KR101163406B1 - 고효율 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AFPM(Axil Flux Permanent magnet) 코어리스(Coreless)형의 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중심부에 위치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 블레이드와, 상기 회전축에 결합되고, 외측 단부에는 마그네트를 수용하는 회전자가 결합되는 복수 개의 연결봉 및 내부에 코일이 구비되어지며, 상기 회전자가 통과되어지는 공간부가 형성되고 상기 회전축의 회전방향을 따라 원형으로 형성되며, 단면은 세로프레임과 가로프레임으로 이루어진 'm'형상으로 이루어지며, 상기 세로프레임 사이 각각의 공간부에 상기 마그네트가 수용된 회전자가 통과되도록 형성되는 고정자가 구비되는 것을 특징으로 하고 특히 코깅현상을 배제시키기 위해 여자철심이 없는 고정자가 구비되는 구조를 기술적 요지로 하여, 낮은 풍속으로 높은 전력을 발생시킬 수 있으며, 구조를 단순화하여 일상 생활에서 쉽게 활용할 수 있는 장점이 있다.

Description

고효율 풍력발전장치{A wind power generation apparatus for high-efficiency}

본 발명은 고효율의 AFPM(Axil Flux Permanent magnet) 코어리스(Coreless)형의 풍력발전장치에 관한 것으로, 마그네트와 코일의 교차로 인한 기전력이 발생되는 지점을 중심에서 이격된 외곽으로 형성시킴으로 선속도를 증가시켜 낮은 풍속으로 높은 효율을 얻을 수 있도록 한 고효율 풍력발전장치에 관한 것이다.

현재 전 세계적으로 지하자원의 고갈과 더불어 자연생태보호 차원에서 무한에너지원 또는 청정에너지원인 원자력, 수력, 화력, 조력, 풍력 또는 태양열 등을 이용한 발전장치의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 국가적인 차원에서도 투자 및 장려하는 추세가 이어지고 있다.

도 1은 종래의 풍력발전장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1의 A부분을 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 풍력발전장치는 발전기(1), 동체(2), 블레이드(3), 회전증속부(4), 타워(7)로 이루어진다.

동체(2)는 타워(7)의 상부에서 회전 가능하도록 설치되고, 동체(2)의 선단에는 블레이드(3)가 설치되며, 동체(2)의 내부에는 상기 블레이드(3)의 회전축(5)과 연결되어 회전력을 전달받는 회전증속부(4) 및 상기 회전증속부(4)와 연결되어 전기를 생성하는 발전기(1)가 연결된다.

상기 회전증속부(4)는 도 1 및 도 2에서와 같이, 상기 블레이드(3)의 회전축(5) 선단에 확장 형성된 플랜지부분에 결합되는 유성기어(20), 상기 유성기어(20)가 맞물려 회전되도록 내주면에 치차(40)를 갖는 링기어(30) 및 상기 유성기어(20)와 맞물리고 상기 발전기(1)와 연결되며 상기 링기어(30)의 중심에 위치되는 선기어(10)로 이루어진다. 상기 유성기어(20)는 선기어(10)와 링기어(30) 사이에 개재된 상태에서 블레이드(3)가 회전되면 회전축(5)이 동시에 회전되면서 유성기어(20)가 회전되는데 이때 상기 링기어(30)가 고정된 상태이면 선기어(10)가 회전되어 상기 선기어(10)와 발전기(1)를 연결하는 축이 발전기(1)를 작동시키게 된다.

상기 과정에서 블레이드(3)의 회전력이 회전축(5)을 통하여 회전증속부(4)의 유성기어(20)를 회전시키게 되고, 상기 유성기어(20)는 고정되어 있는 링기어(30)의 내주면에 형성된 치차(40)와 맞물리면서 회전하여 선기어(10)를 회전시키게 되며, 상기 선기어(10)의 회전은 블레이드(3)의 회전수 보다 증속된 회전수를 제공하게 되고, 선기어(10)의 축을 통해 발전기(1)를 작동시켜 전기를 얻게 된다.

그러나, 종래 풍력발전장치의 경우 풍속이 약할 경우 블레이드(3)의 낮은 회전수를 증폭시키기 위하여 회전증속부(4)가 더 구비되어 내부에 다수 개의 기어가 내장되어 복잡한 구조를 갖게 되고 일상 생활에서 사용되는 소형 장치에 구조를 접목시키기 어렵게 구성되는 등 문제점이 있어왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저속의 풍속으로 높은 전력을 발생시킬 수 있으며, 구조를 단순화하여 일상 생활에 쉽게 활용할 수 있도록 하는 고효율 AFPM(Axil Flux Permanent magnet)코어리스(Coreless)형의 풍력발전장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중심부에 위치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 블레이드와, 상기 회전축에 결합되고, 외측 단부에는 마그네트를 수용하는 회전자가 결합되는 복수 개의 연결봉 및 내부에 코일이 구비되어지며, 상기 회전자가 통과되어지는 공간부가 형성되고 상기 회전축의 회전방향을 따라 원형으로 형성되며, 단면은 세로프레임과 가로프레임으로 이루어진 'm'형상으로 이루어지며, 상기 세로프레임 사이 각각의 공간부에 상기 마그네트가 수용된 회전자가 통과되도록 형성되는 고정자가 구비되는 것을 특징으로 하고 특히 코깅현상을 배제시키기 위해 여자철심이 없는 고정자가 구비되는 것을 특징으로 한다.

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한편, 상기 고정자의 내부에는 상기 코일이 결합되어지는 스테이터가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축의 일측에 결합되며, 외부동력원을 통한 작동으로 상기 회전축을 회전시키는 회전체가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

우선, 기전력이 발생되는 코일과 마그네트를 중심부에서 외곽으로 위치시켜 선속도를 증가시키므로 낮은 풍속으로 높은 전력을 발생시킬 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 코일이 구비되는 고정자의 형상을 'm'형상으로 함으로써 세로프레임 중 가운데 위치하는 세로프레임의 내부에 코일이 더 구비되어 코일과 마그네트의 교차로 인한 유도기전력이 더 커질 수 있는 이점이 있게 된다.

한편, 구조를 단순화하여 일상생활에서 쉽게 활용할 수 있다는 이점이 있는 등 많은 효과가 기대된다.

도 1은 종래의 풍력발전장치를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 A부분의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치의 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치의 전체적인 구성을 나타낸 정면도이며 도 4는 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치의 단면도이다.

본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치는 회전가능하게 형성되는 회전축(100)과, 상기 회전축(100)에 결합되어 상기 회전축(100)을 회전시키는 블레이드(120)와, 상기 회전축(100)에 결합되며 내부에 마그네트(160)를 수용하는 회전자(140)와, 내부에 코일(220)이 구비되며 상기 회전자(140)가 통과되어지는 공간부(210)가 형성되고 상기 회전축(100)의 회전방향을 따라 원형으로 형성되는 고정자(200)와, 상기 회전자(140)와 상기 회전축(100)을 연결하는 연결봉(180)으로 구성된다.

상기 회전축(100)은 봉형상으로 이루어지며 양단이 회전가능하게 지지수단(미도시)에 결합되어지는데, 상기 지지수단은 상기 회전축을 회전시킬 수 있으며 전체 무게를 지탱할 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 바람직하다 할 것이다.

다음으로 상기 블레이드(120)는 상기 회전축(100)에 결합되며 그 형상은 이미 풍력발전장치에서 널리 사용되어지는 블레이드(120)를 참조하여 유선형으로 제작되는 것이 바람직하며 바람과의 마찰에 민감하게 반응하여 회전할 수 있다면 당업자에 의한 다른 변형도 가능하다.

다음으로 상기 회전자(140)는 상기 회전축(100)과 결합되는 연결봉(180)에 의해서 지지되어 상기 회전축(100)의 회전에 따라 회전이 되도록 제작되며, 내부에는 수납할 수 있는 공간이 형성되며 비자성체의 재질로 형성 되어진다.

그리고 상기 고정자(200)는 단면은 'm'형상으로 세로프레임(240)과 가로프레임(260)으로 형성되어, 상기 회전축(100)의 회전방향을 따라 원주방향으로 원형상으로 형성된다.

여기서, 상기 세로프레임(240)중 중간에 형성되는 세로프레임(240)에 의하여 2개의 공간부(210)로 나뉘어져 상기의 공간부(210)로 상기 회전자(140)가 통과되어지도록 제작되어 진다.

한편, 상기 고정자(200)의 내부에는 스테이트(280)가 더 구비되어 상기 스테이트(280)에 코어리스(coreless)로 코일(220)이 권취된다.

여기서, 상기 스테이트(280)는 비자성체인 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전축(100)의 일측에는 회전체(190)가 더 구비되어 외부의 동력원(미도시)에 의하여 상기 회전체(190)가 회전을 함으로 상기 회전축(100)을 회전시키는데, 블레이드(120)가 회전 되고있는 상태보다 초기 작동에 많은 에너지가 필요한 것을 외부동력원(미도시)에 의해서 작동시켜 에너지를 효율적으로 쓸 수 있으며 또한, 바람이 불지 않을 때에도 주기적으로 외부힘에 의하여 상기 회전체(190)를 회전시켜줌으로써 일정한 에너지를 공급받을 수 있도록 한다.

상기 회전체(190)는 상기 회전축(100)의 일축에 기어를 형성시켜 외부동력원(미도시)에 의해서 회전함으로 상기 회전축(100)을 회전 시키는 것이 바람직하며, 상기 회전체(190)를 풀리로 구성하여 상기 회전체(190)와 외부동력원(미도시)에 의하여 상기 회전축(100)을 회전시키는 것 또한 바람직하다 할 것이다.

이러한 본 발명에 따른 고효율 풍력발전장치의 작동에 대해 상세히 살펴보면,

도 4에 도시된 바와 같이, 바람과의 마찰로 인해 블레이드(120)가 회전을 하여 회전축(100)을 회전시켜며, 상기 회전축(100)과 연결봉(180)을 통하여 결합되는 회전자(140)가 상기 회전축(100)의 회전으로 연동되어 움직이게 된다.

여기서, 상기 회전자(140)의 내부에는 마그네트(160)가 구비되며, 고정자(200)를 형성하는 양측의 세로프레임(240)과 중간의 세로프레임(240)에 의하여 두 개의 공간부(210)로 나뉘어져 상기 마그네트(160)의 N극과 S극이 상기 고정자(200)의 각각의 공간부(210)를 통과하여 이동을 하며, 이때 마그네트(160)와 상기 고정자(200)의 내부에 형성되는 코일(220)간에 기전력이 발생하여 전기가 생성이 되어진다.

이상과 같이 본 발명은 저속의 풍속에도 높은 에너지를 발생하게 하는 고효율 풍력발전장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명은 기본적인 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100...회전축 120...블레이드
140...회전자 160...마그네트
180...연결봉 200...고정자
220...코일 240...세로프레임
260...가로프레임 280...스테이터

Claims (4)

1. 중심부에 위치되는 회전축(100);
   상기 회전축에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 블레이드(120);
   상기 회전축에 결합되고, 외측 단부에는 마그네트를 수용하는 회전자(140)가 결합되는 복수 개의 연결봉(180);및
   내부에 코일이 구비되어지며, 상기 회전자가 통과되어지는 공간부(210)가 형성되고 상기 회전축의 회전방향을 따라 원형으로 형성되며, 단면은 세로프레임(240)과 가로프레임(260)으로 이루어진 'm'형상으로 이루어지며, 상기 세로프레임 사이 각각의 공간부에 상기 마그네트가 수용된 회전자(140)가 통과되도록 형성되는 고정자(200);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력발전장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정자(200)의 내부에는 상기 코일이 결합되어지는 스테이터(280)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전축의 일측에 결합되며, 외부동력원을 통한 작동으로 상기 회전축을 회전시키는 회전체(190)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력발전장치.
   
   
   
   

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