KR100554218B1

KR100554218B1 - Energy inverter that use turning force

Info

Publication number: KR100554218B1
Application number: KR1020050040282A
Authority: KR
Inventors: 이춘우; 박희창
Original assignee: 주식회사 탑솔; 한국기계연구원
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-02-22

Abstract

본 발명은 통상적인 회전식 기계장치에서 발생하는 에너지를 변환시켜 사용할 수 있도록 하는 것으로,The present invention is to convert and use the energy generated in the conventional rotary machinery,

더욱 상세하게는 풍력과 같은 회전력에 의하여 회전되는 회전식 기계장치에서 자력의 에너지를 주울(Joule) 열로 변환시켜 열매체 등 다양한 에너지로 변환시키는 것이 가능하도록 하는 회전력을 이용한 에너지 변환기에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to an energy converter using a rotational force that enables the conversion of energy of magnetic force into Joule heat and various energy such as heating medium in a rotary machine rotated by a rotational force such as wind power.

이러한 본 발명은 풍력에 의한 회전력으로 회전되는 회전자와 연결되는 회전 운동축을 사용하여 에너지를 제공함에 있어서, 상기 회전 운동축에 연결된 원기둥 형상의 영구자석을 통하여 와전류가 제공되는 발열장치와; 상기 발열장치의 외주면 전체를 감싸 와전류로 발열되고, 표면이 반원형으로 굴곡 형성된 발열체와; 상기 발열체가 부착된 발열장치를 내포하고, 열원으로 사용되는 열매체가 충전되는 탱크;로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention provides an energy using a rotating shaft connected to the rotor rotated by the rotational force by the wind power, the heating device is provided with the eddy current through the cylindrical permanent magnet connected to the rotating shaft; A heating element which is heated with an eddy current surrounding the entire outer circumferential surface of the heat generating device and whose surface is bent in a semicircular shape; And a tank containing the heat generating device to which the heat generating element is attached and filled with a heat medium used as a heat source.

열매체, 에너지, 주울 열, 회전력 Heat medium, energy, joule heat, torque

Description

Energy inverter that use turning force

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 설치상태도1 is an installation state diagram showing a preferred embodiment of the present invention

도 2 는 본 발명의 실시예에 대한 구체적인 설치상태 단면도Figure 2 is a cross-sectional view of a specific installation state for an embodiment of the present invention

도 3 은 본 발명의 일체형 영구자석에 대한 정면도Figure 3 is a front view of the integrated permanent magnet of the present invention

도 4 는 본 발명의 일체형 영구자석에 대한 사시도Figure 4 is a perspective view of the integrated permanent magnet of the present invention

도 5 는 본 발명의 실시예에 대한 발열체의 정면도5 is a front view of a heating element for an embodiment of the present invention;

도 6 은 본 발명의 실시예에 대한 조립상태 정면도6 is an assembled front view of an embodiment of the present invention.

도 7 은 본 발명의 발열체에 대한 다른 실시예의 정면도7 is a front view of another embodiment of the heating element of the present invention;

도 8 은 본 발명의 극이 여러개 형성된 영구자석에 대한 정면도8 is a front view of a permanent magnet formed with a plurality of poles of the present invention

도 9 는 본 발명의 극이 여러개 형성된 영구자석에 대한 사시도9 is a perspective view of a permanent magnet formed with a plurality of poles of the present invention

도 10 은 본 발명의 극이 여러개 형성된 영구자석에 대한 조립상태 정면도10 is an assembled front view of a permanent magnet in which a plurality of poles of the present invention are formed;

도 11 은 본 발명의 다른 실시예에 대한 설치상태도Figure 11 is an installation state for another embodiment of the present invention

도 12 는 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 설치상태도Figure 12 is an installation state for another embodiment of the present invention

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

10 : 회전력 11 : 회전자10: torque 11: rotor

12 : 회전 운동축 13 : 탱크12: rotary axis of motion 13: tank

14 : 열매체 20 : 발열장치14: heat medium 20: heating device

21, 23, 24 : 발열체 22 : 영구자석21, 23, 24: heating element 22: permanent magnet

30 : 제네레이터 31 : 증속기30 generator 31 gearbox

32 : 전력 변환기32: power converter

더욱 상세하게는 회전력에 의하여 회전되는 회전식 기계장치에서 자력의 에너지를 주울(Joule) 열로 변환시켜 열매체 등 다양한 에너지로 변환시키는 것이 가능하도록 하는 회전력을 이용한 에너지 변환기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an energy converter using a rotational force that converts energy of magnetic force into Joule heat and converts it into various energy such as a heating medium in a rotary machine rotated by the rotational force.

일반적으로 풍력발전시스템은 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기 역학적 특성을 이용하여 날개를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 발전기를 회전시켜 전기를 얻는 시스템이다.In general, the wind power generation system uses the aerodynamic properties of the kinetic energy of the air flow to rotate the blades to convert into mechanical energy and rotate the generator with this mechanical energy to obtain electricity.

이와 같은 풍력 시스템을 이루는 주요 구성을 보면 날개(회전자), 증속장치(기어박스), 발전기, 제어 및 안전장치, 그리고 부가적으로 이러한 구조물들을 지지 하는 지지철탑 등으로 구성된다.The main components of such a wind system consist of vanes (rotors), gearboxes (gearboxes), generators, controls and safety devices, and additionally steel towers supporting these structures.

회전자는 바람이 갖는 운동에너지를 날개가 갖는 기하학적 형상의 특성을 이용하여 양력(Lift force)으로 발생시켜 날개를 회전시켜서 날개와 연결된 회전자 축을 통해 기계적 회전력으로 변환시키는 역할을 하게 된다.The rotor generates the kinetic energy of the wind as a lift force by using the characteristics of the geometry of the wing to rotate the wing to convert the mechanical rotation force through the rotor shaft connected to the wing.

이 회전력을 증속장치를 통하여 발전기의 정격회전수로 증속한 후 발전기를 구동시켜 발전하는 원리가 있다.There is a principle that power is generated by driving the generator after increasing the rotational force to the rated rotational speed of the generator through the speed increaser.

상기 회전자가 회전시에는 회전자의 회전에 반작용하는 역풍이 발생하게 되는데, 종래에는 이러한 역풍의 영향을 감소시킬 수 있는 구조가 제시되지 않아 회전시 역풍에 따른 회전에너지의 손실이 발생하였다.When the rotor rotates, a counterwind is generated which reacts to the rotation of the rotor. In the related art, a structure capable of reducing the influence of the counterwind is not proposed, and thus rotation energy is lost due to the counterwind.

또한, 종래에는 대부분 회전자를 보호하는 장치 없이 발전을 하도록 풍력장치가 설치되는데, 이와 같이 개방된 회전자가 자연풍속에 의해서만 회전을 하게 되면 풍속이 작을 경우 회전자의 회전력이 작아 발전 효율에 문제가 있고, 이러한 개방상태로 회전자를 설치할 경우 발전시나 비발전시에 회전자가 쉽게 파손당할 수 있다는 구조적인 문제점이 있었다.In addition, in the related art, most of the wind turbines are installed to generate electricity without a device protecting the rotor. However, when the open rotor rotates only by the natural wind speed, the rotational force of the rotor is small when the wind speed is small, which causes problems in power generation efficiency. In addition, when the rotor is installed in such an open state, there is a structural problem that the rotor can be easily damaged during power generation or non-power generation.

또한, 상기 회전자는 일반적으로 FRP소재를 사용하여 가볍게 만들지만 일정 정도의 무게를 가지게 되고 바람에 의한 힘이 더해져 회전차 축을 지지하는 베어링에 큰 부하로 작용하게 된다.In addition, the rotor is generally made light using FRP material, but has a certain weight and the force of the wind is added to act as a large load on the bearing supporting the rotor shaft.

이에 따라 회전시의 마찰을 최소화하고 기계적 마찰을 피하기 위해 오일을 쓰거나 공기를 불어 넣는 방법을 취하고 있으나 기존의 베어링은 베어링의 종류에 관계없이 날개의 무게나 회전 속도에 의해 베어링 손실이 있다. Accordingly, in order to minimize the friction during rotation and to avoid mechanical friction, oil or air is used. However, conventional bearings suffer from bearing loss due to blade weight or rotational speed regardless of the type of bearing.

그러므로 베어링 손실에 의해서 풍속에 따른 회전자 축의 회전력의 감소가 발생하므로 같은 풍속에 대해 높은 회전력을 발생시키기 위해서는 베어링의 회전력이 거의 필요없는 베어링이 필요하다.Therefore, the bearing loss causes the reduction of the rotational force of the rotor shaft according to the wind speed. Therefore, in order to generate a high rotational force for the same wind speed, a bearing requiring little rotational force of the bearing is required.

또한, 기존의 풍력발전 시스템은 동기나 비동기 발전기를 사용하고, 이러한 발전기는 철심을 사용하여 철손이 발생하여 무겁고, 구리에 저항 손실이 발생하여 이에 따른 전류 밀도의 한계가 낮아서 기존 기술로는 고밀도화의 한계가 뚜렷하므로 무겁고 부피가 크며 효율의 한계에 도달한 실정이다.In addition, conventional wind power generation systems use synchronous or asynchronous generators, and these generators are heavy due to iron loss using iron cores, and resistance loss occurs in copper, resulting in a lower limit of current density. Since the limitations are clear, they are heavy, bulky and have reached the limits of efficiency.

그러나 이러한 종래의 풍력발전 시스템을 이용하여 전기에너지 또는 보일러 등은 막대한 비용과 유지비용을 필요로 하게 되며, 발전 시스템의 가동을 위한 손실 에너지의 발생이 많아 효율적인 측면에서 매우 불합리한 것이었다.However, by using such a conventional wind power generation system, the electric energy or the boiler requires enormous costs and maintenance costs, and the generation of lost energy for the operation of the power generation system is very unreasonable in terms of efficiency.

일반적으로 풍력을 이용한 발전 시스템에서는 필요로 하는 전기를 얻기 위하여 불필요하게 소모되는 에너지가 자주 발생하게 되며, 때로는 발생한 에너지를 전달 또는 변환하기 위한 에너지가 소모되고, 이러한 에너지는 소모에너지로 인하여 버려지는 문제점이 있는 것이다.In general, in a wind power generation system, energy that is unnecessarily consumed to generate electricity required is frequently generated, and sometimes energy for transferring or converting generated energy is consumed, and such energy is discarded due to energy consumption. Is there.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 풍력과 같은 회전력을 이용하여 제공되는 에너지를 이용하여 영구자석을 회전시키고, 이 영구자석의 회전으로 발열체에서 얻어지는 와전류를 통하여 주울 열을 제공하여 발열체 외부의 열매체에 에너지의 변환을 제공할 수 있도록 함을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve such a conventional drawback, and rotates the permanent magnet using the energy provided by using a rotational force, such as wind power, provides the joule heat through the eddy current obtained from the heating element by the rotation of the permanent magnet. In order to provide energy conversion to the heat medium outside the heating element.

본 발명은 다양한 방법으로 회전력(풍력)에 의해 제공된 에너지를 변환하여 활용할 수 있도록 함을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to convert and utilize the energy provided by the rotational force (wind power) in various ways.

본 발명은 바람(10)이 제공되는 방향으로 회전자(11)를 설치하여 제공되는 회전력(10)을 통하여 회전자(11)의 날개에 형성된 특수한 형태를 통하여 회전할 수 있도록 설치된다.The present invention is installed to rotate through a special shape formed on the blade of the rotor 11 through the rotation force 10 provided by installing the rotor 11 in the direction in which the wind 10 is provided.

상기 회전자(11)는 회전 운동축(12)이 연결되어 동시에 회전되도록 하며, 이 회전 운동축(12)에는 발열장치(20)가 연결되어 있다.The rotor 11 is connected to the rotary shaft 12 to be rotated at the same time, the heating shaft 12 is connected to the heating device 20.

발열장치는 회전 운동축(12)에 다수의 영구자석(22)으로 구성되어 있으며, 영구자석(22)은 원기둥 형상으로 형성되는 것이 가능하고, 원기둥 형상으로 형성된 영구자석(22)이 도 8 과 같이 다수개가 연결될 때 N극과 S극이 교대로 형성되거나 도 3 과 같이 하나의 원안에 N극과 S극이 한 개의 조각으로 결합하는 것이 가능하도록 한다.The heating device is composed of a plurality of permanent magnets 22 on the rotary shaft 12, the permanent magnet 22 can be formed in a cylindrical shape, the permanent magnet 22 formed in a cylindrical shape is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the N pole and the S pole are alternately formed, or the N pole and the S pole are combined in one piece as shown in FIG. 3.

발열장치(20)의 영구자석(22) 외측에는 발열체(23)가 원통형의 전도성 재료인 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등으로 형성되어 일체형이나 분리형으로 감싸지는 것이다.On the outside of the permanent magnet 22 of the heat generating device 20, the heat generating element 23 is formed of aluminum (Al), copper (Cu), or the like, which is a cylindrical conductive material, and is wrapped in an integral type or a separate type.

상기 발열체(23)는 영구자석(22)과 가까울수록 열효율이 높게 되므로 될 수 있는 대로 가깝게 간극을 유지할 수 있도록 제작한다.Since the heating element 23 is closer to the permanent magnet 22, the thermal efficiency is increased, so that the heating element 23 can maintain the gap as close as possible.

상기 발열체(23)는 일자형태의 원통형으로 형성하거나, 도 5 와 도 6 에 도시한 바와 같이 반원형의 요철이 연속해서 형성된 것이 연결되는 형태, 도 7 과 도 10 에 도시한 바와 같이 톱니형 발열체(24)로 형성하여 에너지를 외부로 발산시킬 수 있는 다양한 구조를 채택하는 것이 가능하다.The heating element 23 is formed in a cylindrical shape of a straight form, or as shown in Figures 5 and 6 are connected to a continuous form of semi-circular irregularities, as shown in Figures 7 and 10 sawtooth heating element ( 24, it is possible to adopt a variety of structures that can dissipate energy to the outside.

상기 영구자석(22)은 N극과 S극이 다수개 형성되도록 하는 것이 가능하며, 상기 영구자석(22)은 회전 운동축(12)을 중심으로 회전되는 것이므로 발열체(24)는 영구자석(22)의 외경에서 가장 가까운 거리에 내경을 형성하도록 하는 것이 좋다.The permanent magnet 22 may be formed so that a plurality of N poles and S poles, the permanent magnet 22 is to be rotated around the rotation axis 12, so that the heating element 24 is a permanent magnet 22 It is good to make the inner diameter closest to the outer diameter of).

상기 영구자석(22)의 외측으로 형성되는 발열체(23, 24)는 다양한 형태의 변경할 수 있는 것이며, 발열장치(20)의 외측은 회전 운동축(12)과 열결되는부분을 포함하여 일정한 크기의 탱크(13) 내부에 보관되도록 하는 것이다.The heating elements (23, 24) formed to the outside of the permanent magnet 22 can be changed in various forms, the outer side of the heating device (20) including a portion that is connected to the rotary motion shaft 12 of a predetermined size It is to be stored in the tank (13).

상기 탱크(13)의 내부에는 발열장치(20)를 전체면에서 감싸지도록 하며, 탱크(13)에는 열매체(14)가 충진된다.The inside of the tank 13 to wrap the heat generating device 20 in the entire surface, the tank 13 is filled with a heat medium (14).

열매체(14)는 통상적인 물이나 유류와 같은 액체를 말하는 것이며, 발열체(23)의 발열을 통하여 발생하는 열원을 에너지로 활용할 수 있도록 하는 것이다.The heat medium 14 refers to a liquid such as ordinary water or oil, so that a heat source generated through heat generation of the heat generating body 23 can be used as energy.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 회전력(10)이 공급되는 방향으로 회전자(11)가 위치할 수 있도록 하며, 이 회전자(11)에는 회전 운동축(12)이 연결되어 있어서 회전자(11)의 운동원을 통하여 회전될 수 있도록 한다.The present invention having such a configuration allows the rotor 11 to be positioned in the direction in which the rotational force 10 is supplied, and the rotor 11 is connected to the rotating shaft 12 by the rotor 11. It can be rotated through the source of motion.

회전 운동축(12)은 최대한 운동에 대하여 간섭을 받지 않도록 회전 가능하게 설치되며 회전력(10)의 공급으로 회전자(11)가 기하학적인 형상을 따라 회전되면서 회전 운동축(12)이 함께 회전된다.The rotary shaft 12 is rotatably installed so as to be free from interference with respect to the maximum movement, and the rotary shaft 12 is rotated together while the rotor 11 is rotated along the geometric shape by the supply of the rotary force 10. .

상기 회전 운동축(12)이 회전되면서 발생하는 운동에너지가 발열장치(20)인 영구자석(22)를 회전시키고 영구자석(22)이 회전되면서 자장을 변동시킬 때 발열체에서 발생하는 와전류(eddy current)를 통하여 발열체(23)의 내부에서 주울 열이 발생하고, 이렇게 발생하는 주울 열원을 통하여 발열체(23)가 발열되므로 발열체(23)의 발열은 탱크(13)의 내부에 충진된 열매체(14)를 가열시키게 된다.The eddy current generated in the heating element when the kinetic energy generated while the rotary shaft 12 rotates rotates the permanent magnet 22 which is the heating device 20 and the magnetic field is changed while the permanent magnet 22 is rotated. Joule heat is generated in the heat generating body 23 through the heat generation, and the heat generating body 23 is generated through the Joule heat source generated in this way, so that the heat generation of the heat generating body 23 is filled with the heat medium 14 inside the tank 13. Will be heated.

발열체(23)를 통하여 탱크(13)의 내부에서 발생한 열매체(14)에 흡수되면서 발열되는 것이다.The heat generating body 23 is absorbed by the heat medium 14 generated inside the tank 13 to generate heat.

열매체(14)가 발열되면서 물인 경우에는 온수 또는 보일러로 활용할 수 있으며, 유류인 경우에는 이를 활용하여 물을 데우는 데 사용되거나 다른 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 것이다.If the heat medium (14) is heated and water can be used as a hot water or a boiler, in the case of oil is to be used to heat the water or use it as another energy source.

상기 영구자석(22)은 한개의 원판형이나 영구자석(22)과 같이 다수개로 변경하는 것이 가능하다.The permanent magnet 22 can be changed to a plurality of disks, such as one disk or permanent magnet (22).

상기 발열체(23)는 원형으로 성형하여 사용하는 것이 가능하며, 반원형의 발열체(23) 또는 기어형의 발열체(24)로 사용하는 것이 가능하고, 발열체(23, 24)를 다양한 형태로 성형하는 것은 발열장치(20)로부터 발생하는 에너지가 외부로 용이하게 발산될 수 있도록 하기 위함이다.The heating element 23 can be molded in a circular shape, and can be used as a semi-circular heating element 23 or a gear-type heating element 24, and the heating elements 23 and 24 can be formed in various forms. This is to allow energy generated from the heat generator 20 to be easily dissipated to the outside.

이때, 발열장치(20)인 영구자석(22)은 발열체(23, 24)과 간격을 두고 떨어져 있어야 하는 것이나, 그 간격이 작을수록 에너지의 전달 효율이 향상됨을 알 수 있다.At this time, the permanent magnet 22, which is the heating device 20, should be spaced apart from the heating elements 23 and 24, but it can be seen that the smaller the interval, the better the energy transfer efficiency.

상기 발열체(23, 24)는 다양한 전도성 금속을 사용할 수 있으나, 비용과 효율을 판단하여 적정하게 활용하는 것이 좋다.The heating elements 23 and 24 may use a variety of conductive metals, but may be appropriately utilized by determining cost and efficiency.

상기 탱크(13)는 밸브(26')가 설치된 공급 파이프(26)와 밸브(27')가 설치된 배출 파이프(27)가 연결되어 열매체(14)를 공급 및 배출을 제어할 수 있도록 하였다.The tank 13 is connected to the supply pipe 26 provided with a valve 26 'and the discharge pipe 27 provided with a valve 27' to control supply and discharge of the heat medium 14.

한편, 본 발명은 도 11 에 도시한 바와 같이 탱크(13)의 내부에 열매체(14)를 충진하고 발열장치(20)만 사용하지 않고 제네레이터(30)를 적용하여 사용할 수 있는 것이다.Meanwhile, the present invention can be used by filling the heat medium 14 in the tank 13 and applying the generator 30 without using only the heat generator 20, as shown in FIG.

또한, 도 12 에 도시한 바와 같이 회전자(11)를 통하여 회전 운동축(12)이 회전되는 에너지는 증속기(31)를 통하여 증속된 후 제네레이터(30)와 발열장치(20)가 동시에 설치되어 있어서 열매체(14)를 통하여 에너지를 변환시키거나 외부의 전력 변환기(32)로 출력하여 전기를 생산할 수 있는 통상적인 방법으로 적용하는 것이 가능하다.In addition, as shown in FIG. 12, the energy in which the rotary motion shaft 12 is rotated through the rotor 11 is increased through the speed increaser 31, and then the generator 30 and the heating device 20 are installed at the same time. In this way, it is possible to apply energy in a conventional manner to convert energy through the heat medium 14 or output it to an external power converter 32 to produce electricity.

본 발명은 회전자(11)의 회전과 함께 회전 운동축(12)이 회전하면서 발생하는 에너지를 이용하여 영구자석(22)을 회전시킬 때 발열체(23)에서 주울 열 에너지가 발열될 때 발열체(23)를 통하여 열매체(14)를 발열시키도록 하는 에너지의 이용구조를 제공하는 것이므로 수개의 실시예를 제공하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 정도로 다양하게 실시할 수 있는 것이므로 이러한 변경 내지 실시는 본 발명의 권리범위를 벗어날 수 없을 것이다.According to the present invention, when the permanent magnet 22 is rotated by using the energy generated while the rotary shaft 12 rotates together with the rotation of the rotor 11, the heat generator 23 generates heat when Joule heat energy is generated. 23 is provided to provide a use structure of the energy to heat the heat medium 14 through, but several embodiments have been provided, but various implementations can be easily carried out by those skilled in the art to which the present invention pertains. Such modifications and implementations will not depart from the scope of the present invention as it may be.

본 발명은 풍력과 같은 회전력을 이용하여 제공되는 에너지를 이용하여 영구자석을 회전시키고, 이 영구자석의 회전력으로 얻어지는 에너지를 통하여 발열체에서 발생하는 주울 열을 제공하여 발열체의 외측으로 설치되는 열매체에 에너지의 변환을 제공하여 변환 에너지를 다양하게 활용할 수 있도록 하는 것이다.The present invention is to rotate the permanent magnet using the energy provided by using a rotational force, such as wind power, to provide Joule heat generated by the heating element through the energy obtained by the rotational force of the permanent magnet energy to the heat medium installed outside the heating element It is to provide a conversion of so that various uses of the conversion energy.

Claims

In providing energy using the rotary shaft 12 connected to the rotor 11 rotated by the rotational force 10 by the wind power,

A heat generating device (20) provided with an eddy current through a cylindrical permanent magnet (22) connected to the rotary shaft (12);

A heating element (23) formed around the entire outer circumferential surface of the heat generating device (20) to generate eddy currents, and the surface of which is curved in a semicircular shape;

Energy converter using a rotational force characterized in that consisting of; a tank (13) containing the heat generating device (20) to which the heat generating element (23) is attached, and filled with a heat medium (14) used as a heat source.

The energy converter using rotational force according to claim 1, wherein one or more permanent magnets (22) are integrally connected to the center by a rotational shaft (12) to provide rotational kinetic energy.

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