KR100626265B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 풍력 발전기는, 전후 방향으로 길게 위치되는 풍차 프레임과; 상기 풍차 프레임에 구비된 수평축의 양측에 각각 설치되어 바람에 의해 회전하는 양쪽 풍차 날개와; 상기 풍차 날개의 양측면에 구비된 측면판과; 상기 풍차 날개의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 풍차 날개 쪽에서 상기 발전기 사이에 구비되어 회전수가 더 증가되어 전달되도록 하는 연속된 다단 풀리에 복수의 벨트가 연결된 구조를 갖는 동력전달수단과; 상기 풍차 날개가 항상 바람의 방향에 대하여 항상 정방향을 유지하도록 상기 풍차 프레임의 무게 중심으로부터 일정 간격 앞쪽을 회전 가능하게 지지토록 설치되는 풍차 지지대를 포함하여 구성됨으로써, 풍차 프레임이 항상 바람의 방향에 대하여 정방향으로 위치되어 보다 효율적으로 바람을 회전 동력으로 전환하여 전기를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

풍차, 발전기, 지지대, 역풍 방지판, 프레임, 풀리, 벨트

Description

풍력 발전기{Wind power generator}

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기가 도시된 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기가 도시된 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기가 도시된 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기에 사용되는 발전기가 도시된 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 풍차 프레임 16 : 풍차 지지대

20 : 풍차 날개 23 : 수평축

30 : 발전기 40 : 동력전달수단

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 바람이 부는 방향으로 자동 회전하면서 바람을 최대한 이용하여 발전 효율을 높일 수 있도록 한 풍력 발전기에 관한 것이다.

근래의 에너지 문제는 여러 가지 면에서 국제적인 문제로 대두되고 있는데 그 중에 하나는 화석 에너지의 사용에 따른 대기 오염을 들 수 있으며, 다른 하나는 화석 에너지의 고갈을 들 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 주로 화석 에너지를 연소시켜 생성되는 에너지를 전기 에너지로 변화시키는 화력 발전기를 대체하기 위해 물의 낙차를 이용하여 발전을 이루는 수력 발전기 및 파도의 주기적인 운동을 전기 에너지로 변환시키는 조력 발전기, 바람의 운동을 전기 에너지로 변환시키는 풍력 발전기 등이 개발되었다.

여기서, 일반적인 풍력 발전기는 주로 바람개비 모양의 풍차를 이용하여 바람에 의해 회전 운동되는 풍차의 구동력을 기어 등의 동력전달수단으로 발전기의 회전자를 구동시켜 회전자의 둘레면 내지는 내주면에 설치되는 고정자와의 전기적인 마찰에 의해 전기가 생성되도록 한다.

아울러, 종래의 풍력 발전기는 바람의 방향에 따라 상기 풍차가 지지되는 베이스 전체가 구동될 수 있도록 하는 장치가 설치되어 바람의 방향이 바뀌어도 이에 호환될 수 있도록 하는 방향전환장치가 구비되기도 한다.

그러나, 종래 기술에 의한 풍력 발전기는 바람개비 모양의 풍차 및 풍차의 방향을 변환시키는 구동장치 등이 설치되고, 이에 의해 연동되는 하나의 발전기에 의해 전기 에너지가 생성되기 때문에 바람의 운동이 풍차의 회전운동으로 변환되는 효율이 높지 않고, 초기 설치비용이 많이 소요되고 수명이 짧은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바람의 운동 방향에 따라 풍차가 회전함과 아울러 한 개의 지지대에 한 쌍의 풍차 날개를 구비하여 풍력을 최대한 이용할 수 있도록 구성함으로써 간단한 구조로 동력 발생 효율을 높일 수 있도록 하는 풍력 발전기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 전후 방향으로 길게 위치되는 풍차 프레임과; 상기 풍차 프레임에 구비된 수평축의 양측에 각각 설치되어 바람에 의해 회전하는 양쪽 풍차 날개와; 상기 풍차 날개의 양측면에 구비된 측면판과; 상기 풍차 날개의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 풍차 날개 쪽에서 상기 발전기 사이에 구비되어 회전수가 더 증가되어 전달되도록 하는 연속된 다단 풀리에 복수의 벨트가 연결된 구조를 갖는 동력전달수단과; 상기 풍차 날개가 항상 바람의 방향에 대하여 항상 정방향을 유지하도록 상기 풍차 프레임의 무게 중심으로부터 일정 간격 앞쪽을 회전 가능하게 지지토록 설치되는 풍차 지지대를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기가 도시된 도면으로서, 도 1은 측면도, 도 2는 평면도, 도 3은 정면도, 도 4는 발전기의 내부 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 풍력 발전기는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전후 방 향으로 길게 위치되는 풍차 프레임(10)과, 상기 풍차 프레임(10)에 구비된 수평축의 양측에 각각 설치되어 바람에 의해 회전하는 양쪽 풍차 날개(20)와, 상기 풍차 날개(20)의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(30)와, 상기 풍차 날개(20) 쪽에서 상기 발전기(30) 사이에 구비되어 회전수가 더 증가되어 전달되도록 하는 연속된 다단 풀리에 복수의 벨트가 연결된 구조를 갖는 동력전달수단(40)과, 상기 풍차 날개(20)가 항상 바람의 방향에 대하여 항상 정방향을 유지하도록 상기 풍차 프레임(10)의 무게 중심으로부터 일정 간격 앞쪽을 지지토록 설치되는 풍차 지지대(16)와, 상기 풍차 날개(20)의 앞부분에 설치되어 상기 풍차 날개(20)가 한 방향으로만 회전하도록 바람을 막아주는 역풍 방지판(25)으로 구성된다.

여기서 상기 풍차 프레임(10)은 전후 방향으로 길게 형성된 사각틀체형으로 이루어진다.

상기 풍차 날개(20)는 양쪽 측면판(21) 사이에 바람의 저항을 받는 다수의 날개부(22)가 방사형 구조로 배치된 구조로 이루어져, 상기 풍차 프레임(10)의 상부에 지지된 수평축(23)의 양쪽에 수레바퀴 구조와 비슷하게 설치된다.

상기 수평축(23)은 상기 풍차 프레임(10)의 상부에 수평 방향으로 위치된 상태에서 양쪽 부분이 베어링(24)을 통해 지지된다.

상기 역풍 방지판(25)은 상기 풍차 날개(20)의 하부 쪽에 바람이 부딪혀 저항이 발생하는 것을 방지토록, 상기 풍차 날개(20)의 하부쪽 앞부분을 가릴 수 있도록 상기 풍차 프레임(10)에 양단부가 고정되어 설치된다. 여기서 상기 역풍 방지판(25)은 양단부가 상기 풍차 프레임(10)의 상부와 하부에 각각 고정되는데, 상기 풍차 날개(20) 중심의 하부 쪽에 부딪히는 바람을 날개 중심의 상부 쪽으로 유도할 수 있도록 상측으로 갈수록 풍차 날개(20)와 가까워지는 유선형 경사 구조로 설치된다.

물론, 상기 역풍 방지판(25)은 상기 양쪽 풍차 날개(20)의 양쪽에 각각 설치된다.

상기 발전기(30)는 본 출원인이 특허출원하여 등록받은 '특허 418960호'에 개재된 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동력전달수단(40)에 일단이 연결되어 상기 풍차 날개(20)의 회전력에 의해 회전되는 구동축(31)과, 상기 구동축(31)에 축방향으로 다수개가 설치된 회전자(34)와, 상기 다수개의 회전자(34) 둘레면에 각각 설치되고 전자석으로 형성된 다수개의 고정자(32)와, 상기 풍차 조립체(10)의 회전력 크기에 따라 다수개의 고정자(32)에 선택적으로 전기를 공급하는 기전력 분배장치(36)로 구성된다.

상기 고정자(32)는 전자석으로 이루어져 상기 회전자(34) 둘레면에 소정의 간격으로 이격되게 설치되고, 상기 기전력 분배장치(36)에 의해 전류를 공급받아 전자력을 발산하게 된다. 상기 회전자(34)는 권선 코일로 이루어져 상기 구동축(31)의 축방향으로 다수개가 직렬로 설치되고, 상기 구동축(31)이 회전됨에 따라 함께 회전되며, 상기 고정자(32)가 전자력을 발생면 전기적 작용에 의해 상기 권선 코일에는 전기가 흐르게 된다.

상기 기전력 분배장치(36)는 상기 구동축(31)의 타단에 설치된 전기발생장치(37)와, 상기 전기발생장치(37)와 다수개의 고정자를 병렬로 연결하는 각각의 전기배선 상에 설치되고 상기 전기발생장치(37)에서 생성된 전압의 크기에 따라 전기의 공급을 단속하는 전기단속장치(38)로 구성된다. 여기서, 상기 전기발생장치(37)는 구동축(31)의 타단 외주에 권선코일로 이루어진 발전용 회전자(37a)가 설치되고, 상기 발전용 회전자(37a)의 둘레면에 영구자석으로 이루어진 발전용 고정자(37b)가 설치되어, 상기 구동축(31)과 함께 발전용 회전자(37a)가 회전되면서 기전력이 발생된다.

상기와 같이 전기발생장치(37)에서 생성된 기전력은 병렬로 연결된 전기배선을 통해 상기 다수개의 고정자(32)로 각각 전달된다. 그리고, 상기 전기공급장치(38)는 다수개의 고정자(32)로 전류가 입력되는 전기배선 상에 각각 설치되는 바, 상기 전기발생장치(37)에서 발생된 기전력의 크기를 측정하여 전기의 흐름을 단속하는 전기 메타(38a)와, 상기 전기 메타(38a)에 의해 전기를 공급받게 되면 단락된 전기배선을 접속시켜 상기 고정자(32)로 기전력을 공급하는 전기접속기(38b)로 구성된다. 즉, 상기 다수개의 전기공급장치(38)는 각각에 서로 다른 용량의 전기 메타(38a)가 설치되어 상기 전기발생장치(37)에서 발생된 기전력의 크기에 따라 상기 전기 메타(38a)의 일부는 기전력을 상기 전기접속기(38b)로 공급하게 되고, 나머지는 전기접속기(38b)에 기전력의 공급을 차단하게 된다. 이때, 상기 전기 메타(38a)로부터 기전력이 공급된 전기접속기(38b)는 단락된 상태의 전기배선을 연결시키게 되고, 상기 전기배선을 통해 상기 고정자(32)로 전기를 공급하여 상기 고정자(32)를 전자석화시키게 된다. 상기와 같은 전기 메타(38a)는 용량이 단계적으로 커지도록 다수개의 고정자(32)에 각각 설치되고, 아울러 설치된 다수개의 전기 메타(38a) 는 상기 전기발생장치(37)와 전기배선에 의해 병렬로 연결된다.

상기 동력전달수단(40)은, 상기와 같은 발전기(30)를 이용함에 따라 복잡한 구조의 기어 박스가 필요 없이 풍속 변화에 비례하여 전기 발전량을 얻으면서도 일정한 Hz와 전압(V)을 유지할 수 있도록, 풍차 날개(20)의 회전수가 더 많은 회전수로 변환되어 발전기(30)에 전달되도록 하는 2단 구조의 다단 풀리와 이 풀리를 연결하는 벨트들로 이루어진다.

즉, 상기 동력전달수단(40)은 상기 수평축(23)에 제1 큰 풀리(41), 중간축(45)에 제1 작은 풀리(42), 제1 큰 풀리(41)와 제1 작은 풀리(42)를 연결하는 제1 벨트(43)가 구성되고, 상기 중간축(45)에 제2 큰 풀리(46), 발전기(30)에 제2 작은 풀리(47), 상기 제2큰 풀리(46)와 제2 작은 풀리(47)를 연결하는 제2 벨트(48)로 구성되어, 상기 풍차 날개(20)의 회전수를 증가시켜 발전기(30)에 전달하게 된다.

상기 풍차 지지대(16)는 특정 위치에 수직으로 설치되는 지지대(17)와 상기 지지대(17)의 상측에 상기 풍차 프레임(10)에 연결되어 풍차 프레임(10)이 자유 회전토록 하는 지지축(18)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

풍차 프레임(10)의 전방으로부터 바람이 불게 되면, 바람의 풍차 날개(20)에 부딪히면서 회전하게 되고, 이렇게 회전하는 힘은 각각의 동력전달수단(40)을 통해 발전기(30)에 전달되어 전기를 발생시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 풍차 프레임(10)은 그 무게 중심의 앞쪽에서 풍차 지지대(16)에 의해 지지되고, 양쪽 풍차 날개(20)의 측면판(21)이 바람부는 정방향으로 이동되므로, 풍차 프레임(10)은 항상 바람의 방향에 대하여 정면으로 위치하게 된다.

또한, 풍차 날개(20)의 앞쪽에 설치되는 역풍 방지판(25)은 바람의 방향을 풍차 날개(20)에 집중시켜 줌으로써 풍차 날개(20)가 한쪽 방향으로 보다 원활하게 회전하면서 회전력을 발생시키도록 도와주게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 풍차 지지대로부터 풍차가 뒤쪽에 위치되도록 구성되기 때문에 풍차 프레임이 항상 바람의 방향에 대하여 마주하도록 회전되어 별다른 장치 없이 보다 효율적으로 바람을 회전 동력으로 전환시켜 전기를 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 앞쪽에 풍차 날개가 위치되고, 풍차 날개에 바람을 집중시키는 역풍 방지판이 설치되기 때문에 전체적으로 전방에서 불어오는 바람을 풍차 날개에 집중시켜 보다 높은 회전 동력을 얻을 수 있는 이점도 있다.

또한, 본 발명은 복잡한 기어 박스를 이용하지 않고도 다단 풀리를 이용한 동력전달장치를 이용하여 원활한 발전량을 얻을 수 있는 이점도 있다.

Claims (3)

1. 전후 방향으로 길게 위치되는 풍차 프레임과; 상기 풍차 프레임에 구비된 수평축의 양측에 각각 설치되어 바람에 의해 회전하는 양쪽 풍차 날개와; 상기 풍차 날개의 양측면에 구비된 측면판과; 상기 풍차 날개의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기와; 상기 풍차 날개 쪽에서 상기 발전기 사이에 구비되어 회전수가 더 증가되어 전달되도록 하는 연속된 다단 풀리에 복수의 벨트가 연결된 구조를 갖는 동력전달수단과; 상기 풍차 날개가 항상 바람의 방향에 대하여 항상 정방향을 유지하도록 상기 풍차 프레임의 무게 중심으로부터 일정 간격 앞쪽을 회전 가능하게 지지토록 설치되는 풍차 지지대를 포함한 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 풍차 날개의 앞쪽에는 상기 풍차 날개가 한 방향으로만 회전하도록 날개 중심 하부에 부딪히는 바람을 날개 중심 상부 쪽으로 이동시키는 유선형 구조의 역풍 방지판이 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 풍차 지지대는, 특정 위치에 수직으로 설치되는 지지대와; 상기 지지대의 상측에 연결되어 상기 풍차 프레임을 회전 가능하게 지지하는 지지축으로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.

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