KR100522615B1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축의 회전력을 증대시켜 미풍에도 발전력을 높이며, 강풍 또는 태풍시에도 발전장치를 보호하면서 지속적으로 발전을 수행할 수 있도록 한 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 일반적인 풍력발전기들은 미풍이나 강풍시에는 발전기를 가동할 수 없음은 물론 파손의 우려가 있었던 바, 본 발명은 이를 감안하여 상단부에 구형의 주송풍기가 설치된 주축에 가변기와 회전판이 부설되고 회전판의 하부와 함체의 사이에 동일 극성으로 마주보게 영구자석이 설치되어 주축을 부상시킴으로써 주축의 회전작동에 조력하고, 주축의 하단부에 축설치된 주기어에 발전기의 축이 치합되어 주기어의 회전에 따라 발전되도록 한 것에 있어서, 주송풍기의 주위에 다수의 보조송풍기를 구비하고, 그 축의 하단부에 주기어와 동일방향으로 맞물리는 보조기어를 축설치하여 미약한 바람에도 주축의 회전속도를 높이도록 하고, 주기어와 발전기의 피동기어 사이에 회전력 증폭기어를 개재하여 보다 많은 량의 전기를 빠른 시간내에 발생시키도록 하며, 초기 기동력이 부족할 때 소형모터를 통해 주기어를 회전시킴으로써 주축의 회전이 원활히 이루어지도록 하고, 발전장치의 외측에 다단으로 되어 풍속에 따라 자동 승강되는 커버를 마련하여 발전장치를 보호하도록 하며, 커버에는 직경의 크기가 조절되는 다수의 개폐구를 마련하여 강풍 또는 태풍시에도 지속적으로 발전을 수행토록 한 것이다.

Description

풍력 발전장치{Power generation device using force of wind}

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주축의 회전력을 증대시켜 미풍에도 발전력을 높이며, 강풍 또는 태풍시에도 발전장치를 보호하면서 지속적으로 발전을 수행할 수 있도록 한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 상기한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 이러한 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 량의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 했으므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 수력발전, 화력발전, 원자력발전과 같은 일반적인 발전방법보다는 석유, 석탄자원이 필요없는 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.

이러한 석유, 석탄자원이 필요없는 발전방법 역시 태양열을 이용한 발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 중 가장 쉽게 적용할 수 있는 게 바로 바람의 힘을 이용한 풍력발전이다.

바람이라 함은 대기의 밀도차에 의해 공기가 이동하는 현상으로, 이러한 바람은 풍차와 같이 고래로부터 이용하여 왔으며, 최근에는 석유, 석탄자원이 고갈되면서 대체에너지로서 관심이 높아지고 있다.

따라서, 자연풍을 이용한 발전장치가 등장하였는데, 종래 기술에 따른 풍력 발전장치는 그 장치를 간단히 설치할 수 있는 이점과 함께 별도의 폐기물이 발생되지 않는 이점은 있지만 주로 커다란 원통형 또는 프로펠라형 임펠러를 이용하여 주축을 회전시키고, 이 주축에 연결된 발전기를 돌려 발전하는 것이므로 기본적으로 넓은 면적의 시설이 필요하여 시설비가 많이 소요되며, 원통형 또는 프로펠라형 임펠러의 형상 자체가 바람이 불지 않을 경우나 미풍일 때에는 회전이 불가능하여 풍력발전이 이루어지지 않고, 반대로 강풍이나 태풍이 발생될 경우에는 발전시설을 가동할 수 없음은 물론 시설이 쉽게 파손될 수 있는 문제가 있었다.

따라서, 본 출원인은 등록실용신안 제 226433 호, 제 263183 호, 제 271522 호에서 구형의 송풍기를 마련하여 주축의 하부를 발전기와 연결함으로써 바람의 방향에 상관없이 360°방향에서 바람에 저항할 수 있고 미약한 바람도 증폭시켜 미풍에도 원활히 회전하여 발전할 수 있도록 하고, 주축 상에는 그 회전속도, 즉 바람의 세기에 따라 탄력적으로 신축되는 가변기를 마련하여 안전성을 확보하며, 주축을 프레임으로부터 부상시킬 수 있는 자석을 마련하여 무부하상태가 되게 함으로써 미세한 회전력이 작용되더라도 원활히 회전될 수 있게 하며, 별도의 구동수단을 마련하여 바람이 불지 않을 경우에도 지속적인 발전이 가능토록 하고, 주축의 중간부에 회전판을 방사상으로 형성하면서 그 측방으로 정화장치를 구비하여 공기정화와 함께 주축의 회전작동에 조력하도록 한 풍력 발전장치를 개시한 바 있다.

그러나, 등록실용신안 제 226433 호, 제 263183 호, 제 271522 호에 따른 풍력 발전장치들은 하나의 송풍기만을 가지고 있으므로 바람이 어느 정도 불 때에는 문제되지 않으나 바람이 아주 미약하게 불 경우에는 회전력 역시 미약하여 원활한 발전을 기대할 수 없으며, 이 역시 강풍이나 태풍이 불 경우에는 시설이 파손될 우려가 있는 것이었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 주축의 하부 주기어에 연결기어를 통해 맞물리는 다수의 보조기어를 마련하고, 보조기어를 회전시킬 수 있도록 구형의 주송풍기 주위에 보조기어와 동수로 구형의 보조송풍기를 마련하여 그 보조축이 보조기어와 축결합되게 하며, 주기어에 보조기어를 치합하여 구성함으로써 미약한 바람에도 주송풍기 및 보조송풍기의 회전에 따라 주기어가 빠른 속도로 회전하여 발전을 수행토록 하는 풍력 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

다른 견지로는, 강풍 또는 태풍이 불 경우 센서를 통해 설정된 풍속이상이 감지되면 커버가 상승하여 장치의 외부를 커버함으로써 장치를 보호하며, 케이스에는 직경의 크기조절이 가능한 개폐구를 형성하여 강풍 또는 태풍시에도 지속적인 발전이 이루어지도록 하는 것이다.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예 및 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 풍력 발전장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 함체(1)에 수납된 발전기(2)와, 발전기(2)를 회전시키는 주기어(3)가 하단에 설치된 주축(4)과, 주축(4)을 회전시키는 구형의 주송풍기(5)와, 주축(4)의 일측에 설치되어 그 회전속도에 따라 원심력 작용방향으로 탄력적으로 신축되는 가변기(6)와, 주축(4)의 하부 함체(1)위에 설치되는 원판(7)과, 함체(1)와 원판(7)의 사이에 각각 동일 극성으로 마주보게 설치되어 주축(4)을 자기부상시키는 영구자석(8)과, 주축(4)의 중간부 및 원판(7)상에 방사상으로 설치되는 "S"자형의 회전판(9)과, 회전판(9)의 측방에 설치되어 공기를 정화하는 정화장치(미도시)와, 주축(4)에 초기 기동력을 전달하는 구동수단을 포함한 발전장치에 있어서,

주기어(3)에 연결기어(10)를 통해 맞물리는 다수의 보조기어(11)를 마련하여 주기어(3)의 회전력을 증대시키도록 하고, 보조기어(11)를 회전시킬 수 있도록 주송풍기(5)의 주위에 보조기어(11)와 동수로 구형의 보조송풍기(12)를 마련하여 그 보조축(13)이 보조기어(11)와 축결합되게 하며, 구동수단은 소형모터(14)로 구성하여 주기어(3)의 하부에 위치시키고, 소형모터(14)의 축에 마찰바퀴(15)를 설치하여 주기어(3)의 테두리부위 하부에 밀착시키며, 발전기(2)의 축에 피동기어(16)를 설치하고, 피동기어(16)와 주기어(3)의 사이에는 주기어(3)의 회전력을 가속하여 피동기어(16)에 전달할 수 있도록 회전력 증폭기어(17)를 개재하게 되는데, 회전력 증폭기어(17)는 기어비가 다른 2개의 기어가 축을 공유하도록 상하로 배치되어 기어비가 상대적으로 작은 쪽은 주기어(3)측에 위치되게 하고 기어비가 상대적으로 큰 쪽은 피동기어(16)측에 위치되게 구성할 수도 있고, 기어비가 다른 다수의 기어군으로 형성할 수도 있다.

또한, 풍속을 감지하는 센서(미도시)를 장치의 일측에 설치하고, 장치의 외측에는 2중관식으로 된 다단의 커버(18)를 승강가능하도록 설치하여 센서의 감지신호에 따라 선택적으로 승하강되게 하며, 커버(18)에는 센서의 감지신호에 따라 직경의 크기조절이 가능한 다수의 개폐구(19)를 형성하여 강풍 또는 태풍시 발전장치를 보호하면서 지속적인 발전이 가능하게 한다.

이때, 다단의 커버(18)는 승강이 가능한 구성이면 무엇이든 가능한데, 일예로 도 4에 도시한 바와 같이 다단의 커버(18) 사이가 와이어(20)로 순차 연결되도록 설치하되, 와이어(20)의 일단은 가장 내측에 위치하는 커버(18)에 고정하고, 와이어(20)의 타단은 가장 외측에 위치하는 커버(18)에 고정된 드럼(21)에 감기도록 하여 드럼(21)의 구동에 따라 각 단계의 커버(18)가 상승하면서 발전장치를 커버할 수 있도록 구성할 수 있다.

또, 개폐구(19) 역시 그 직경을 조절할 수 있는 구성이면 무엇이든 가능하며, 일예로 도 5에 도시한 바와 같이 개폐구(19)에 개폐편(22)들을 회전가능하게 등각으로 설치하고, 개폐편(22)의 외측 단부를 조절링(23)에 회전가능하게 등각으로 고정하여 조절링(23)의 회전에 따라 개폐편(22)이 일제히 움직이어 개폐구(19)를 개폐하도록 구성할 수 있으며, 도시하지는 않았지만 조절링(23)에 모터의 축을 연결하거나 실린더의 피스톤 로드를 연결하는 등 조절링(23)을 회전시킬 수 있으면 무엇이든 가능할 것이다.

도면상의 가변기(6)는 본 출원인의 선출원과 구성이 동일하므로 그 설명을 생략하며, 도시하지는 않았지만 정화장치 역시 부가 설치할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력 발전장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 함체(1)를 바람이 부는 장소에 설치하면, 영구자석(8)의 반발력에 의해 주축(4)을 부상시키게 되므로 주축(4)과 연결되어 있는 주송풍기(5), 가변기(6), 원판(7), 회전판(9), 주기어(3) 등이 부상되어 축하중이 없는 무부하상태가 될 수 있으며, 이러한 상태에서 바람이 주송풍기(5), 가변기(6)의 바람컵(6a) 그리고 판상의 회전판(9)에 전달되어 주축(4)을 보다 원활히 회전시킬 수 있으며, 특히 주송풍기(5)가 구형으로 구성되고, 여기에 바람을 직접 맞을 수 있는 가변기(6)의 바람컵(6a), 판상의 회전판(9)이 부가되며, 각각의 장치가 일방향으로만 회전될 수 있게 구성되므로 바람이 어떠한 방향에서 불어오든 이를 증폭시켜 강하게 회전시킬 수 있어 소망하는 전기를 쉽게 얻을 수 있게 된다.

그런데, 바람이 아주 미약할 경우에는 주축(4) 및 이와 연결되어 있는 장치들이 아무리 무부하상태에 있다하더라도 주축(4)의 회전속도가 느릴 수밖에 없으며, 이와 같이 주축(4)의 회전속도가 느리게 되면 발전기(2)의 회전속도 역시 느리게 되어 발전이 원활히 이루어질 수 없게 되는바, 이를 위해 본 발명에서는 주송풍기(5)의 주위에 다수의 보조송풍기(12)를 구비하고, 보조송풍기(12)의 보조축(13) 하단부에는 보조기어(11)를 연결기어(10)를 통해 주기어(3)와 치합되도록 구성한 것으로, 바람이 불면 주송풍기(5)와 보조송풍기(12)가 동일방향으로 동시에 회전하게 되고, 이러한 회전력이 주축(4)과 보조축(13)을 통해 주기어(3)와 보조기어(11)에 전달되며, 이때 주기어(3)의 회전속도가 다소 느리더라도 보조기어(11)의 회전력이 주기어(3)로 전달되어 주기어(3)를 보다 빠르게 회전시킬 수 있게 된다.

따라서, 주기어(3)가 빠른 속도로 회전되면 이와 회전력 증폭기어(17)를 통해 치합되어 있는 발전기(2)의 피동기어(16)가 회전력이 증폭된 상태로 회전할 수 있어 보다 많은 량의 전기를 단시간에 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 주축(4)의 일측에 설치된 가변기(6)의 바람컵(6a)은 주축(4)의 회전속도가 정상적인 발전을 통해 정격의 전기를 제공할 수 있는 정도까지는 스프링(6b)에 의하여 주축방향으로 밀려들어간 상태를 유지하게 되므로 주축(4)의 초기 회전시 부하를 줄여주면서 보다 빠른 시간내에 정상적인 회전 속도에 도달할 수 있게 할 수 있으며, 바람의 세기가 증가되어 주축(4)의 회전수가 정상 이상으로 증가되면 바람컵(6a)이 원심력에 의해 외측으로 밀려나가게 되어 주축(4)의 회전속도를 줄여줌으로써 발전기(2)의 과부하를 방지할 수 있는 것으로, 이러한 작용을 바람의 세기에 따라 자동으로 수행할 수 있다.

아울러, 바람의 세기가 아주 미약하여 주송풍기(5)와 보조송풍기(12)가 모두 정지된 상태에서 초기 기동력 부족으로 인해 주축(4)의 회전이 어려울 때에는 본 고안의 구동수단인 소형모터(14)를 가동하여 그 마찰바퀴(15)의 회전력에 의해 주기어(3)의 회전력을 증대시키고, 주축(4)이 정상적으로 회전될 때에 소형모터(14)를 정지하게 되는 것으로, 이를 위해 도시하지는 않았지만 주축(4)의 회전수를 감지할 수 있는 센서를 구비하여 그 감지신호에 따라 소형모터(14)에 인가되는 전원을 자동으로 온/오프시킴이 바람직하다.

한편, 강풍이나 태풍은 순간초속이 매우 빨라 발전장치 자체를 파손시킬 수도 있으므로 이럴 경우 일반적인 풍력 발전기의 경우 그 기동을 멈추어 발전을 수행하지 않고 있는데, 풍력 발전기의 기동이 멈춘다고 하더라도 강풍 또는 태풍에 의한 파손과 같은 피해를 막을 방법이 없는 것이었다.

본 발명은 이를 감안하여 발전장치의 일측에 위치된 풍속을 감지하는 센서를 통해 일정이상의 풍속이 감지되면 드럼(21)을 회전시켜 와이어(20)를 감아주게 되고, 와이어(20)가 감김에 따라 2중관식으로 된 다단의 커버(18)가 순차적으로 상승하여 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 외부를 완전히 커버하는 것이며, 커버에는 다수의 개폐구(19)가 형성되어 있어 이를 통해 바람이 통과되면서 발전장치의 파손을 방지할 수 있음은 물론 상기 통과되는 바람이 주송풍기(5)와 보조송풍기(12)를 회전시키게 되어 강풍 또는 태풍하에서도 지속적인 발전이 가능해지는 것이고, 개폐구(19)는 풍속을 감지하는 센서의 감지신호에 따라 그 직경의 크기가 가변될 수 있어 아무리 강한 바람에도 발전장치를 안전하게 보호할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주송풍기의 주위에 다수의 보조송풍기를 구비하고, 주송풍기 하부의 주기어에 보조송풍기의 보조기어를 동일방향으로 회전하도록 맞물려 구성한 것이므로 바람이 미약하여도 주기어의 회전속도를 높일 수 있어 원하는 만큼의 전기를 얻을 수 있으며, 강풍 또는 태풍이 불 경우에는 이를 자동으로 감지하여 커버를 올림으로써 발전장치를 보호할 수 있으며, 커버에는 직경을 조절할 수 있는 다수의 개폐구가 구비되어 있어 강풍 또는 태풍시에도 지속적인 발전을 수행할 수 있는 매우 유용한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 주기어와 보조기어의 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 주기어, 발전기 및 구동수단의 상세도.

도 4는 본 발명에 따른 커버 상세도.

도 5는 본 발명에 따른 개폐구 상세도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 함체 2 : 발전기 3 : 주기어

4 : 주축 5 : 주송풍기 6 : 가변기

7 : 원판 8 : 영구자석 9 : 회전판

10 : 연결기어 11 : 보조기어 12 : 보조송풍기

13 : 보조축 14 : 소형모터 15 : 마찰바퀴

16 : 피동기어 17 : 회전력 증폭기어 18 : 커버

19 : 개폐구 20 : 와이어 21 : 드럼

22 : 개폐편 23 : 조절링

Claims (2)

1. 삭제
2. 함체(1)에 수납된 발전기(2)와, 상기 발전기(2)를 회전시키는 주기어(3)가 하단에 설치된 주축(4)과, 상기 주축(4)을 회전시키는 구형의 주송풍기(5)와, 상기 주축(4)의 일측에 설치되어 그 회전속도에 따라 원심력 작용방향으로 탄력적으로 신축되는 가변기(6)와, 상기 주축(4)의 하부 함체(1)위에 설치되는 원판(7)과, 상기 함체(1)와 상기 원판(7) 사이에 각각 동일 극성으로 마주보게 설치되어 상기 주축(4)을 부상시키는 영구자석(8)과, 상기 주축(4)의 중간부 및 상기 원판(7)상에 방사상으로 설치되는 "S"자형의 회전판(9)과, 상기 회전판(9)의 측방에 설치되어 공기를 정화하는 정화장치와, 상기 주축(4)에 초기 기동력을 전달하는 구동수단을 포함하여서 된 풍력 발전장치에 있어서,

   상기 주기어(3)에 연결기어(10)를 통해 맞물리는 다수의 보조기어(11)를 마련하여 상기 주기어(3)의 회전력을 증대시키도록 하고, 상기 보조기어(11)를 회전시킬 수 있도록 상기 주송풍기(5)의 주위에 상기 보조기어(11)와 동수로 구형의 보조송풍기(12)를 마련하여 그 보조축(13)이 상기 보조기어(3)와 축결합되게 하며;

   상기 구동수단은 소형모터(14)로 구성하여 상기 주기어(3)의 하부에 위치시키고, 상기 소형모터(14)의 축에 마찰바퀴(15)를 설치하여 상기 주기어(3)의 테두리부위 하부에 밀착시키며;

   상기 발전기(2)의 축에 피동기어(16)를 설치하고, 상기 피동기어(16)와 상기 주기어(3)의 사이에는 상기 주기어(3)의 회전력을 가속하여 상기 피동기어(16)에 전달할 수 있도록 회전력 증폭기어(17)를 개재하며;

   풍속을 감지하는 센서를 장치의 일측에 설치하고, 장치의 외측에는 2중관식으로 된 다단의 커버(18)를 승강가능하도록 설치하여 상기 센서의 감지신호에 따라 선택적으로 승하강되게 하며, 상기 커버(18)에는 상기 센서의 감지신호에 따라 직경의 크기조절이 가능한 다수의 개폐구(19)를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.