KR100948058B1

KR100948058B1 - 풍력발전장치

Info

Publication number: KR100948058B1
Application number: KR1020070127072A
Authority: KR
Inventors: 이성중
Original assignee: 이성중
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2010-03-19
Also published as: KR20090059962A

Abstract

본 발명에 따른 풍력발전장치는, 프레임(10)의 일측면에 수평배치되는 수평지지축(20)과, 상기 수평지지축을 따라 왕복이동 가능하게 장착되는 풍차날개(30)와, 상기 풍차날개의 후방이동시 압축됨으로써 전방측으로 탄력반발하는 복귀스프링(40)과, 상기 풍차날개와 연결되어 풍차날개의 왕복이동에 의해 서로 반대방향으로 반복해서 당겨지는 제1릴케이블(50) 및 제2릴케이블(52)과, 상기 제1릴케이블이 그 일측단에 감기고, 상기 제2릴케이블이 타측단에 감기도록 구성되어 상기 양 릴케이블에 의해 회전되는 보빈(60)과, 상기 보빈에서 공급되는 회전동력에 의해 작동되는 발전기(70)를 포함하여 이루어진다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 풍력발전장치는, 풍차날개의 가동특성상 작동안정성이 뛰어나기 때문에 풍력을 이용한 발전효율 향상에 도움이 된다는 이점이 있다.

Description

풍력발전장치{wind power generater}

본 발명은 풍력에 의하여 풍차날개가 왕복작동됨으로써 발전작동을 수행하는 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력을 이용한 발전장치는 크게 바람에 의해 회전 작동되는 풍차날개와, 상기 풍차날개의 회전작동에 의해 발생되는 동력에 의해 발전작동을 행하는 발전기와, 풍차날개에서 발생되는 동력을 발전기로 전달하는 동력전달수단을 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 상기 풍차날개는 회전축 및, 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되고, 축방향에 대해 일정각도만큼 일정하게 기울어지게 배치된 다수개의 블레이드로 이루어져 있다.

이러한 종래 풍력발전장치에 의하면 상기 각 블레이드가 축방향에 대해 일정각도만큼 일정하게 기울어지게 배치됨으로써, 축방향으로 불어오는 바람의 힘에 의해 회전 작동되며, 이러한 회전작동이 동력전달수단에 의해 발전기로 전달됨으로써 발전기가 가동되어 발전(發電)이 이루어지는 것이다.

이러한 풍력발전장치는 무공해이며 무한정의 특성을 갖는 풍력을 에너지원으로 사용한다는 점에서 친환경적일 뿐만 아니라, 사용에 따른 비용이 크게 소요되지 않는다는 특징이 있다.

한편, 이와 같은 종래기술에 있어서, 일정수준이상의 전력발생을 위해서는 풍차날개의 회전력이 일정치 이상이 되어야 하며, 이러한 특성상 대형화된 풍차날개를 사용하는 것이 일반적이다.

따라서, 이러한 종래 풍력발전장치에 의하면, 강풍이 불거나 하는 경우 과도한 부하로 인해 풍차날개 등이 파손될 우려가 있으며, 풍차날개가 지나치게 빠른 속도로 회전되어 장치에 과부하가 걸림으로써 안정적인 전력공급이 이루어지지 않는 등의 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 풍차날개가 왕복동식으로 가동되며, 풍력의 크기에 따라 풍차날개가 풍력을 받는 면적이 조절되어 작동안정성이 향상된 풍력발전장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는, 프레임의 일측면에 수평배치되는 수평지지축과, 상기 수평지지축을 따라 왕복이동 가능하게 장착되는 풍차날개와, 상기 풍차날개의 후방이동시 압축됨으로써 전방측으로 탄력반발하는 복귀스프링과, 상기 풍차날개와 연결되어 풍차날개의 왕복이동에 의해 서로 반대방향으로 반복해서 당겨지는 제1릴케이블 및 제2릴케이블과, 상기 제1릴케이블이 그 일측단에 감기고, 상기 제2릴케이블이 타측단에 감기도록 구성되어 상기 양 릴케이블에 의해 회전되는 보빈과, 상기 보빈에서 공급되는 회전동력에 의해 작동되는 발전기를 포함하여 이루어진다.

상기 풍차날개는 원반형태의 메인플레이트와, 상기 메인플레이트의 외주면에 장착되어 일정치 이상의 풍력이 가해질 경우 탄력적으로 후방으로 젖혀지는 다수개의 보조플레이트를 포함하여 이루어진다.

상기 메인플레이트에는 전후로 관통되는 다수개의 에어홀이 형성되고, 상기 에어홀을 선택적으로 차단하는 덮개 및 덮개의 작동을 위한 액츄에이터가 구비됨으로써, 풍력에 의해 풍차날개가 후방으로 이동하였다가 복귀스프링에 의해 전방으로 이동하는 과정에서는 덮개가 열려서 에어홀이 개방됨으로써 풍력에 의한 저항이 감소되도록 이루어진다.

상기 보빈에는 그 회전동력을 발전기로 전달하기 위한 회전축이 연결되며, 상기 회전축과 보빈은 보빈이 일정방향으로 회전하는 경우에만 서로 연계되도록 구성된다.

상기 수평지지축의 전방측 선단에는 풍차날개의 이탈을 방지하는 걸림헤드가 구비되고, 상기 걸림헤드와 풍차날개 사이에는 풍차날개의 전방이동시 풍차날개와 걸림헤드의 과격한 충돌을 방지하는 완충스프링이 구비된다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는 상기 풍차날개의 메인플레이트의 가장자리를 관통하여 상기 수평지지축과 평행하게 상기 프레임에 설치되며, 서로 등간격으로 배치됨으로써 상기 풍차날개가 전후 이동시 기울어지지 않도록 하는 다수개의 지지대를 포함한다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는 상기 풍차날개의 왕복이동시 상기 보빈의 회전방향이 역전되는 과정에서는 보빈의 회전작동을 일지 정지시킴으로써 상기 양 릴케이블이 보빈에 엉키지 않도록 하는 브레이크수단을 포함한다..

상기 브레이크수단은 보빈에 구비된 브레이크 디스크 및 상기 브레이크 디스크를 압박하는 브레이크 라이너를 포함한다.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도 1부터 도 2b까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는 도 1에 나타난 것과 같이 프레임(10)과, 상기 프레임(10)의 일측면에 수평배치되는 수평지지축(20)과, 상기 수평지지축(20)을 따라 왕복이동 가능하게 장착되는 풍차날개(30)와, 상기 풍차날개(30)의 후방이동시 압축됨으로써 전방측으로 탄력반발하는 복귀스프링(40)과, 상기 풍차날개(30)와 연결되어 풍차날개(30)의 왕복이동에 의해 서로 반대방향으로 반복해서 당겨지는 제1릴케이블(50) 및 제2릴케이블(52)과, 상기 제1릴케이블(50)이 그 일측단에 감기고, 상기 제2릴케이블(52)이 타측단에 감기도록 구성되어 상기 양 릴케이블(50)(52)에 의해 회전되는 보빈(60)과, 상기 보빈(60)에서 공급되는 회전동력에 의해 작동되는 발전기(70)를 포함하여 이루어진다.

상기 프레임(10)은 후술된 바와 같이 상기 릴케이블(50)(52)이 내장될 수 있도록 일종의 박스형태로 이루어지며, 상기 수평지지축(20) 역시 릴케이블이 내장될 수 있는 중공축 형태로 이루어진다.

상기 수평지지축(20)의 표면에는 메인플레이트(32)와의 마찰저항을 감소시키기 위한 윤활그리스 등이 도포되며, 수평지지축(20)의 외면을 감싸는 벨로우즈 형태의 보호커버(24)가 장착되는 것이 바람직하다.

상기 풍차날개(30)는 대략 원반형태의 메인플레이트(32)와, 상기 메인플레이트(32)의 외주면에 장착되어 일정치 이상의 풍력이 가해질 경우 후방으로 젖혀지는 다수개의 보조플레이트(34)를 포함하여 이루어진다.

상기 보조플레이트(34)는 메인플레이트(32)의 외주면을 따라 이어지는 분할된 링형태로서, 메인플레이트(32)와 탄력적으로 결속되어 전후 회전가능하게 설치된다.

그리고, 상기 메인플레이트(32)에는 전후로 관통되는 다수개의 에어홀(32a)이 형성되고, 상기 에어홀(32a)을 선택적으로 차단하는 덮개(321)가 설치되는데, 상기 덮개(321)는 액츄에이터(미도시)에 의해 작동된다.

상기 제1릴케이블(50)은 그 일단이 상기 수평지지축(20)을 관통하여 메인플레이트(32)의 앞쪽(도면상 왼쪽)에 연결되며 타단이 보빈(60)의 전반부에 감기는 구조로 설치되며, 상기 제2릴케이블(52)은 그 일단이 상기 수평지지축(20)을 관통하여 풍차날개(30)의 메인플레이트(32) 뒤쪽(도면상 오른쪽)에 연결되며 타단이 보빈(60)의 후반부에 감기는 구조로 설치된다.

여기서, 상기 제1릴케이블(50)과 제2릴케이블(52)은 보빈(60)의 전후반부에서 각각 반대방향으로 감기게 된다.

상기 보빈(60)에는 그 회전동력을 발전기(70)로 전달하기 위한 회전축(62)이 연결되는데, 상기 회전축(62)은 보빈(60)의 중심부에 삽입 장착되며, 보빈(60)이 일정방향으로 회전하는 경우에만 보빈(60)과 연계되도록 설치된다.

그리고, 상기 회전축(62)과 발전기(70)는 회전축(62)의 회전속도 및 회전력을 적절하게 증감하는 다수개의 감속기어(72)에 의해 연결된다.

상기 수평지지축(20)의 전방측 선단에는 풍차날개(30)의 이탈을 방지하는 걸 림헤드(201)가 구비되고, 상기 걸림헤드(201)와 풍차날개(30) 사이에는 풍차날개(30)의 전방이동시 풍차날개(30)와 걸림헤드(201)의 과격한 충돌을 방지하는 완충스프링(22)이 구비된다.

그리고, 상기 풍차날개(30)는, 전후 이동하는 과정에서 일측으로 기울어지지 않도록 다수개의 지지대(80)에 의해 지지되는데, 상기 각 지지대(80)는 프레임(10)에 그 일단이 부착되는 구조로 설치되어, 풍차날개(30)의 메인플레이트(32)의 가장자리를 관통하여 상기 수평지지축(20)과 평행하도록 서로 등간격으로 배치된다.

또한, 본 발명에 따른 풍력발전장치는 상기 보빈(60)의 회전방향이 역전되는 과정에서는 보빈(60)의 회전작동을 일시 정지시키는 브레이크수단을 포함하여 이루어지는데, 상기 브레이크수단은 보빈(60)의 중심부에 구비된 브레이크 디스크(64) 및 이를 압박하는 브레이크 라이너(65)로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전장치의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일정크기 이상의 풍력이 풍차날개(30)에 가해지면 도 2a에 나타난 것과 같이 풍력에 의해 풍차날개(30)가 수평지지축(20)을 따라 후방으로 이동하게 되는데, 이때 제1릴케이블(50)은 풍차날개(30)를 따라 당겨지게 되고 보빈(60)의 전반부에 감겨진 제1릴케이블(50)의 일단이 풀리면서 보빈(60)을 일측방향으로 회전시키게 된다.

이러한 풍차날개(30)의 후방이동시에는 회전축이 보빈(60)과 연계되어 회전됨으로써 발전기(70)가 회전축(62)의 회전동력을 받아서 발전작동을 수행하게 된 다.

이때, 보빈(60)의 후반부에 감겨진 제2릴케이블(52)은 상기 제1릴케이블(50)과 감겨진 방향이 반대이기 때문에 보빈(60)에 감기게 되며, 복귀스프링(40)이 풍차날개(30)에 의해 탄성적으로 압착됨으로써 복귀력을 축적하게 된다.

그리고, 풍차날개(30)가 일정거리 이상 후방으로 이동된 다음에는 복귀스프링(40)의 탄발력에 의해 풍차날개(30)가 전방으로 복귀 이동하게 된다.

이때에는 도 2b에 나타난 것과 같이 메인플레이트(32)에 갖추어진 덮개(321)가 열려서 에어홀(32a)이 개방됨으로써 풍력에 의한 저항이 감소되며, 보빈(60)에 감긴 제2릴케이블(52)이 풀리면서 보빈(60)을 역방향으로 회전시키게 됨으로써 제1릴케이블(50)이 다시 보빈(60)에 감기게 된다.

이와 같은 풍차날개(30)의 전방이동시에는 회전축(62)이 보빈(60)과 연계되지 않기 때문에 보빈(60)만이 아이들링됨으로써 발전기(70)의 작동에 영향을 미치지 않게 된다.

풍차날개(30)가 전방으로 이동되는 과정에서는 완충스프링(22)에 의해 풍차날개(30)와 걸림헤드(201)가 강하게 충돌되는 현상이 방지되며, 풍차날개(30)가 전방으로 완전히 이동된 다음에는 에어홀(32a)이 닫힌 상태가 되고, 풍력에 의해 앞서 말한 바와 같이 풍차날개(30)가 다시 후방으로 이동하게 됨으로써 반복적이고 지속적이 발전작동이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면 강풍이 불거나 하여 적정치 이상의 과도한 풍력이 유발되는 경우에는 풍차날개(30)의 보조플레이트(34)가 뒤로 젖혀짐으로써 풍력을 받는 풍차날개(30)의 면적이 감소되기 때문에 풍력에 의해 풍차날개(30)가 파손되는 등의 현상을 예방할 수 있게 된다.

더욱이, 풍력이 과도할 경우에는 에어홀(32a)도 개방되도록 함으로써 풍차날개(30)가 파손되는 것을 더욱 적극적으로 예방할 수 있다.

풍차날개(30)의 작동시에는 메인플레이트(32)를 관통하여 설치된 지지대(80)에 의해 풍차날개(30)가 일측으로 기울어지는 것이 방지된다.

한편, 본 발명에 있어서 풍차날개(30)가 일측으로 완전히 다 이동한 다음에는 브레이크수단에 의해 보빈(60)이 회전되지 않도록 짧은 시간동안 멈추도록 함으로써 양 릴케이블이 엉키지 않게 된다.

이 같은 브레이크 작동이 필요한 것은, 풍차날개(30)의 왕복 이동과정에서는 앞서 말한바와 같이 양 릴케이블(50)(52)이 보빈(60)에 대해 서로 반대방향으로 감기거나 풀리는 작용을 반복하게 되는데, 이러한 특성상 경우에 따라서는 보빈(60)에 회전가속도가 붙어서 릴케이블이 풀리거나 감기는 속도 보다 보빈(60)이 회전하는 속도가 더욱 빨라질 수 있으며, 이러한 경우에 릴케이블이 미처 다 풀리거나 감기기 전에 보빈(60)의 회전방향이 급격히 반대로 전환되면, 릴케이블이 제대로 풀리거나 감기지 않고 엉키게 됨으로써 정상적인 작동이 이루어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 구조를 나타낸 개략도이다.

도 2a, 2b는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 작동상태를 나타낸 개략적인 예시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 프레임 20: 수평지지축

30: 풍차날개 32: 메인플레이트

32a: 에어홀 321: 덮개

34: 보조플레이트 40: 복귀스프링

50: 제1릴케이블 52: 제2릴케이블

60: 보빈 62: 회전축

70: 발전기 80: 지지대

Claims

프레임,

상기 프레임의 일측면에 수평배치되는 수평지지축,

상기 수평지지축을 따라 왕복이동 가능하게 장착되며, 원반형태의 메인플레이트와, 상기 메인플레이트의 외주면에 장착되어 일정치 이상의 풍력이 가해질 경우 탄력적으로 후방으로 젖혀지는 다수개의 보조플레이트로 구성된 풍차날개,

상기 풍차날개의 후방이동시 압축됨으로써 전방측으로 탄력반발하는 복귀스프링,

상기 풍차날개와 연결되어 풍차날개의 왕복이동에 의해 서로 반대방향으로 반복해서 당겨지는 제1릴케이블 및 제2릴케이블,

상기 제1릴케이블이 그 일측단에 감기고, 상기 제2릴케이블이 타측단에 감기도록 구성되어 상기 양 릴케이블에 의해 회전되는 보빈,

상기 보빈에서 공급되는 회전동력에 의해 작동되는 발전기

를 포함하는 왕복동식 풍력발전장치
삭제
제1항에 있어서,

상기 메인플레이트에는 전후로 관통되는 다수개의 에어홀이 형성되고,

상기 에어홀을 선택적으로 차단하는 덮개 및 덮개의 작동을 위한 액츄에이터가 구비됨으로써,

풍력에 의해 풍차날개가 후방으로 이동하였다가 복귀스프링에 의해 전방으로 이동하는 과정에서는 덮개가 열려서 에어홀이 개방됨으로써 풍력에 의한 저항이 감소되도록 이루어지는 것

을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제1항에 있어서,

상기 보빈에는 그 회전동력을 발전기로 전달하기 위한 회전축이 연결되며, 상기 회전축과 보빈은 보빈이 일정방향으로 회전하는 경우에만 서로 연계되도록 구성되는 것

을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제1항에 있어서,

상기 수평지지축의 전방측 선단에는 풍차날개의 이탈을 방지하는 걸림헤드가 구비되고,

상기 걸림헤드와 풍차날개 사이에는 풍차날개의 전방이동시 풍차날개와 걸림헤드의 과격한 충돌을 방지하는 완충스프링이 구비되는 것

을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제1항에 있어서,

상기 풍차날개의 메인플레이트의 가장자리를 관통하여 상기 수평지지축과 평행하게 상기 프레임에 설치되며, 서로 등간격으로 배치됨으로써 상기 풍차날개가 전후 이동시 기울어지지 않도록 하는 다수개의 지지대

를 포함하는 풍력발전장치.
제1항에 있어서,

상기 풍차날개의 왕복이동시 상기 보빈의 회전방향이 역전되는 과정에서는 보빈의 회전작동을 일지 정지시킴으로써 상기 양 릴케이블이 보빈에 엉키지 않도록 하는 브레이크수단

을 포함하는 풍력발전장치.
제7항에 있어서,

상기 브레이크수단은

보빈에 구비된 브레이크 디스크 및 상기 브레이크 디스크를 압박하는 브레이크 라이너

를 포함하는 풍력발전장치.