KR100535991B1

KR100535991B1 - 풍력발전장치

Info

Publication number: KR100535991B1
Application number: KR10-2003-0098238A
Authority: KR
Inventors: 장길훈
Original assignee: 장길훈
Priority date: 2003-12-27
Filing date: 2003-12-27
Publication date: 2005-12-13
Also published as: WO2005064155A1; EP1704326A1; CN1898470A; US20070147998A1; KR20050067354A; RU2006127169A; JP2007528464A

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것이며, 그 목적은 바람이 약한 지역에서도 원만한 전기발전이 가능토록 하고, 바람의 세기에 따라 바람을 받는 면적을 조절할 수 있게 하여 태풍이나 돌풍으로 인한 손괴를 방지할 수 있는 풍력발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 다수의 앵글이 종·횡으로 배열되어 구성된 철탑이 지면에 고정되고, 이 철탑의 상부에 지지판이 설치되는 한편, 상기 지지판의 상부에 다수의 돗구조물이 구비된 동력발생수단이 설치되어 풍력을 이용해 전기발전을 하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 동력발생수단은 지지판의 횡방향 중심선과 소정의 기울기를 갖으며 이 횡방향 중심선을 기준하여 상호 대칭구조로 설치되는 한편, 체인에 의해 서로 연결되는 다수의 돗구조물이 등간격으로 설치되어 돗구조물에 작동하는 풍력에 의해 동력을 발생하도록 한쌍의 동력발생수단이 설치되고, 상기 한쌍의 동력발생수단에서 발생된 동력을 합치도록 두개의 동력발생수단과 동력전달체인에 의해 연결된 보조스프라켓이 지지판에 구비되며, 이 보조스프라켓과 회전축이 구동체인에 의해 연결되어 회전축을 통해 발전기로 동력을 전달함으로서 전기발전이 가능하도록 구성된 풍력발전장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

풍력발전장치{Wind turbine}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 돗구조물을 체인으로 연결하여 바람에 의해 각각의 돗구조물에서 발생되는 동력을 모아 발전시킴으로써 약한 풍력에도 많은 동력을 얻을 수 있는 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍차는 지구상에 무제한으로 발생 소멸하는 기류의 힘을 이용하여 필요한 동력을 발생시키는 장치로서, 풍력에 의하여 양력(揚力)을 받아 회전하는 적어도 하나 이상의 날개를 구비토록 형성되어 있다.

한편, 이 풍차의 날개는 약한 풍력에서도 양력을 발생시켜야 하는 기능을 가짐과 함께 강한 풍력에 손괴되지 않고 지속적으로 원활하게 회전할 수 있는 구조를 가져야 한다. 즉, 풍차 날개는 약한 풍력에서도 양력을 발생시키기 위해서 큰 면적으로 형성되어 하고, 또한 강한 풍력에서 손괴되지 않기 위해서 작은 면적으로 형성되어야 한다. 이와 같이 풍차 날개는 서로 상반되는 2가지 조건을 동시에 충족시켜야 하였다.

기존 사용되고 있는 프로펠러형 발전기는 발전 용량에 비해 부피가 크고 공간도 많이 차지하며 발전기와 임펠러 등을 높게 설치해야 함으로 시설비가 많이 들고 정비가 곤란하며 강풍으로부터 풍력발전기를 보호하기 어려운 문제점이 발생되었다.

또한, 프로펠러의 구조상 전력을 발생시키기 위하여는 최소한 풍속 5-6m/sec이상이여야 발전이 가능하므로 바람이 비교적 약하고 풍향이 자주 변하는 지형 에서는 만족할만한 발전 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 그 무게중심이 높아 해양 구조물에 설치하기가 어렵고 태풍이나 돌풍시 풍력탑이나 프로펠러가 훼손 되는 등의 문제점이 발생되었다.

이러한 문제점으로 인해 선박에 설치되는 돗과 유사한 구조의 돗구조물을 이용한 풍력발전장치가 일부 사용되고 있으나, 풍력에 취약한 구조를 갖고 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 바람이 약한 지역에서도 원만한 전기발전이 가능토록 하고, 바람의 세기에 따라 바람을 받는 면적을 조절할 수 있게 하여 태풍이나 돌풍으로 인한 손괴를 방지할 수 있는 풍력발전장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 다수의 앵글이 종·횡으로 배열되어 구성된 철탑이 지면에 고정되고, 이 철탑의 상부에 지지판이 설치되는 한편, 상기 지지판의 상부에 다수의 돗구조물이 구비된 동력발생수단이 설치되어 풍력을 이용해 전기발전을 하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 동력발생수단은 다수의 받침대에 의해 지지판에 고정된 받침프레임과, 상기 받침프레임의 수직상방에 위치한 덮개프레임과, 상기 받침프레임과 덮개프레임의 사이에서 받침프레임과 덮개프레임을 연결하도록 순차적으로 설치된 구동축과 다수개의 기둥 및 가이드축과, 상기 구동축과 가이드축 및 기둥을 둘러싸는 폐곡선 형상으로 수직방향에 대하여 등간격을 갖도록 기둥에 고정된 다수의 가이드레일과, 상기 구동축에 구비된 스프라켓에 맞물려 회전하게 상기 가이드레일의 내부에 설치된 스프라켓체인과, 상기 스프라켓체인에 일측이 고정된 프레임이 구비되고, 이 프레임에 지지되어 풍압을 받는 돗이 구비되며, 상기 프레임에 설치되어 돗을 감거나 펼침으로서 풍압작용면적을 조절하는 드럼이 구비되고, 이 드럼을 회전시키는 코일스프링과 기어드모터가 드럼의 상단과 하단에 각각 연결된 것으로 이루어진 다수의 돗구조물로 구성되며,상기 동력발생수단이 지지판의 횡방향 중심선과 소정의 기울기를 갖으며 이 횡방향 중심선을 기준하여 상호 대칭구조를 갖도록 두개의 동력발생수단이 설치되고, 이 두개의 동력발생수단에 구비된 구동축과 동력전달체인에 의해 연결되어 각각의 동력발생수단에서 발생된 동력을 합치는 보조스프라켓이 지지판에 설치되며, 이 보조스프라켓과 구동체인에 의해 연결되어 발전기로 동력을 전달하는 회전축이 구비된 것으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돗구조물은 체인에 일측단이 힌지결합된 다수의 횡방향 파이프 및 이 다수의 횡방향 파이프를 수직방향으로 연결하는 다수의 종방향 파이프로 구성된 프레임과, 상기 프레임의 최상단 및 최하단에 위치한 횡방향 파이프의 양끝단에서 전방으로 연장되도록 설치된 축고정 브라켓 및 연결축고정 브라켓과, 상기 연결축고정 브라켓에 의해 양단이 지지된 연결축의 양끝단에 설치된 제 1 스프라켓과, 상기 축고정 브라켓에 의해 양단이 지지된 드럼과, 상기 드럼의 상하부로 연장된 고정축에 설치되어 제 1 스프라켓과 체인에 의해 연결되는 제 2 스프라켓과, 상기 드럼의 상단부에 위치한 제 2 스프라켓을 관통하여 연장되는 고정축에 설치되고 그 일측 끝단이 제 1,2 스프라켓을 연결하는 체인에 고정된 코일스프링과, 상기 드럼의 하단부에 위치하는 제 2 스프라켓을 관통하여 연장되는 고정축에 연결되어 드럼을 회전시키는 기어드모터와, 상기 횡방향 파이프의 후방에 일측이 고정되고 그 타측에 가이드레일과 접하는 다수의 롤러가 구비된 지지브라켓과, 상기 드럼에 일측단이 고정되어 드럼에 감기고 연결수단에 의해 상·하변이 프레임의 최상단 및 하단부에 위치한 횡방향 프레임에 연결되어 안내되며 타측단에 상·하변을 연결하는 고정대가 구비된 돗과, 상기 고정대와 체인을 연결하는 연결와이어로 구성되고, 상기 기어드모터로 전기를 공급하기 위한 전원공급장치가 동력발생수단에 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결수단은 횡방향 파이프의 내부에 설치되어 일측단이 드럼에 고정되고 그 타측단이 횡방향 파이프의 끝단부에 설치된 안내풀리를 통해 제 1 스프라켓과 동축상에 위치한 감김풀리에 고정된 와이어로프와, 상기 와이어로프에 걸려 와이어로프를 따라 횡방향 파이프 내부에서 이동하는 링과, 상기 1 링에 일측단이 연결되고 그 타측단이 횡방향 파이프의 외부로 돌출되어 돗에 구비된 돗링과 연결되는 연결구로 구성되어 횡방향 파이프를 따라 돗을 안내하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드레일의 외측면 하단부에 돗구조물의 처짐을 방지하는 처짐방지부가 일체형으로 형성되고, 상기 처짐방지부의 상면에서 구름운동을 하는 제 1 받침롤러 및 가이드레일의 내부에서 구름운동을 하는 제 2 받침롤러가 돗구조물에 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원공급장치는 동력발생수단을 둘러싸는 레일형상으로 외부로부터 전기를 공급받는 전원공급레일과, 상기 전원공급레일에 접촉하여 구름운동을 하는 전원공급롤러가 구비되며 돗구조물에 고정되어 돗구조물과 함께 이동하여 돗구조물로 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임의 최상단에 위치한 횡방향 프레임에 서로 등간격을 갖도록 고정된 다수의 리미트 스위치와, 상기 체인에 설치되어 돗이 감기고 펴질 때 다수의 리미트 스위치와 순차적으로 접촉하여 돗의 펴짐정도를 감지토록 하는 접촉블록과, 상기 리미트 스위치에서 발생되는 스위칭신호를 수신하여 돗의 펴짐정도를 인식하는 한편, 다수의 리미트 스위치가 구비된 풍력감지수단에 의해 감지된 풍압과 돗의 펴짐정도를 비교하여 기어드모터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 구성을 나타낸 측면 예시도를, 도 2 는 본 발명의 구성을 나타낸 평면 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 동력발생수단의 구성을 나타낸 평면 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 돗구조물의 구성을 나타낸 정면 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 돗구조물의 구성을 나타낸 평면 예시도를, 도 6 는 A-A선을 따라 취한 단면 예시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 연결수단의 구성을 나타낸 평면 예시도를, 도 8 은 풍력감지수단의 구성을 나타낸 정면도를, 도 9 는 풍력감지수단의 구성을 나타낸 평면도를 도시한 것으로, 본 발명은 풍력에 의해 동력을 발생하도록 다수의 돗구조물(200)이 구비된 한쌍이 동력발생수단(100,100`)이 지지판(700)의 상부에 설치되어 두개의 동력발생수단(100,100`)에서 발생된 동력을 이용하여 전기발전을 하도록 구성되어 있다.

상기 동력발생수단은 철탑(600)의 상단부에 설치된 지지판(700)에 고정되어 있으며, 이 철탑(600)은 동력발생수단을 지면으로부터 높은 곳에 위치토록 하여 보다 큰 풍력을 얻을 수 있게 하는 것으로, 다수의 앵글이 종·횡으로 배열되어 구성되어 있으며, 여러개의 단위 철탑을 연결하여 구성할 수도 있다.

상기 지지판(700)은 철탑(600)의 상부에 설치되어 동력발생수단을 지지하는 한편, 바람의 방향에 따라 동력발생수단을 회전시키는 것으로, 도 1과 같이 상기 철탑(600)의 상부에 설치된 쟌넬(610)에 결합되는 상·하부롤러(711,712)가 구비된 원형레일(710)이 지지판(700)의 저면에 설치되고, 이 원형레일(710)에 마그넷 스위치(713)가 구비되며, 이 마그넷 스위치(713)에 의해 전후진하여 철탑(600)의 상부에 설치된 쟌넬(610) 외주면에 접촉함으로써 지지판(700)의 회전을 구속하는 제동블록(714)이 설치되어 있다.

상기 동력발생수단은 풍력을 이용하여 동력을 발생하는 것으로, 도 2와 같이 상기 지지판(700)의 횡방향 중심선(S1)을 기준으로 하여 상호 대칭구조를 갖도록 2개의 동력발생수단(100,100`)이 지지판(700)의 상부에 설치되어 있고, 이 한쌍의 동력발생수단(100,100`)은 전방에서 후방으로 갈수로 그 사이간격이 벌어지는 구조로 지지판(700)에 고정되어 있다.

상기 2개의 동력발생수단(100,100`)은 대칭구조이기는 하나 동일한 구성임으로 하나의 동력발생수단을 통해 그 구성을 설명하도록 한다.

상기 동력발생수단(100,100`)은 도 1 내지 도 3과 같이 수직방향에 대하여 높이차를 갖고 서로 평행한 상태를 유지하는 받침프레임(101) 및 덮개프레임(102)이 구비되고, 상기 받침프레임(101)이 다수의 받침대(106)에 의해 지지판(700)의 상부에 고정되어 있다.

상기 받침프레임(101)과 덮개프레임(102)의 사이에는 구동축(103)과 가이드축(104) 및 다수의 기둥(105)이 설치되고, 상기 가이드축(104) 및 다수의 기둥(105)은 두개의 프레임(101,102)을 연결하여 고정되는 반면, 구동축(103)은 양단이 두개의 프레임(101,102)에 각각 지지되어 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 상기 구동축(103)의 하부에는 돗구조물(200)에 의해 발생된 동력을 전달하기 동력전달체인(730,740)이 연결되는 구동스프라켓(107)이 구비되어 있다.

한편, 상기 가이드축(104)과 다수의 기둥(105)에는 가이드레일(110)이 설치되고, 이 가이드레일(110)은 도 3 및 도 4와 같이 구동축(103)과 가이드축(104) 및 다수의 기둥(105)을 둘러싸는 형상으로서 수직방향에 대하여 등간격으로 다수개가 설치되어 있으며, 그 내부에 스프라켓체인(120)이 설치되는 한편, 이 스프라켓체인(120)에 맞물리는 스프라켓(103`)이 구동축(103)상에 설치되어 있다. 또한, 상기 가이드레일(110)의 외측면 하단부에는 돗구조물(200)의 처짐을 방지하는 처짐방지부(111)가 일체형으로 형성되어 있다.

상기 돗구조물(200)은 가이드레일(110)에 구비된 스프라켓체인(120)을 따라 다수개가 등간격으로 설치되어 풍력에 의해 스프라켓체인(120)을 가이드레일(110) 내부에서 회전시켜 구동축(103)을 통해 동력을 발생하는 것으로, 도 4 내지 도 7과 같이 가이드레일(110)에 구비된 스프라켓체인(120)에 프레임(210)이 힌지결합되고, 이 프레임(210)에 돗(270)이 설치되는 한편, 풍력에 따라 돗(270)을 감고 펼 수 있는 기어드모터(250)와 코일스프링(260)이 구비되어 있다.

상기 프레임(210)은 스프라켓체인(120)에 힌지결합되는 다수의 횡방향 파이프(211,212,213)와, 상기 다수의 횡방향 파이프(211,212,213)를 연결하는 다수의 종방향 파이프(214)로 이루어지며, 상기 스프라켓체인(120)에 힌지결합된 횡방향 파이프(211,212,213)의 후방에는 프레임(210)의 역방향 회전을 방지하기 위한 지지브라켓(220)이 설치되어 있다. 즉 상기 지지브라켓(220)은 도 5와 같이 일측단이 횡방향 파이프(211,212,213)에 고정되고 그 타측단에 가이드레일(110)의 외면에 접촉하여 구름운동을 하는 다수의 롤러(221)가 구비된 "ㄴ" 형상으로 형성되어 스프라켓체인(120)에 의해 가이드레일(110)을 따라 이동하는 프레임(210)을 원활하게 이동시키고 바람이 부는 방향과 프레임(210)의 이동방향이 동일할 경우에는 프레임(210), 즉 돗구조물(200)이 펴진상태를 유지하고 바람의 방향과 역방향으로 이동할 때에는 접힌상태를 유지하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 횡방향 파이프(211,212,213)에는 제 1,2 받침롤러(218)가 구비되어 있고, 상기 제 1 받침롤러(218)는 가이드레일(110)의 처짐방지부(111)와 접촉하며 구름운동을 하고, 상기 제 2 받침롤러(219)는 가이드레일(110)의 내부에서 구름운동을 하도록 설치되어 돗구조물(200)의 원활한 회전과 함께 프레임(210)이 하중에 의해 아래로 처지게 되는 것을 방지하도록 구성되어 있다.

한편, 상기 프레임(210)의 최상단 및 최하단에 위치한 횡방향 파이프(211,212)의 양끝단에는 돗구조물(200)의 전방으로 연장되는 축고정 브라켓(215)과 연결축 고정브라켓(216)이 각각 설치되고, 이 축고정 브라켓(215)에 돗(270)이 감기는 드럼(240)이 설치되며, 연결축 고정브라켓(216)에 연결축(234)이 설치되어 있다.

즉, 상기 축고정 브라켓(215)에 의해 드럼(240)의 양단이 지지되고, 이 드럼(240)의 상하부로 연장된 고정축(241)에 제 2 스프라켓(231)이 설치되어 제 1 스프라켓(230)과 체인(280)에 의해 연결되며, 상기 드럼(240)이 제 2 스프라켓(231)를 관통하여 상하부로 연장되는 고정축(241)에 기어드모터(250)와 코일스프링(260)에 연결되도록 구성되어 있다.

상기 코일스프링(260)은 드럼(240)의 상부에 위치한 제 2 스프라켓(231)을 관통하여 연장된 고정축(241)에 설치되고, 그 일측 끝단이 제 1,2 스프라켓을 연결하는 체인(280)에 고정되어 있다. 이와 같이 체인(280)에 일측 끝단이 고정된 코일스프링(260)은 기어드모터(250)가 정방향으로 회전하여 후술되는 돗(270)이 드럼(240)에 감길때 늘어나 긴장상태를 유지하게 되며, 이후 기어드모터(250)가 역방향으로 회전하게 되면 코일스프링(260)이 이완됨과 동시에 로프(280)를 잡아당겨 돗(270)을 펼치도록 구성되어 있다.

상기 돗(270)은 상하변에 서로 등간격을 갖는 다수의 돗링(272)이 구비되어 있고, 이 돗링(272)이 연결수단(300)에 의해 프레임(210)에 연결되는 한편, 일측단이 드럼(240)에 고정되고 타측단에는 상하변을 연결하는 고정대(271)가 설치되어 있다.

상기 연결수단(300)은 프레임(210)과 돗(270)을 연결하는 한편, 드럼(240)에 의해 돗(270)이 감기거나 펼쳐질 때 돗(270)이 프레임(210)을 따라 원활하게 움직일 수 있게 하는 것으로, 프레임(210)의 최상단 및 하단에 위치한 횡방향 프레임(211,212)의 내부에 와이어로프(310)가 설치되고, 이 와이어로프(310)의 일측단이 드럼(240)에 고정되며, 그 타측단이 횡방향 파이프(211,212)에 설치된 안내풀리(232)를 통해 제 1 스프라켓(230)과 동축상에 위치한 감김풀리(233)로 고정되어 감기도록 구성되어 있다. 여기서 횡방향 파이프(211,212) 내부에 설치된 와이어로프(310)가 드럼(240)과 감김풀리(233)로 연결되기 위해 횡방향 파이프(211,212)의 측면 일부분이 절개되어 개방된 형상으로 형성되어 있다.

상기 감김풀리(233)는 횡방향 프레임(211,212)에 구비된 연결축 고정브라켓(216)에 양단이 지지된 연결축(234)에 설치되어 제 1 스프라켓(230)과 함께 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 드럼(240)과 제 1,2 스프라켓(230,231) 및 감김풀리(233)는 동일한 직경을 구비하여 같은 회전비율로 회전하도록 구성되어 있다.

한편, 상기 외이어로프(310)에는 다수의 링(320)이 걸려져 있고, 이 다수의 링(320)에는 연결구(330)의 일측단이 연결되어 있고, 이 연결구(330)의 타측단이 돗(270)에 구비된 돗링(272)에 연결되어 돗(270)과 프레임(210)을 연결하도록 구성되어 있으며, 이때 상기 링(320)과 연결된 연결구(330)가 횡방향 파이프(211,212)의 외부에서 돗링(272)에 연결될 수 있도록 횡방향 파이프(211,212)에는 길이방향으로 길게 연장된 가이드홀(217)이 형성되어 있다.

또한, 상기 돗(270)의 끝단에 설치된 고정대(271)와 제 1,2 스프라켓을 연결하는 체인(280)을 연결와이어(290)로 결속하여 돗(270)이 감기거나 펼쳐질 때 체인(280)도 함께 움직이도록 구성되어 있다.

한편, 상기 기어드모터(250)로 전기를 공급하기 위한 전원공급장치(400)가 동력발생수단(100,100`)에 설치되어 있으며, 이 전원공급장치(400)는 동력발생수단(100,100`)의 구동축(103)과 기둥(105) 및 가이드축(104)을 둘러싸는 레일형상으로서 외부로부터 전기를 공급받는 전원공급레일(410)과, 상기 전원공급레일(410)에 접촉하여 구름운동을 하는 전원공급롤러(420)가 구비된 전원공급부(430)가 돗구조물(200)에 고정되어 가이드레일(110) 따라 이동하는 돗구조물(200)의 기어드모터(250)로 전원을 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기 기어드모터(250)를 제어하여 풍력에 따라 돗(270)을 감거나 펼쳐 풍압작용면적을 제어하도록 도 8,9에 풍향감지수단(800) 및 풍력감지수단(500) 제시되어 있고, 상기 풍력감지수단(500)은 풍향감지수단(800)에 설치되어 있으며, 이 풍향감지수단(500)은 풍력발전장치가 설치된 지형에 따라 풍속을 측정할 수 있는 적절한 위치에 설치되며, 기어드모터(250)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 풍향감지수단(800)은 풍향 표시구(810)를 보유하고, 이 풍향 표시구(810)가 연결된 축(820)의 도중에는 제 1 캠플레이트(830)가 일체로 부착되어 축(820)과 함께 회전하며, 또한 제 1 캠플레이트(830)의 외주 일측에 전기적 신호를 발생시키는 제 1 리미트 스위치(840)가 설치되어 있다. 또한 상기 제 1 캠플레이트(830)에는 제 1 리미트 스위치(840)와 접촉하는 돌출캠(850)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 풍향감지수단(800)은 제 1 리미트 스위치(840)와 돌출캠(850)이 접촉되어 스위칭신호가 발생되었을때 마그넷 스위치(713)를 작동하여 철탑(600)의 쟌넬(610)과 제동블록(714)을 마찰시킴으로써 원형레일(710)의 회전을 구속하도록 구성되어 있다.

상기 풍력감지수단(500)은 상기 제 1 캠플레이트(830)의 상면에 설치되어 있으며, 이 풍력감지수단은(500)은 풍압 작용판(510)이 구비되고, 이 풍압 작용판(510)이 연결된 축(520)의 도중에 제 2 캠플레이트(530)가 일체로 부착되어 축(520)과 함께 회전하며, 이 제 2 캠플레이트(530)의 외주연 상하부에는 다수의 리미트 스위치(540,550) 및 상호 90°각도를 갖으며 풍향감지수단의 축에 걸려 제 2 캠플레이트의 회전범위를 90°로 제한하는 제 1,2 스토퍼(580,580`)가 설치되는 한편, 상기 제 2 캠플레이트(530)의 회전시 다수의 리미트 스위치(540,550)와 순차적으로 접촉하는 제 1,2 고정캠(531,531`)이 설치되고, 상기 풍압 작용판(510)이 제 1 캠플레이트에 설치된 또 다른 축(560)에 탄성부재(570)로 연결된 것으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 제 2 캠플레이트(530)의 상부에 설치된 다수의 리미트 스위치(540)는 제 2 캠플레이트(530)의 정방향 회전시 제 1 고정캠(531)에 접촉되어 풍력에 따라 단계별 스위칭 신호를 발생하고, 상기 제 2 캠플레이트(530)의 하부에 설치된 다수의 리미트 스위치(550)는 제 2 캠플레이트(530)의 역방향 회전시 제 2 고정캠(531`)에 접촉되어 풍력에 따라 단계별 스위칭 신호를 발생하도록 구성되며, 제어부(900)로 스위칭 신호를 전달하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 돗구조물을 구성하는 프레임(210)을 구성하는 횡방향 파이프(211)에는 도 5와 같이 돗을 펼침정도를 검출하기 위한 다수의 리미트 스위치(201)가 등간격으로 설치되고, 돗이 감기거나 펴질 때 이 다수의 리미트 스위치(201)과 순차적으로 접촉하게 되는 접촉블록(202)이 스프라켓체인(120)에 설치되며, 상기 리미트 스위치(201)에서 발생된 스위칭신호를 제어부(900)로 전달토록 구성함으로써, 이 제어부(900)가 돗구조물(200)에 구비된 리미트 스위치(201)와 풍력감지수단(500)에 구비된 리미트 스위치(540,550)에서 발생된 스위칭신호를 이용하여 풍력에 따라 기어드모터(250)를 제어하여 돗을 감거나 펼치도록 구성되어 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 풍력발전장치의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는 바람이 불게 되면, 돗구조물(200)을 통해 풍력을 받게 되며, 이때 다수의 돗구조물(200)이 구비된 동력발생수단(100,100`)은 지지판(700) 및 원형레일(710)에 의해 바람에 순응하는 방향으로 선회하게 된 후, 풍향감지수단(800)에 의해 마그넷 스위치(713)를 작동시킴으로서, 제동블록(714)을 쟌넬(610)의 외면에 밀착시켜 원형레일(710)의 선회를 구속하게 된다.

한편, 상기 동력발생수단(100,100`)의 외측에 위치한 돗구조물(200)은 지지브라켓(220)에 의해 풍력을 받을 수 있도록 펴진상태를 유지하게 되고, 동력발생수단(100,100`)의 내측에 위치한 돗구조물(200`)은 이와 반대로 힌지점(P)을 중심으로 회전하여 접힌상태를 유지하게 된다.

이처럼 동력발생수단(100,100`)의 외측에서 펼쳐진 상태를 유지하는 다수의 돗구조물(200)에 풍력이 작용하게 되면, 돗구조물(200)은 후방으로 밀리며 가이드레일(110)을 따라 이동하게 되며, 이때 다수의 돗구조물(200)이 스프라켓체인(120)에 의해 연결되어 있어, 스프라켓체인(120)에 맞물려있는 구동축(103)을 회전시키게 된다.

상기 구동축(103)이 회전되면, 이 구동축(103)과 동력전달체인(730,740)에 의해 연결된 보조스프라켓(720)이 회전하게 되고, 이 보조스프라켓(720)은 다시 구동체인(750)에 의해 회전축(760)에 연결되어 회전축(760)을 회전시키게 되며, 상기 보조스프라켓(720)은 두개의 동력발생수단(100,100`)에 각각 구비된 구동축(103)에 연결되어 각각의 동력발생수단(100,100`)에 발생된 동력을 모아서 회전축(760)으로 전달하게 된다.

이와 같이 회전축(760)에 전달된 동력에 의해 회전축(760)이 회전하게 되고, 이 회전축(760)에 연결된 베벨기어(770) 및 증속기(780)를 통해 발전기(790)로 동력을 전달하여 전기를 발전하게 된다.

한편, 상기 돗구조물(200)에 구비된 돗(270)은 풍력의 크기에 따라 감기거나 펼쳐져 풍압작용면적을 조절하게 된다. 즉 바람의 세기가 변화되었을 때 풍력감지수단(500)은 이를 감지하여 풍력에 따라 단계적인 전기적 신호를 발생하게 되며, 이 신호와 돗구조물(200)에 구비된 리미트 스위치(201)에서 발생된 신호를 제어부(900)에서 조합하여 바람의 세기에 따라 기어드모터(250)가 작동하여 드럼(240)을 회전시키게 된다. 본 실시예에서는 3개의 리미트 스위치(201)를 이용하여 드럼(240)에 돗이 완전히 감김상태와 반정도 감긴상태 및 완전히 펼쳐진 상태를 감지할 수 있도록 구성하였으며, 이는 사용자의 선택에 따라 변형가능함은 물론이다.

일예로서, 돗구조물(200)에 구비된 돗(270)이 완전히 펼쳐진 상태에서 바람의 세기가 강해질 경우, 제어부(900)에 의해 제어되는 기어드모터(250)에 의해 드럼(240)은 돗(270)을 감는 방향으로 회전하게 되고, 드럼(240)에 일측단이 고정된 돗(270)은 드럼(240)에 감기게 되며, 이때 드럼(240)에 일측단이 고정되고 타측단이 감김풀리(233)에 감긴 와이어로프(310)도 함께 감기게 된다.

또한 제 1,2 스프라켓(230,231)를 연결하는 체인(280)은 돗(270)의 끝단에 구비된 고정대(271)와 연결와이어(290)에 의해 결속되어 돗(270)이 감김과 동시에 코일스프링(260)을 인장시키는 방향으로 회전하게 된다.

이처럼 바람의 세기에 강해질 경우, 돗(270)이 드럼(240)에 감겨 풍압작용면적을 감소시키게 되고, 이후 다시 바람의 세기가 약해지게 되면, 풍력감지수단(500)에 의해 발생된 신호에 의해 기어드모터(250)가 역방향으로 회전하게 되며, 이때 코일스프링(260)은 체인(280)을 잡아당기게 되고, 이 로프(280)와 연결와이어(290)에 의해 연결된 고정대(271)를 잡아당기게 됨으로써 돗(270)을 펼쳐 풍압작용면적을 크게 할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다수의 돗을 이용하여 약한 바람에서도 원활한 전기발전은 물론이고, 보다 많은 양의 전기를 발전할 수 있으며, 바람의 세기에 따라 풍압작용면적을 자동으로 제어함으로써 태풍이나 돌풍으로 인한 장치의 파손을 방지할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 구성을 나타낸 측면 예시도

도 2 는 본 발명의 구성을 나타낸 평면 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 동력발생수단의 구성을 나타낸 평면 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 돗구조물의 구성을 나타낸 정면 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 돗구조물의 구성을 나타낸 평면 예시도

도 6 는 A-A선을 따라 취한 단면 예시도

도 7 은 본 발명에 따른 연결수단의 구성을 나타낸 평면 예시도

도 8 은 풍력감지수단의 구성을 나타낸 정면도

도 9 는 풍력감지수단의 구성을 나타낸 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(100)(100`) : 동력발생수단 (101) : 받침프레임

(102) : 덮개프레임 (103) : 구동축

(103`) : 스프라켓 (104) : 가이드축

(105) : 기둥 (106) : 받침대

(107) : 구동스프라켓 (110) : 가이드레일

(111) : 처짐방지부 (120) : 스프라켓체인

(200)(200`) : 돗구조물 (201) : 리미드 스위치

(202) : 접촉블록 (210) : 프레임

(211)(212)(213) : 횡방향 파이프 (214) : 종방향 파이프

(215) : 축고정 브라켓 (216) : 연결축 고정브라켓

(217) : 가이드홀 (218)(219) : 제 1,2 받침롤러

(220) : 지지브라켓 (221) : 롤러

(230) : 제 1 스프라켓 (231) : 제 2 스프라켓

(232) : 안내풀리 (233) : 감김풀리

(234) : 연결축 (240) : 드럼

(241) : 고정축 (250) : 기어드모터

(260) : 코일스프링 (270) : 돗

(271) : 고정대 (272) : 돗링

(280) : 체인 (290) : 연결와이어

(300) : 연결수단 (310) : 와이어로프

(320) : 링 (330) : 연결구

(400) : 전원공급장치 (410) : 전원공급레일

(420) : 전공공급롤러 (430) : 전원공급부

(500) : 풍력감지수단 (510) : 풍압 작용판

(520) : 축 (530) : 제 2 캠플레이트

(531)(531`) : 제 1,2 고정캠 (540)(550) : 리미트 스위치

(560) : 축 (570) : 탄성부재

(580)(580`) : 제 1,2 스토퍼 (600) : 철탑

(610) : 쟌넬 (700) : 지지판

(710) : 원형레일 (711) : 상부롤러

(712) : 하부롤러 (713) : 마그넷 스위치

(714) : 재동블록 (720) : 보조스프라켓

(730)(740) : 동력전달체인 (750) : 구동체인

(760) : 회전축 (770) : 베벨기어

(780) : 증속기 (790) : 발전기

(800) : 풍향감지수단 (810) : 풍향 표시구

(820) : 축 (830) : 제 1 캠플레이트

(840) : 제 1 리미트 스위치 (850) : 돌출캠

(900) : 제어부

Claims

다수의 앵글이 종·횡으로 배열되어 구성된 철탑이 지면에 고정되고, 이 철탑의 상부에 지지판이 설치되는 한편, 상기 지지판의 상부에 다수의 돗구조물이 구비된 동력발생수단이 설치되어 풍력을 이용해 전기발전을 하는 풍력발전장치에 있어서,

상기 동력발생수단은 다수의 받침대(106)에 의해 지지판(700)에 고정된 받침프레임(101)과, 상기 받침프레임(101)의 수직상방에 위치한 덮개프레임(102)과, 상기 받침프레임(101)과 덮개프레임(120)의 사이에서 받침프레임(101)과 덮개프레임(120)을 연결하도록 순차적으로 설치된 구동축(103)과 다수개의 기둥(105) 및 가이드축(104)과, 상기 구동축(103)과 가이드축(104) 및 기둥(105)을 둘러싸는 폐곡선 형상으로 수직방향에 대하여 등간격을 갖도록 기둥(105)에 고정된 다수의 가이드레일(110)과, 상기 구동축(103)에 구비된 스프라켓(103`)에 맞물려 회전하게 상기 가이드레일(110)의 내부에 설치된 스프라켓체인(120)과, 상기 스프라켓체인(120)에 일측이 고정된 프레임(210)이 구비되고, 이 프레임(210)에 지지되어 풍압을 받는 돗(270)이 구비되며, 상기 프레임(210)에 설치되어 돗(270)을 감거나 펼침으로서 풍압작용면적을 조절하는 드럼(240)이 구비되고, 이 드럼(240)을 회전시키는 코일스프링(260)과 기어드모터(250)가 드럼(240)의 상단과 하단에 각각 연결된 것으로 이루어진 다수의 돗구조물(200)로 구성되며,

상기 동력발생수단이 지지판(700)의 횡방향 중심선(S1)과 소정의 기울기를 갖으며 이 횡방향 중심선(S1)을 기준하여 상호 대칭구조를 갖도록 두개의 동력발생수단(100,100`)이 설치되고, 이 두개의 동력발생수단(100,100`)에 구비된 구동축(103)과 동력전달체인(730,740)에 의해 연결되어 각각의 동력발생수단에서 발생된 동력을 합치는 보조스프라켓(720)이 지지판(700)에 설치되며, 이 보조스프라켓(720)과 구동체인(750)에 의해 연결되어 발전기로 동력을 전달하는 회전축(760)이 구비된 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 돗구조물(200)은 스프라켓체인(120)에 일측단이 힌지결합된 다수의 횡방향 파이프(211,212,213) 및 이 다수의 횡방향 파이프를 수직방향으로 연결하는 다수의 종방향 파이프(214)로 구성된 프레임(210)과, 상기 프레임(210)의 최상단 및 최하단에 위치한 횡방향 파이프(211,212)의 양끝단에서 전방으로 연장되도록 설치된 축고정 브라켓(215) 및 연결축고정 브라켓(216)과, 상기 연결축고정 브라켓(216)에 의해 양단이 지지된 연결축(234)의 양끝단에 설치된 제 1 스프라켓(230)과, 상기 축고정 브라켓(215)에 의해 양단이 지지된 드럼(240)과, 상기 드럼(240)의 상하부로 연장된 고정축(241)에 설치되어 제 1 스프라켓(230)과 체인(280)에 의해 연결되는 제 2 스프라켓(231)과, 상기 드럼(240)의 상단부에 위치한 제 2 스프라켓(231)을 관통하여 연장되는 고정축(241)에 설치되고 그 일측 끝단이 제 1,2 스프라켓(230,231)을 연결하는 체인(280)에 고정된 코일스프링(260)과, 상기 드럼(240)의 하단부에 위치하는 제 2 스프라켓(231)을 관통하여 연장되는 고정축(241)에 연결되어 드럼(240)을 회전시키는 기어드모터(250)와, 상기 횡방향 파이프(211,212,213)의 후방에 일측이 고정되고 그 타측에 가이드레일(110)과 접하는 다수의 롤러(221)가 구비된 지지브라켓(220)과, 상기 드럼(240)에 일측단이 고정되어 드럼(240)에 감기고 연결수단(300)에 의해 상·하변이 프레임의 최상단 및 하단부에 위치한 횡방향 프레임(211,212)에 연결되어 안내되며 타측단에 상·하변을 연결하는 고정대(271)가 구비된 돗(270)과, 상기 고정대(271)와 체인(280)을 연결하는 연결와이어(290)로 구성되고, 상기 기어드모터(250)로 전기를 공급하기 위한 전원공급장치(400)가 동력발생수단(100,100`)에 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제 2 항에 있어서,

상기 연결수단(300)은 횡방향 파이프(211,212)의 내부에 설치되어 일측단이 드럼(240)에 고정되고 그 타측단이 횡방향 파이프(211,212)의 끝단부에 설치된 안내풀리(232)를 통해 제 1 스프라켓(230)과 동축상에 위치한 감김풀리(233)에 고정된 와이어로프(310)와, 상기 와이어로프(310)에 걸려 와이어로프를 따라 횡방향 파이프 내부에서 이동하는 다수의 링(320)과, 상기 링(320)에 일측단이 연결되고 그 타측단이 횡방향 파이프(211,212)의 외부로 돌출되어 돗(270)에 구비된 돗링(272)과 연결되는 연결구(330)로 구성되어 횡방향 파이프를 따라 돗을 안내하도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가이드레일(110)의 외측면 하단부에 돗구조물(200)의 처짐을 방지하는 처짐방지부(111)가 일체형으로 형성되고, 상기 처짐방지부(111)의 상면에서 구름운동을 하는 제 1 받침롤러(218) 및 가이드레일(110)의 내부에서 구름운동을 하는 제 2 받침롤러(219)가 돗구조물(210)에 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제 3 항에 있어서,

상기 전원공급장치(400)는 동력발생수단(100,100`)을 둘러싸는 레일형상으로 외부로부터 전기를 공급받는 전원공급레일(410)과,

상기 전원공급레일(410)에 접촉하여 구름운동을 하는 전원공급롤러(420)가 구비되며 돗구조물(200)에 고정되어 돗구조물(200)과 함께 이동하며 전원을 공급하는 전원공급부(430)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 풍력발전장치.
제 2 항에 있어서,

상기 프레임(210)의 최상단에 위치한 횡방향 프레임(211)에 서로 등간격을 갖도록 고정된 다수의 리미트 스위치(201)와, 상기 제 1,2 스프라켓을 연결하는 체인(280)에 설치되어 돗(270)이 감기고 펴질 때 다수의 리미트 스위치(201)와 순차적으로 접촉하여 돗의 펴짐정도를 감지토록 하는 접촉블록(202)과, 상기 리미트 스위치(201)에서 발생되는 스위칭신호를 수신하여 돗의 펴짐정도를 인식하는 한편, 다수의 리미트 스위치(540,550)가 구비된 풍력감지수단(500)에 의해 감지된 풍압과 돗의 펴짐정도를 비교하여 기어드모터(250)를 제어하는 제어부(900)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.