KR100351719B1 - 자기부상 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 자기부상 풍력발전기에 관한것으로 비자성체(스테인리스강 알류미늄 동합굼 등)재질에 영구자석을 부설한 자기부상풍차 (4,5,6,7) 다수와 삼각대(10),동력전달장치(14,15)를 중심축에 수직배열하여 받침대(16,17)위에 설치하고 풍차날개(20)를 수평회전방식으로하면 풍차전체가 자기부상된상태로 풍향(상하부,좌우,전후)과 풍속에 관계없이 풍력발전을 할수있는 특징이있으며, 주위에 지지봉(12), 보조강선 또는 로우프(13)의 설치로 모든지형지물 즉 산, 해안가,사막. 경사면, 일반둔치등에 간편하게 조립설치할수 있으며, 태풍등 모든자연조건에서도 안전하게 풍력발전을 할수있는 회전축 동시구동 방식,고정축에서 풍차 상하연결구동방식, 자기부상풍차의 상하교차회전과 양회전축 동시구동방식의 자기부상 풍력발전기 이다.

Description

자기부상 풍력발전기{THE WIND POWER GENERATOR USED MAGNETIC FORCE}
본 발명은 영구자석을 이용한 자기부상 풍력발전기에 관한것으로 상 하부,좌우,전후 모든 풍향의 바람을 이용할수있는 수평회전풍차날개가 부설된 자기부상풍차를 중심축에 다수 배열하여 풍차전체를 자기부상된상태로 회전시켜 하나의 동력전달장치에 전달되게함으로서, 단위면적당 바람의 이용율을 극대화함과 동시에 전력생산량을 높이고 풍차주위에 태풍등 자연재해에 대응할수있도록 삼각,사각,또는 다수의 지지봉(12)과 보조강선 또는 로우프(13)를 설치함으로서 안정성과 고효율의 경제성에 중점을둔 새로운 형태의 자기부상 풍력발전기이다.
풍력발전은 날로늘어나는 에너지수요에 적극적으로 대처해나가야할 저비용무공해 환경에너지이다. 그래서 세계각국은 저비용 고효율과 안정성이 보장된 풍력발전기를 차세대 에너지원으로 신기술 개발에 총력을 기울이고있다.
종래의 기술로는 프로펠러식 단축풍력발전기가 주축이되어 조금씩 발전해 나가고있는 실정이다. 또한 일정한 고도 한지점의 바람만 이용하다보니 이용율이 극히 저조하고 경제성이낮아 실용화에 많은 어려움을 격고있다.
따라서 본발명의 목적은 산,해안가,사막,경사면 일반둔치등 모든 지형지물을 고려하고 바람의 양에 관계없이 설치가 간편하고 안전하며 모든풍향 바람의 이용율을 극대화할수있는 풍력발전기를 만드는데에 있다.
예를들면 태풍이 자주내습하는 해안지역에는 풍차날개(20)크기를 조절하고 지지봉(12)과 보조강선 또는 로우프(13)를 삼각,사각,오각등 다수 설치할수있고 사다리꼴형태로도 조립설치할수있다. 즉 바람이 강한 높은곳은 풍차날개(20) 크기를 작게, 바람이약한 낮은곳으로는 순차적으로 풍차날개(20)를 크게 그리고 삼각대(10)외 지지봉(12)은 사다리꼴로 조립설치하면 안정성이 더욱뛰어난다. 위의 설명과같이 모든 자연조건에 부합되고,중심축받침대(17,18)위의 동력전달장치, 다수의 자기부상풍차(4,5,6,7) 모두가 자기부상된 상태로 회전하기때문에 동력전달시 발생하는 마찰저항을 극소화시키고 바람의 이용율을 극대화 하여 전력생산량을 높이는데 있다 .
도 1은 중심회전축 동시구동 자기부상 풍력발전기 구성도
도 2는 중심고정축 풍차 상하연결구동 자기부상 풍력발전기 구성도
도 3은 자기부상풍차의 상하교차회전과 양쪽 회전축 동시구동 자기부상 풍력발전기 구성도
도 4는 자기부상 풍차,삼각대 결합도
도 5는 자기부상풍차별 사시도 및 상하구동연결장치가 부설된 자기부상풍차선 A-A의 단면도
도 6은 중심축 받침대,동력전달장치,상하구동연결 동력전달장치 사시도, 정면도
1.2.3 자기부상 풍력발전기 4. 자기부상풍차
5. 동력전달장치가 부설된 6. 동력전달장치가 부설된
정회전 자기부상풍차 역회전자기부상 풍차
7. 상하 구동연결장치가 부설된 8. 중심회전축
8,8a,8b. 중심 회전축
9. 중심고정축 10. 자기부상 삼각대
11. 사각대 12. 지지봉
13. 앵커로우프 14. 자기부상 동력전달 플라이휠
15. 상부 구동연결장치만 부설된 자기부상 동력전달 플라이휠
자기부상 동력전달장치
17. 고정축받침대 18. 발전기
19. 영구자석 20. 풍차날개
21. 힌지장치 22. 로울러베어링
23. 삼각지지대 24. 고정링
25. 고무벨트 또는 로우프 26. 고정장치
27.구동연결장치 7a.하부구동연결장치만 부설된 풍차4a. 허브 20a. 아암 20b. 반구형 날개부재 21a. 키이홈부21b. 중심회전축 반경방향 돌기부 22a. 중공부
본발명의 구성및 작동효과를 첨부한 도면을 참고로 양호한 실시예를 상술하면 다음과 같다.
도 1 의 실시예에 있어서 힌지장치(21)는 도 4 에 도시된바와 같이 중심회전축(8)의 반경방향 돌기부(21b)를 삽입시키기 위한 키이홈부(21a)가 형성되어 이키이홈부(21a)에 상기중심회전축(8)의 반경방향 돌기부(21b)를 삽입시킨 형태를 설명한 것이다.이와 같은 방법으로 회전축받침대(16)의 상면 중앙부로부터 수직상방향으로 중심회전축(8)이 회전가능하게 적층 결합되어 있다.이때 도 6 에 도시된바와 같이, 상기 회전축 받침대(16)와 중심회전축(8) 외주부 사이에 영구자석(19)이 결합되어 있으며, 상기 중심회전축(8)과 영구자석(19)의 사이에 중공부(22a)에는 로울러 베어링(22)이 결합되어 상기 중심회전축(8)을 회전 가능하도록 한다. 그리고 도 1 및 도 4 에 도시된바와 같이 상기 중심회전축(8)에는 중공원통형상의 복수개의 자기부상 풍차(4)가 그 허브(4a)의 중공부(22a)에 상기 중심회전축(8)이 결합되는 형상으로 축방향으로 적층되어 삽입되어 있다.상기 허브(4a) 각각의 중공부에는 상기 중심회전축(8)의 외주부에 축방향으로 소정간격으로 형성되어 있는 반경방향 돌기부(21b)를 대응시켜 삽입시키기위한 키이홈부(21a)가 형성 되어있다.이때 상기 허브(4a)의 키이홈부(21a)에 중심회전축(8)을 결합시 상,하 유동성(자기부상 유격 3m/m - 10m/m 이상)이 있도록 설치한다.상기 각각의 풍차(4)의 재질로는 비자성체(스테인레스,알류미늄,동합금등)가 사용되는데 그 형상을 좀더 상세이 기술하면 도 4 에 도시된바와 같이, 원통형상의 허브(4a)중 윗면과 아랫면에만 소정 두께의 외주부를 제외하고 내부를 향하여 소정깊이 오목부가 형성되어 있는데 이오목부에 이오목부와 같은 높이를 가진 링형상의 영구자석(19)이 각각 결합 고정되어 잇다.또한 상기 각각의 허브(4a)의 측면 외주부에는 외측 반경방향으로 일정간격 복수개의 아암(20a)이 결합 고정되어 있고 상기 아암(20a)의 끝에 속이빈 반구형 날개부재(20b)가 결합되어 있는데 한쪽방향으로만 회전되도록 구성되어 있으며, 이때 상기와 같이 배치되는 풍차(4)들은 축방향으로 마주보는 면들이 상호 척력을 같도록 영구자석(19)의 극이 배치되어 있음에 기인되어 상기 중심회전축(8)의 축방향으로 상호 소정의 거리를 두고 이격된 상태로 위치하게 된다.한편 도 1에 도시된바와 같이, 상기 적층 배열되어있는 풍차(4)들의 사이중 몇군데에는(즉, 풍차(4)들의 모든 간격에 배치되지 않는다) 삼각 지지대(10)가 상기 중심회전축(8)에 의해 삽입되어 있다.이때 상기 풍차(4)들간의 간격 및 풍차(4)와 삼각지지대(10)간의 간격은 동일하다.상기 삼각지지대(10)의 형상은 풍차(4)의 형상과 유사함으로, 이하, 삼각지지대(10)의 형상중 상기 풍차와 다른형상만 기술하면 도 4에 도시된바와 같이 삼각지지대(10)의 중공부(22a)에는 키이홈부(21a)가 형성되어있지 않고 상기 중공부(22a)와 상기 중심회전축(8)이 상응되는 부분의 사이에 상기 중심회전축(8)이 원활하게 회전할수 있도록 로울러베어링(22)이 위치되어 있다.더불어 상기 삼각지지대(10) 측면외주부에는 외측방향으로 일정간격으로 복수개의 지지간(23)이 결합 고정되어 있으며, 그 단부에는 링형상의 고정장치(24)가 구비되어 이 고정장치(24)의 각각 대응되는 개수많큼 구비되어 지먼에 고정되어 있는 지지봉(12)에 삽입 고정되어 있다.상기 복수개의 지지봉(12)의 상단부는 앵커로우프(13)의 일단부와 연결되고 상기 앵커로우프(13)의 하단부는 지면에 고정 결합되어 있다.한편, 상기 회전축 받침대(16)와 풍차(4)들중 최하부에 위치한 풍차(4)의 사이에는 동력전달 플라이휠(14)이 고정 결합되어 있으며, 상기 동력전달 플라이휠(14) 일측부에는 동력전달 수단 예를들어 벨트 또는 체인(25)에 의해 상기 동력전달 플라이휠(14)로부터 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기(18)가 설치된다.이상 설명한바와 같이, 본발명의 제1실시예는 회전축받침대(16)위로 자기부상된 상태로 중심회전축(8),동력전달 플라이휠(14),복수개의 풍차(4) 모두가 일체로 회전하는 구성으로 되어있다.
도 2는 중심고정축(9) 고정축 받침대(17)에 고정결합되고 중심고정축(9)에 축방향으로 상,하 구동연결장치가 부설된 자기부상풍차(7)가 적층 삽입되고 축방향으로 마주보는 면들이 상호 척력이 같도록 영구자석(19)이 결합되어 있는 중공원통형상의 복수개의 풍차(7)와, 상기 중심고정축(9)의 최하부에 위치한 상부 구동연결장치가 부설된 자기부상 동력전달 플라이휠(15)과 함께 구동할 수 있도록 되어있다.이때 상,하 구동연결방법은 받침대(17)위로부터 상부구동연결장치만 凸 형태로 형성되어있는 동력전달 플라이휠(15),상,하부 구동연결장치 상부 凸 하부 凹 형상으로 되어있는 복수개의 자기부상풍차(7),최 상부에는 하부구동연결 장치만 凹 형성되어 있는 자기부상풍차(7a)가 모두 중심고정축(9)에 적층 삽입되고 동시구동하여 최하부 동력전달 플라이휠(15)에 회전력을 집중시키고 여기에 벨트 또는 체인(25)으로 발전기(18)에 연결시켜 발전하는 방식이다.이때 중심고정축(9)외주부를 원활하게 회전할수 있도록 풍차(7,7a), 동력전달 플라이휠(15) 모두는 중공부(22a)와 중심고정축(9)이 상응되는 부분의 사이에 중심고정축(9)을 중심으로 원활하게 회전할수 있도록 로울러베어링(22)이 위치되어있다.
도 3의 실시 예에 있어서, 중심회전축(8a)(8b) 동시구동 자기부상풍력 발전장치는 도 3에 도시된바와 같이 좌,우 인접되어 위치된 회전축받침대(16)의 상면 중앙으로부터 수직방향으로 각각 중심회전축(8a)(8b)이 회전가능하게 결합되어 있다.이하 구조설명에 있어서는, 하나의 풍력발전 장치를 예로들어 설명한다.상기 중심회전축(8a)에는 도 3에 도시된바와 같이 중공원통형상의 복수개의 정회전풍차(5)가 각각 키이홈부(21a)에 삽입시킬수 있도록 반경방향 돌기부(21b)가 설치된 상기 중심회전축(8a)에 결합되는 형상으로 삽입되어있다.그리고 상기 각각의 복수개의 정회전풍차(5)의 사이에는 도 3에 도시된바와 같이 역회전풍차(6)가 각각 그 중공부(22a)에 로울러베어링(22)을 부설하고 상기 중심회전축(8a)에 삽입되는 형상으로 위치되어있다.이때 상기 복수개의 정회전풍차(5)는 도 3에 도시된바와 같이 각각 그 중공부(22a)에 상기 중심회전축(8a)의 반경방향 돌기부(21b)를 삽입시키기위한 키이홈부(21a)가 형성되어, 이키이홈부(21a)에 상기 중심회전축(8a)이 삽입된 형태로 결합되어 있으며, 상기 복수개의 역회전풍차(6)는 도 3에 도시된바와 같이 각각 그 중공부(22a)에 로울러베어링(22)이 형성되어 이로울러베어링(22)에 상기 중심회전축(8a)이 삽입된 형태로 위치되어 있다.이때 상기 정회전풍차(5)는 키이홈부(21a)에중심회전축(8a)을 결합시켜 상,하 유동성(자기부상 유격 이상)이 있도록 설치한다.그리고 회전축받침대(16)로부터 윗방향으로자기부상 동력전달 플라이휠(14),정회전풍차(5),역회전풍차(6),정회전풍차(5),역회전풍차(6)...의 순서로 배치되고 있는데, 본발명의 다른 실시예에 있어서는 자기부상 동력전달 플라이휠(14),역회전풍차(6),정회전풍차(5)....의 순서로배치 될수도있다.상세하게는 제 1중심회전축(8a) 축의 키이홈부(21a)가 설치된 정회전풍차(5)와 제2 중심회전축(8b) 축의 로울러베어링(22)이 설치된 정회전풍차(5) 조립체가 짝을 이루어 벨트 또는 체인(25)으로 연결되어 있다.마찬가지로 상기 제1 중심회전축(8a) 축의 베어링(22)이 설치된 역회전풍차(6)와 제 2 중심회전축(8b) 축의 키이홈부(21a)가 설치된 역회전풍차(6)가 짝을 이루어 벨트 또는 체인(25)으로 연결되어 있다. 이때 상기와 같이 배치되는 풍차(5),(6)들은 마주보는 면들이 상호 척력이 같도록 극이 배치되어 있음에 기인되어 축방향으로 상호 소정의 거리를 두고 배치된다.따라서 상기 상부에 위치된 풍차와 하부에 위치된 풍차 사이에 마찰저항을 저감하고 자기부상력을 풍차의 반발회전력으로 증대시킬수 있는 효과가 있으며, 상기 회전축받침대(16)위의 제 1중심회전축(8a)의 반경방향 돌기부(21b)와 키이홈부(21a)에 결합된 복수개의 정회전풍차(5)와 동력전달 플라이휠(14)과 제 2중심회전축(8b)에 중공부(22a) 로울러베어링(22)이 결합된 정회전풍차(5) 모두가 자기부상되어 모두 같이 정회전한다.따라서, 회전축받침대(16)위의 제 2 중심회전축(8b)의 반경방향 돌기부(21b)와 키이홈부(21a)에 결합된 복수개의 역회전풍차(6)와 동력전달 플라이휠(14)과 제 1 중심회전축(8a)에 중공부(22a) 로우러베어링(22)이 결합된 역회전풍차(6) 모두가 자기부상되어 역회전한다.이 모든 회전력을 제 1, 제 2 중심회전축 최하단 각각의 동력전달 플라이휠(14)에 집중되고 각각 따로 벨트 또는 체인(25)에의해 각각의 발전기에 회전력을 전달하는 방법으로 발전하는 방법이다.
도4는 자기부상풍차와 자기부상 삼각대에 부설된 영구자석(19)힌지장치(21)로울베어링(22)등이 중심축(8,9)에 결합된 형상이며,
도5는 작기부상풍차(4,5,6,7) 종류별 사시도및 상하구동연결장치가 부설된 자기부상풍차(7)의 선 A-A 단면도이다.
도6은 중심축받침대(16,17), 동력전달장치(14)의 사시도,정면도와 상하구동 연결장치가 부설된 동력전달장치(15)의 사시도및 정면도이다.
이상에서와 같이 본발명에 의하면 영구자석(19)이 부설된 자기부상풍차 (4,5,6,7),동력전달장치(14,15) 모두가 받침대(16,17)위에서 전체가 자기부상된 상태로 회전 구동하기때문에 풍차 자체 동력연결시의 마찰저항을 극소화시키고 풍향(상 하부,전후,좌우)과 풍속에 관계없이 바람의 이용율을 극대화시킬수있는 효과가 있으며, 주위에 지지봉(12),보조강선 또는 로우프(13)의 설치로 태풍등 모든 자연조건에 지탱할수있는 효과와, 모든 지형지물(산 해안가,사막,경사면,일반둔치등)에 따라 중심회전축 동시구동방식, 중심고정축에서 자기부상풍차의 상하연결구동하는 방식, 작기부상풍차의 상하 교차회전 양축 동시구동 방식등 여러형태의 풍력발전기를 설치할수 있다.
또한 자기부상 반발력을 회전력으로 증대시키수 있는 효과가있다.

Claims (3)

1. 회전축 받침대와;
상기 중공부에 로울러베어링이 설치된 회전축 받침대에 수직 상방향으로 삽입되어 있는 중심회전축과;
상기 중심회전축에 축 방향으로 적층되어 삽입되어 있으며, 그 상,하면에 축방향으로 마주보는 면들이 상호 척력이 같도록 영구자석이 결합되어 있으며, 중심회전축 반경방향 돌기부가 허브의 중공부 키이홈부에 삽입된형상으로 위치하고있는 중공원통형상의 복수개의 풍차날개 조립체와;
상기 축받침대와 최하부에 위치한 풍차날개 조립체의 사이에 위치되며 상기 중심축에 삽입,결합되어있는 동력전달 플라이휠과;
상기 동력전달 플라이휠로부터 회전력을 전달 받는 발전기를 포함하여 중공부에 로울러베어링이 설치된 삼각지지대,지지봉,앵커로우프, 등으로 구성되어 있는 것이 특징으로 하는 중심회전축,동력전달 플라이휠,복수개의 풍차날개조립체가 모두 자기부상되어 동시 회전하는 것이 특징인 자기 부상식 풍력발전기
2. 고정축 받침대와;
상기 고정축 받침대에 수직 상방향으로 결합되어 있는 중심 고정축과;
상기 중심고정축에 축방향으로 적층 삽입되어 있으며 그 상,하면에 축방향으로 마주보는면들이 상호 척력이 같도록 영구자석이 결합되어 있는 중공원통형상의 중공부에 로울러베어링이 설치된 복수개의 상,하 구동연결장치가 부설된 풍차날개 조립체와;
상기 고정축받침대와 최하부에 위치한 풍차날개조립체 사이에 위치되며 상기 중심축에 삽입 위치한 중공부에 로울러베어링이 설치된 상부 구동연결 장치가 부설된 동력전달 플라이휠과;
상기 플라이휠 일측부에 설치되어 벨트 체인에 의해 상기 플라이휠로부터 회전력을 전달받는 발전기를 포함하여, 지지대,앵커로우프, 등으로 구성되어 있으며, 중공부에 로울러베어링이 부설된 복수개의 풍차와 플라이휠 모두가 받침대 위에서 자기부상된상태로 고정축 주위를 회전하는 것이 특징인 자기부상식 풍력발전장치.
3. 복수개의 축받침대와;
상기 복수개의 축받침대에 각각 수직방향으로 회전가능하게 결합되어 있는 복수개의 중심축과;
상기 복수개의 중심축에 축방향으로 적층 삽입되어 있으며, 그 상,하면에 축방향으로 마주보는 면들이 상호 척력을 같도록 영구자석이 결합되어 있는 중공원통형 복수개의 풍차날개 조립체와;
상기 복수개의 축받침대와 촤하부에 위치한 풍차날개 조립체들의 사이에 위치되며 각각 상기 복수개의 중심축에 삽입되어 있는 복수개의 플라이휠과;
상기 각각의 플라이휠의 일측부에 설치되어 있는 벨트 체인에 의해 상기 상응되는 플라이휠로부터 회전력을 전달받는 발전기를 포하하여 구성되어 있으며, 좌우 인접되게 위치하는 풍차날개 조립체들은 각각 벨트 체인에의해 연결되어 같은방향으로 동시에 회전되고 상하 인접되게 위치되는 각층의 풍차날개 조립체들은 상호 반대방향으로 동시에 회전되며 좌우 인접되게 위치되는 중심축은 상호 반대방향으로 동시 회전되는 것이 특징으로 하는 자기부상식 복수축 풍력발전장치
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