることが課題である。
また、高い風速の風が急激に認められる場合に風力発電機の耐久性を向上させることが課題である。
一実施例による風力発電機は、上記に記載された効率向上のために風向き板を具備して風向きの変化により風向き追跡軸を回転させることができる。また、多数の回転ブレードを具備できる。
一方、本明細書に記載された風力発電機は風速分散装置を具備できる。風速分散装置は低い風速の風が吹く場合には作動しないが、高い風速の風が吹く場合に装置が作動して一定量の風を分散させる。
開示された内容によれば、風向き板を結合させることによって風向きを自動追跡し、その結果、風力発電機の効率を増大させる効果を持ち、風向きと風向き追跡軸が一致する場合に極大の効果が発揮できる。
また、風速分散装置を具備し、突然、高い風速の風が認められた場合に風力発電機の損傷を防ぐと同時に急激に高い電流が発生して負荷である電気機器が損傷するのを防ぐ効果を持つ。
図１は本明細書に開示された一実施例による風向き追跡風力発電機を現わした斜視図である。 図２は本明細書に開示された一実施例による風向き追跡風力発電機に関する側面断面図である。 図３は本明細書に開示された一実施例による発電ユニットを現わした側面分解斜視図である。 図４は本明細書に開示された一実施例による風速分散装置部を現わした側面分解斜視図である。 図５は本明細書に開示された一実施例による風速分散装置の使用状態図で、平常時の風速分散装置の断面図、 図６は本明細書に開示された一実施例による風速分散装置の使用状態図で、強風が吹く場合の風速分散装置の断面図。 図７は本明細書に開示された一実施例による風向き追跡部を現わした側面分解斜視図である。 図８は本明細書に開示された一実施例による風向き追跡部を現わした背面図である。
以下では図面を参考にして風向き追跡風力発電機(10)に関して望ましい実施例を例示として挙げて説明する。
後述する実施例は本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が周知・慣用技術を通じて容易に実施できる範囲まで含めることができ、本明細書に記載された内容に限らない。
本発明で記載された用語は本発明が属する技術分野で常用される用語に変更できる。
図１は一実施例による風向き追跡風力発電機(10)を現わした斜視図である。
図１に図示された通り、支持フレーム(20)は垂直中心軸(40)及び支持リング(30)を支持できるように設計されなければならない。
図１に図示された通り、支持フレーム(20)の上段は十字に形成されることができる。十字が交差する点で垂直中心軸(40)が伸張して形成されることができる。
図１に図示された通り、支持フレーム(20)の中段に水平に支持リング(30)が形成されることができる。支持リング(30)は支持フレーム(20)の各側面の柱の中間に結合される。但し、真ん中に位置する必要はなく、必要によって位置は変動され得る。
垂直中心軸(40)の中間には中心軸ベアリング(42)が結合されることができ、中心軸ベアリング(42)は垂直回転軸(40)を基準として上下に移動できないように固定されていて、上記の風向き追跡軸(50)を垂直回転軸(40)を基準として水平回転させるための用途である。
風向き追跡軸(50)の前方には第1ベアリング(62)が結合されていて、風向き追跡軸の後方の先端には第2ベアリング(68)が結合されている。
中心軸ベアリング(42)、第1ベアリング(62)及び第2ベアリング(68)は垂直中心軸(40)を基準として風向き追跡軸(50)が容易に回転できるように助ける。
図２は風向き追跡風力発電機に関する側面断面図である。一実施例は風速分散装置部(200)を具備する装置に関するものである。風向き追跡軸(50)の前方には風速分散装置部(200)が形成される。
図２に図示された実施例によれば、風向き追跡軸(50)の先端と中心軸ベアリング(42)の結合(44)は釘またはナットでできるが、締結具の種類は限定されない。回転軸(54)の前方先端には第3ベアリング(64)が結合される。第3ベアリング(64)は中心軸ベアリング(42)と結合され得る。
図２に図示された一実施例によれば、中心軸ベアリング(42)と第3ベアリング(64)の結合(44)は釘またはナットでできるが締結具の種類は限定されない。回転軸(54)の後方先端には第4ベアリング(66)が結合されている。したがって、回転軸(54)は風向き追跡軸(50)とは別途に回転できる。
風向き追跡軸(50)に発電機(110)が結合され、発電機(110)は中心軸ベアリング(42)に結合されて垂直中心軸(40)にU-ボルトなどを使って付着される。発電機(110)の回転子は回転軸(54)に結合され、回転子の回転によって電気が生産される。
図３は回転軸(54)及び発電ユニット(100)を分解した分解図である。回転軸(54)は回転ブレード(120)を具備できる。回転ブレード(120)は風が吹く時に回転軸(54)を回転させる。図３に図示された一実施例は回転ブレード(120)の羽根の数は３つであることを特徴とする。けれども、回転ブレード(120)の羽根の数は限定されず、通常の知識を持つ者を基準として回転ブレード(120)の羽根数は変更可能である。
図３に図示された一実施例は回転ブレード(120)が３つであることを特徴とする。多数の回転ブレード(120)を結合する場合、弱い風にも回転軸(54)に充分な回転力を伝達することができる。したがって、巨大な一つの回転ブレード(120)を使うより空間を少ししか占めない点、荷重が低減されて回転が容易だという点があり風力発電機の効率を向上させる効果がある。
図３に図示された一実施例は各回転ブレード(120)は前方から見た時、完全に重ならないようにねじれて形成されることができる。したがって、風が各回転ブレード(120)を通り過ぎながら回転を容易にできる。一方、回転ブレード(120)の数は限定されておらず、通常の知識を持つ者を基準として回転ブレード(120)の数は変更が可能である。
図３に図示された一実施例は発電機(110)を含むことができる。発電機(110)は磁場を発生させる磁石を含んでいて、発電機の内部には回転子を構成するコイルが回転軸(54)と結合されことができる。したがって、回転軸(54)が回転することになれば、回転軸(54)の回転力はコイルに伝えられ、コイルの回転は誘導起電力を起こして電気を生産する。
図４は本明細書に開示された一実施例にともなう風速分散装置部(200)を現わした分解斜視図である。
風速分散装置(210)の前方は風向き追跡軸(50)と結合されている。
風速分散装置(210)の後方は垂直中心軸(40)に至る。風速分散装置(210)の後方と垂直中心軸(40)は固定台ベアリング(220)に連結されている。
固定台ベアリング(222)は中心軸ベアリング(42)と同じ種類のベアリングで成ることもできる。
風速分散装置(210)の後段と上記の固定台ベアリング(222)は固定ピンで連結されることができる。固定台ベアリング(222)の固定ピン(224)は中心軸ベアリング(42)と風向き追跡軸(50)を連結する固定ピン(44)と同じ種類で成ることができる。
風速分散装置(210)の下段の一部は固定台(220)と結合されていて、上記の固定台(220)は風向き追跡軸(50)と結合される。上記の固定台(220)の位置は変動可能であるが風速分散装置(210)の下段中心に位置することが望ましい。
風速分散装置(210)は前方から後方まで傾いているので、風の抵抗を受けることができる。図５は風速分散装置(210)の使用状態度を図示した図面である。
風速分散装置(210)は左側面(212)と右側面(214)が形成されることができる。風速分散装置の左側面と右側面は図５に図示された通り、普段は折りたたまれていて風速分散装置(210)が風の移動を妨害しないようにする。
強い風が吹く場合、図６に図示された通り、風の力がスプリング(230)の弾性力を超過することになれば風速分散装置(210)の左側面(212)と右側面(214)が広がり風速を分散及び減速させることができる。
これで回転ブレード(120)が速く回転することによって連結された電子機器または発電ユニット(100)が損傷することを防ぐ。
図４から図６に図示された一実施例によれば、風速分散装置(210)はスプリング(230)を含むことができる。スプリング(230)は風速分散装置(210)の左側面(212)と右側面(214)の間を連結する。スプリング(230)は図５に図示された通り、普段は左側面と右側面が折りたたまれているようにして、強い風が吹かない場合に風速分散装置(210)が風の移動を妨害しないようにする。
図４に図示された本明細書に開示された一実施例によればスプリング(230)は風速分散装置(210)の後方に位置することができる。
スプリング(230)が風速分散装置(210)の後方に位置することになれば風が吹く時、風速分散装置(210)の前方がまず広がり、風の抵抗を更に受けるようになるので後方が更に広がりやすくなる。
風速分散装置(210)は8つを装着し風が秒速１５メートル以上で吹く場合には４つが広がり、秒速２５メートル以上の強風が吹く場合には残りの４つが広がって回転ブレード(120)が定速回転を維持できるようにする。
また回転ブレード(120)と風向き板(310)の間に補助柱を装着して回転軸の長さが長くなることによるたわみを防止するようにする。
また支持リング(30)にも補助柱を装着して荷重による変形を防止できるようにする。
回転ブレード(120)は最大12個またはそれ以上も装着できる。
図７は本明細書に開示された一実施例にともなう風向き追跡部(300)を現わした分解斜視図である。風向き追跡部は風向き板(310)、第2ベアリング(68)で構成される。
図７に図示された通り、風向き板(310)は上部と下部の２つの板が風向き追跡軸と垂直に結合する。
したがって風向きが変われば、風向き板(310)が風向きに従って回転軸がヨーイング(Yawing)をするようにする。
この時、中心軸ベアリング(42)、第1ベアリング(62)及び第2ベアリング(68)は摩擦力を減少させて回転軸(50)のヨーイングを容易にさせる役割をする。風向きが変われば風向き板(310)がヨーイングして風向きと風向き追跡軸(50)の方向を一致させる。それにより風力発電機の効率を極大化させられる。
本明細書に開示された一実施例によれば、図７に図示された通り、風向き追跡軸(50)の側面には補助ベアリング支持台(320)が形成されることができ、補助ベアリング支持台の先端には補助ベアリング(330)が連結できる。
図８は本明細書に開示された一実施例にともなう風向き追跡部(300)の後方を図示した背面図である。図８に図示された通り、補助ベアリング(330)は左側と右側、それぞれ上-下に4つの補助ベアリングで構成されることができる。補助ベアリング(330)は風力発電機がローリング(Rolling)するのを防いで風力発電機の効率を向上させる役割をする。補助ベアリング(330)は通常の知識を持つ者を基準として補助ベアリングの個数および結合形態は変更が可能である。
符合の説明
10 : 風向き追跡風力発電機 20 : 支持フレーム
30 : 支持リング 40 : 垂直中心軸
42 : 中心軸ベアリング 44 : 固定ピン
50 : 回転軸 62 : 第1ベアリング
64 : 第3ベアリング 66 : 第4ベアリング
68 : 第2ベアリング 100 : 発電ユニット
110 : 発電機 120 : 回転ブレード
200 : 風速分散装置部 210 : 風速分散装置
212 : 風速分散装置の左側面 214 : 風速分散装置の右側面
220 : 固定台 222 : 固定台ベアリング
224 : 固定台ベアリング固定ピン 230 : スプリング
300 : 風向き追跡部 310 : 風向き板
320 : 補助ベアリング支持台 330 : 補助ベアリング

Claims (5)

  1. 垂直に延長される垂直中心軸の周りに支持リングが水平に連結される支持フレーム；
    上記の垂直中心軸に回転が可能なように結合され、前・後方端部は支持リングに沿って走行できるように形成され、後方側には風向き板が結合され、風の方向によって支持リング上で上記の垂直中心軸を中心に回転する風向き追跡軸；
    上記の風向き追跡軸の後方側を分割する形態で上記の風向き追跡軸上で回転が可能なように結合され、風によって回転駆動するように回転ブレードが結合される回転軸；及び
    上記の回転軸に結合して、上記の回転軸の回転力を電気エネルギーに変化させる発電ユニット；
    を含むことを特徴とする風向き追跡風力発電機。
  2. 垂直中心軸と風向き追跡軸の間に位置する中心軸ベアリング；
    風向き追跡軸の前方と支持リングの間に位置する第1ベアリング；及び
    風向き追跡軸の後方と支持リングの間に位置する第2ベアリング；
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の、風向き追跡風力発電機。
  3. 中心軸ベアリングの前方に位置し、一方は風向き追跡軸と直接結合され、もう一方の側は垂直中心軸と連結され、下段の一部は風向き追跡軸と固定台に結合され、両先端は折りたたまれたままスプリングで固定されていて、強風が吹けば広がり風速を減少させる風速分散装置部を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の、風向き追跡風力発電機。
  4. 上記の発電ユニットは、
    風向き追跡軸上に位置する回転軸；
    回転軸の周りに結合される多数の回転ブレード；
    回転軸の前方先端に位置する第3ベアリング；
    回転軸の後方先端に位置する第4ベアリング；
    風向き追跡軸に結合するものの、回転子は回転軸に結合されるようにする発電機；
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の、風向き追跡風力発電機。
  5. 上記の風向き追跡軸の側面から左または右に伸張し、一方の側は左-右それぞれから支持リングの上-下に至る補助ベアリング支持台；
    補助ベアリング支持台と支持リングを連結する補助ベアリング；
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の、風向き追跡風力発電機。
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