KR101171247B1 - 고효율 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 풍력 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전축이 사전에 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우 회전축에 발전 부하를 가하여 회전축을 감속시킴으로써 회전축의 감속시 소모되는 운동에너지를 이용하여 발전이 가능한 풍력 발전기에 관한 것이다.
본 발명의 고효율 풍력 발전기는 제 1발전부가 내장된 하우징에 회전가능하도록 지지되며 상기 발전부와 연결되는 회전축과, 회전축에 방사상으로 형성되며 바람에 의해 회전하는 다수의 블레이드들과, 회전축의 회전속도가 설정된 값에 도달하면 원심력에 의해 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축에 부하를 가하여 상기 회전축을 감속시킴과 동시에 제 2발전부를 구동하여 전기를 생성시키는 보조발전유니트를 구비한다.

Description

고효율 풍력 발전기{High-efficiency wind power generator}

본 발명은 고효율 풍력 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전축이 사전에 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우 회전축에 발전 부하를 가하여 회전축을 감속시킴으로써 회전축의 감속시 소모되는 운동에너지를 이용하여 발전이 가능한 풍력 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍차는 자연바람으로 블레이드를 회전시키게 되고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리게 됨으로써 전기적인 발전으로 변환시킨다.

이러한 방식을 풍력발전이라고 하는데, 풍력 발전용 풍차로는 네덜란드형 풍차로 대표되는 것으로 바람에 대해 회전축이 수평으로 되어 있는 수평축형 풍차와, 바람에 대해 회전축이 수직으로 되어 있는 수직축형 풍차가 알려져 있다.

이 중 수직축형 풍차에는 패들형이나 사보니우스형 등과 같이 블레이드에 발생되는 항력으로 풍차를 회전시키는 항력형과, 다리우스형이나 자이로밀형 등과 같이 블레이드에 발생되는 양력으로 풍차를 회전시키는 양력형이 알려져 있다.

즉, 전자는 불어 올리는 측을 향하는 블레이드의 저항을 작게 하여 항력차에 의해 풍차를 회전시키는 데 반해, 후자는 블레이드에 발생되는 양력에 의해 풍차를 회전시키도록 되어 있다.

상기 수직축형인 전자(항력형)의 경우, 주속비(블레이드의 에어 포일 단부 속도/풍속)가 1이 되면 풍차를 그 이상으로 회전시키는 모멘트가 발생되지 않아, 풍속이 올라가도 그 이상의 회전수를 얻을 수도 없고 발전 효율이 낮다는 문제가 있었다.

그리고 후자(양력형)의 경우 주속비가 1 이상에서는, 풍차의 공력 특성이 좋아져 풍차를 효율적으로 회전시키는 것이 가능하지만, 주속비가 1 이하에서는 풍차의 공력 특성이 나빠져 풍차를 회전시키는 모멘트가 작아진다. 또한, 기동 모멘트가 작아 정지 상태로부터의 기동이 매우 곤란해지는 결점이 있었다.

따라서 각각의 장단점을 고려하여 설치장소에 적합한 풍차를 선택하는 것이 바람직하다.

우리나라의 기후 환경은 외국과 달리 바람의 방향이 수시로 바뀔 뿐만 아니라 바람이 부는 영역 내에서도 풍향이 각기 다른 경우가 많을 뿐만 아니라 바람의 세기 또한 미풍이어서 우리나라에 적용되는 풍력발전기는 발전효율을 향상시키는 방향으로 개선되고 있는 실정이다.

따라서 태풍과 같이 바람의 세기가 매우 강한 강풍이 부는 경우 회전축의 회전속도는 사전에 설정된 속도를 초과함으로써 과도한 원심력이 작용하여 블레이드의 파손 및 발전기의 과열이 문제될 수 있다.

이를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제 0875438호에는 풍력발전장치용 회전속도 감속장치가 개시되어 있다.

상기 회전속도 감속장치는 강풍이 불면 조임볼트를 풀어 연동된 하우징과 헤드를 분리시킴으로써 고속회전하는 회전력 전달축이 공회전하도록 하는 구조를 갖는다. 이러한 회전속도 감속장치가 설치된 풍력발전장치는 강풍에서 장치를 보호할 수 있으나 회전력 전달축이 발전기와 분리되므로 발전을 할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 2개의 발전부를 설치하여 평상시에는 회전축이 하나의 발전부와 연결되어 발전을 할 수 있도록 하고, 강풍이 불어 회전축이 사전에 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우 회전축에 다른 발전부를 더 연결하여 발전 부하를 가함으로써 회전축을 감속시킴과 동시에 회전축의 감속시 소모되는 운동에너지를 이용하여 발전이 가능한 고효율 발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고효율 풍력 발전기는 제 1발전부가 내장된 하우징에 회전가능하도록 지지되며 상기 발전부와 연결되는 회전축과; 상기 회전축에 방사상으로 형성되며 바람에 의해 회전하는 다수의 블레이드들과; 상기 회전축의 회전속도가 설정된 값에 도달하면 원심력에 의해 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축에 부하를 가하여 상기 회전축을 감속시킴과 동시에 제 2발전부를 구동하여 전기를 생성시키는 보조발전유니트;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조발전유니트는 상기 회전축의 외측면에 결합되며 상기 회전축보다 더 큰 외경을 갖는 보스와, 상기 보스를 내부에 수용하도록 상기 회전축을 둘러싸며 상기 회전축과 동심원을 이루는 원통형의 축케이스와, 상기 축케이스의 내측면을 따라 회전가능하도록 설치되는 회전체와, 상기 보스에 설치되고 상기 회전축에 작용하는 원심력에 의해 상기 회전축의 바깥 방향으로 이동하여 상기 회전체와 연결되며 상기 회전체에 회전력을 제공하는 제동부와, 상기 보스에 일단이 결합되고 타단은 상기 회전체 방향으로 연장되는 한 쌍의 가이드바로 형성되며 상기 제동부의 이동을 가이드하는 안내부와, 상기 보스에 설치되어 상기 회전축에 작용하는 원심력이 감소하면 상기 제동부를 상기 보스방향으로 당겨 상기 회전체로부터 분리시키는 탄성부재와, 상기 회전체와 연결되어 상기 회전체의 회전시 상기 회전체의 회전력을 상기 제 2발전부에 전달하는 동력전달부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전체는 상기 축케이스의 내측면을 따라 형성된 지지프레임에 지지되며 상부에 다수의 톱니들이 형성된 링기어와, 상기 링기어의 내측면을 따라 설치되고 상기 보스 방향으로 돌출되어 형성된 디스크를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제동부는 상기 가이드바를 따라 상기 회전축과 직교하는 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 가이드바에 결합되고 일단은 상기 보스에 상하로 형성된 가이드홈에 상하로 슬라이딩 이동 가능하도록 결합되는 펜터그래프와, 상기 펜터그래프에 결합되며 상기 회전체에 밀착되어 마찰력을 발생시키는 마찰부재를 구비하고, 상기 펜터그래프는 상호 교차하는 한 쌍의 링크바들과, 상기 링크바의 일단에 각각 설치되어 상기 가이드 홈에 삽입되어 상기 가이드홈을 따라 슬라이딩 이동하는 롤러들과, 상기 링크바의 타단에 각각 형성되어 상기 마찰부재가 결합되는 패드들과, 상기 링크바들의 교차부위에 결합되어 상기 링크바들을 힌지결합시키고 상기 가이드바에 형성된 가이드홀에 결합되는 지지핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 동력전달부는 상기 링기어의 상부에 형성된 톱니와 치합하는 종동기어와, 상기 종동기어와 축결합되어 상기 축케이스의 내부에서 외부를 관통하여 설치되며 상기 제 2발전부와 연결된 종동축을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 2개의 발전부를 설치하여 평상시에는 회전축이 제 1발전부와 연결되어 발전을 할 수 있도록 하고, 강풍이 불어 회전축이 사전에 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우 회전축에 제 2발전부가 연결되어 발전 부하를 가함으로써 회전축을 감속시킬 수 있다.

따라서 회전축이 사전에 설계된 회전속도 범위를 초과함으로써 발생할 수 있는 발전기의 과열, 블레이드의 파손을 방지하여 장치를 보호한다.

또한, 강풍시에 제 1발전부의 발전 외에도 제 2발전부가 회전축과 연결되므로 회전축의 감속시 소모되는 운동에너지를 이용하여 추가적인 발전이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기를 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 요부를 발췌한 일부 절개 사시도이고,
도 3은 도 2의 일부는 나타낸 분리 사시도이고,
도 4 및 도 5는 도 1의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 풍력발전기의 요부를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 고효율 풍력발전기에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 예에서는 본 발명은 수직축형 풍차가 적용된 풍력발전기를 도시하고 있다. 통상적으로 수직축형 풍차에는 패들형이나 사보니우스형 등과 같이 블레이드에 발생되는 항력으로 풍차를 회전시키는 항력형과, 다리우스형이나 자이로밀형 등과 같이 블레이드에 발생되는 양력으로 풍차를 회전시키는 양력형이 있는 데, 본 발명은 항력형, 양력형 모두 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기는 크게 회전축(1)과, 블레이드(7)와, 제 1발전부와, 제 2발전부(130)를 갖는 보조발전유니트를 구비한다.

회전축(1)은 수직으로 형성된다. 회전축(1)에는 방사상으로 다수의 지지대(3)가 수평방향으로 연장되어 형성된다. 도시된 예에서는 회전축(1)의 상부 및 하부에 각각 4개의 지지대(3)가 90도 각도로 배치된다.

지지대(3)의 단부에는 환형의 고정프레임(5)이 결합된다. 고정프레임(5)은 회전축(1)의 상부 및 하부에 각각 형성된다. 상하 고정프레임(5) 사이에는 블레이드(7)가 설치된다. 블레이드(7)는 일정 간격으로 다수가 배치되어 회전축(1)의 주변에 방사상으로 설치된다. 블레이드(7)의 상하 양단은 상하 고정프레임(5)에 각각 고정된다. 도시된 예에서 블레이드(7)는 항력형을 나타내고 있으나, 상기에서 언급한 바와 같이 양력형을 이용할 수 있음은 물론이다. 바람이 불면 블레이드(7)에 항력이 작용하고, 각 블레이드(7)에 작용하는 항력은 회전축(1)을 회전시키는 회전모멘트로 작용한다.

회전축(1)의 하부는 축케이스(10)를 관통하여 하우징(15)에 지지된다. 축케이스(10)는 하우징(15)의 상부에 결합되는 것으로서, 하부가 개방된 원통형으로 형성된다. 축케이스(10)의 하단에는 플랜지(13)가 형성되어 하우징(15)의 상단에 형성된 플랜지(17)에 결합된다. 축케이스(10)에는 베어링 유니트(11)가 설치되고, 베어링 유니트(11)에는 하우징(15)으로 연장되는 지지축(1)이 결합된다. 축케이스(10)는 회전축(1)과 동심원을 이룬다.

하우징(15)은 내부가 빈 원통형으로서 지면에 고정설치되어 지면으로부터 일정 높이로 형성된다. 하우징(15)은 하부에 지면과 접촉하는 플랜지(19)가 형성되고, 플랜지(19)는 앵커볼트에 결합된다. 이와 같은 하우징(15)은 회전축(1)을 지지하는 지주 역할을 한다.

하우징(15)의 내부로 연장되는 회전축(1)은 제 1발전부(미도시)와 연결되어 전기를 발전한다. 제 1발전부는 회전자와 발전코일로 이루어져 회전축과 연결된 회전자가 회전할 때, 발전코일에서 전자기 유도에 의한 유도기전력이 발생되도록 한 것이다.그리고 회전축(1)과 제 1발전부 사이에는 회전축의 회전력을 증속시키는 증속부(미도시)가 더 설치될 수 있다. 증속부는 바람에 의해 회전하는 풍차의 회전력을 증속시키는 것으로 유성기어장치를 이용한다. 유성기어장치는 선기어와 선기어의 둘레를 자체 회전하면서 도는 유성기어의 조합으로 이루어져 회전력을 증속시킨다.

상술한 제 1발전부 및 증속부는 통상적으로 구성을 갖는 것으로, 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 특징인 보조발전유니트는 회전축(1)의 회전속도가 설정된 값에 도달하면 회전축(1)에 작용하는 원심력에 의해 회전축(1)과 연결되어 회전축(1)에 발전부하를 가함과 동시에 발전을 한다.

보조발전유니트의 일 예로 보스(20)와, 축케이스(10)와, 회전체(110)와, 제동부(40)와, 안내부와, 탄성부재와, 동력전달부(70)를 포함한다. 축케이스(10)는 상기에서 언급하였으므로 설명을 생략한다.

보스(20)는 축케이스(10)와 대응되는 위치의 회전축(1)에 형성된다. 보스(20)는 회전축(1)의 외주면에 형성되며 회전축(1)보다 더 큰 외경을 갖는다. 보스(20)의 외측면은 축케이스(10)의 내측면과 일정한 간격으로 유지된다. 보스(20)의 외측면에는 상하로 길게 형성된 수직의 가이드 홈(23)이 형성된다. 가이드 홈(23)은 입구가 좁고 내측에 넓은 형상으로 형성된다. 가이드 홈(23)은 더브테일 형상으로 형성되어도 무방하다. 가이드 홈(23)은 보스(20)의 외측에 180도 간격으로 2개가 형성된다. 이는 제동부(40)의 수와 동일하다. 가령 4개의 제동부(40)가 보스(20)에 방사상으로 형성되며 가이드 홈(23)도 90도 간격으로 4개가 형성된다.

회전축(1) 및 보스(20)와 동심원을 이루는 축케이스(10)의 내측면을 따라 형성된 지지프레임(100)에 회전체(110)가 설치된다. 지지프레임(100)은 축케이스(10)에 고정된 수직패널(101)과, 상기 수직패널(101)의 하부에 수평하게 형성된 수평패널(105)로 이루어진다. 수직패널(101)에는 회전체(110)와 결합하는 2개의 베어링 유니트(103)가 상하에 하나씩 설치된다. 그리고 수평패널(105)에는 회전체(110)의 회전을 가이드하기 위한 가이드돌기(107)가 형성된다.

회전체(110)는 축케이스(10)의 내측면을 따라 형성된 지지프레임(100)에 회전가능하도록 지지되는 링기어(111)와, 상기 링기어(111)의 내측면을 따라 설치되고 상기 보스(20) 방향으로 돌출되어 형성된 디스크(117)를 구비한다.

링기어(111)는 수직패널(101)에 장착된 베어링유니트(103)와 결합한다. 그리고 링기어(111)의 하부에 형성된 가이드 홈에는 수평패널(105)에 형성된 가이드 돌기(107)가 결합된다. 링기어(111)의 상부에는 다수의 톱니들이 형성된다. 톱니는 후술할 동력전달부의 종동기어(121)의 톱니와 치합한다. 링기어(111)의 톱니 형상은 종동기어(121)의 톱니의 형상과 대응되는 형상으로 형성된다.

디스크(117)는 보스(20)를 둘러싸는 환형으로 형성된다. 디스크(117)는 링기어(111)와 일체로 형성되거나 별도의 고정도구를 이용하여 링기어(111)에 결합될 수 있다. 도시되지 않았지만 L형의 브라켓을 디스크(117)와 링기어(111)가 만나는 상하 부분에 각각 나사로 결합시켜 고정시킬 수 있다.

제동부(40)는 보스(20)에 설치된다. 도시된 예에서는 제동부(40)는 2개가 설치되어있으나, 이와 달리 보스(20)의 외측면에 120도 간격으로 3개 또는 90도 간격으로 4개가 설치될 수 있음은 물론이다.

회전축(1)에 작용하는 원심력이 커지면, 즉 강풍이 부는 상황에서 회전축(1)의 회전속도가 증가되면 제동부(40)는 디스크(117)와 밀착되는 구조를 갖는다. 제동부(40)가 디스크(117)와 밀착되면 회전축(1)에는 부하가 가해진다. 따라서 회전축(1)은 부하만큼 회전속도가 줄어들게 된다.

제동부(40)는 일단이 보스(20)에 결합된 상태에서 회전축(1)에 작용하는 원심력의 크기에 따라 회전축(1)을 중심으로 바깥으로 벌어지거나 회전축 방향으로 당겨진다. 즉, 회전축(1)과 직교하는 방향으로 이동을 하게 된다. 이때 제동부(40)의 이동을 가이드하기 위한 안내부가 보스(20)에 설치된다. 도시된 예에서는 안내부로 한 쌍의 가이드바(25)로 이루어진다.

가이드바(25)는 일단이 보스(20)에 결합되고 타단이 회전축(1)과 직교하는 방향으로 일정 길이 연장되어 형성된다. 가이드바(25)는 보스(20)에 용접 등에 의해 결합될 수 있다. 가이드바(25)의 설치 높이는 디스크(117)의 설치 높이와 일치한다. 2개의 가이드바(25)는 보스(20)에 형성된 가이드 홈(23)을 사이에 두고 형성된다. 가이드바(25)에는 좌우로 길게 가이드 홀(27)이 형성된다. 안내부 역시 가이드 홈(23)과 마찬가지로 제동부(40)의 수와 동일한 수로 형성된다.

제동부(40)는 펜터그래프와, 펜터그래프의 단부에 결합된 마찰부재(50)를 구비한다. 펜터그래프는 상호 교차하는 한 쌍의 링크바들(41)(43)과, 링크바(41)(43)의 일단에 각각 설치되어 가이드 홈(23)에 삽입되어 가이드홈을 따라 상하로 슬라이딩 이동하는 롤러들(45)과, 링크바(41)(43)의 타단에 각각 형성되어 마찰부재(50)가 결합되는 패드(49)와, 링크바들(41)(43)의 교차부위에 결합되어 링크바들(41)(43)을 힌지결합시키고 가이드바(25)에 형성된 가이드홀(27)에 결합되는 지지핀(47)을 구비한다.

각 링크바(41)(43)는 직선형태의 제 1부와, 제 1부에서 연장되되 서로 마주하는 방향으로 절곡되어 형성된 제 2부로 구분된다. 제 1부는 X자 형태로 교차된다. 교차부위에는 지지핀(47)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 관통홀(42)이 각각 형성된다. 지지핀(47)은 어느 하나의 가이드바(25)의 가이드홀(27)을 통과하여 두개의 링크바(41)(43)의 관통홀(42)을 통과하고 다른 가이드바(25)의 가이드홀(27)로 삽입된다. 지지핀(47)의 단부는 너트에 의해 결합된다. 지지핀(47)의 직경은 가이드 홀(27)의 상하 폭보다 더 작게 형성되어 가이드 홀(27)을 따라 슬라이딩 이동할 수 있도록 한다.

패드(49)는 제 2부의 단부에 형성된다. 패드(49)는 사각 판형으로 형성되어 마찰부재(50)를 지지한다. 마찰부재(50)는 디스크(117)의 상하에서 각각 밀착되어 마찰력을 발생시킨다. 마찰부재(50)는 유기결합제나 충전제로 석면이나 섬유를 굳혀서 만든 것으로서, 통상적인 브레이크 라이닝과 동일하다.

상기의 구조를 갖는 펜터그래프는 회전축(1)의 회전속도가 증가함에 따라 회전축(1)의 바깥 방향으로 원심력이 작용한다. 따라서 2개의 링크바(41)(43)가 교차하는 각도가 작아지면서 교차부위에 결합된 지지핀(47)이 가이드 홀(27)을 따라 수평으로 이동한다. 이에 따라 두 개의 패드(49)는 회전축(1)의 바깥 방향으로 점진적으로 이동함과 동시에 디스크(117) 방향으로 이동하여 디스크(117)의 상하부에 각각 밀착된다.

그리고 회전축(1)에 작용하는 원심력이 감소하면 링크바(41)(43)를 회전축 방향으로 당겨 마찰부재(50)를 디스크(117)로부터 분리시킬 수 있도록 탄성부재가 설치된다. 탄성부재로 스프링(55)을 이용한다. 스프링(55)의 일단은 보스(20)에 형성된 고정부(53)에 결합되고, 타단은 어느 하나의 링크바(49)에 결합된다. 스프링(55)은 항상 링크바를 회전축 방향으로 탄성바이어스시킨다. 따라서 원심력이 크지 않은 평상시의 회전속도에서 마찰부재는 스프링(55)의 탄성력에 의해 디스크(117)와 분리된 상태이다.

회전축(1)의 회전속도가 증가하게 되면 회전축(1)에 작용하는 원심력이 스프링의 탄성력보다 커지게 되어 마찰부재(50)가 디스크(117)에 밀착된다. 디스크가 마찰부재와 밀착되면 회전체는 회전하게 된다. 이때 링기어(111)는 동력전달부의 의해 제 2발전부와 연결된다.

동력전달부(120)는 상기 링기어(111)의 상부에 형성된 톱니와 치합하는 종동기어(125)와, 상기 종동기어(125)와 축결합되어 상기 축케이스(10)의 내부에서 외부를 관통하여 설치되며 상기 제 2발전부(130)와 연결된 종동축(125)을 구비한다. 종동기어(121)는 일 예로 베벨기어를 이용할 수 있다. 링기어(111)가 회전하게 되면 링기어(111)와 치합하는 종동기어(121)가 회전하여 회전력을 제 2발전부(130)로 전달한다.

제 2발전부(130)는 축케이스(10)의 외측에 설치된다. 도시된 예에서는 제 2발전부(130)가 2개 설치되어 있으나, 하나 또는 3개 이상의 설치될 수 있다. 제 2발전부(130)는 원통형의 커버 내부에 회전자와 발전코일이 내장되어 종동축(125)과 연결된 회전자가 회전할 때, 발전코일에서 전자기 유도에 의한 유도기전력이 발생되어 발전한다. 이러한 제 2발전부(130)는 통상적인 발전 구조를 갖는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 2개의 발전부를 설치하여 평상시에는 회전축이 제 1발전부와 연결되어 발전을 할 수 있도록 하고, 강풍이 불어 회전축이 사전에 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우 회전축이 제 2발전부와 더 연결되어 발전 부하를 가함으로써 회전축을 감속시킴과 동시에 회전축의 감속시 소모되는 운동에너지를 이용하여 제 2발전부에서 추가적인 발전이 가능하다.

그리고 본 발명은 제 2발전부(130)에서 생성된 전기를 이용하여 수소를 발생시키는 수소발생수단을 더 구비할 수 있다. 도시되지 않았지만 수소발생수단으로 제 2발전부에서 생성된 전기가 충전되는 축전지와, 축전지로부터 공급되는 전기를 이용하여 물을 전기분해하는 전기분해조와, 전기분해조에서 생성된 수소 및 산소의 혼합가스를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 혼합가스를 저장하는 저장탱크를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 풍력발전장치에 적용된 제동부를 도 6에 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 제동부(60)는 회전축(1) 외측에 형성된 안내부와, 안내부를 따라 회전축(1)과 직교하는 방향으로 이동하는 슬라이더(65)와, 슬라이더(65)에 결합되어 디스크(90)에 밀착되어 마찰력을 발생시키는 마찰부재(71)를 구비한다.

안내부는 회전축(1)의 외측면에 형성된 보스(20)에 돌출되어 형성된 봉 형상의 가이드바(61)와, 가이드바(61)의 단부에 형성된 스토퍼(63)로 이루어진다. 가이드바(61)는 일단이 보스(20)에 결합되고 타단은 회전축(1)과 직교하는 방향으로 연장되어 형성된다. 스토퍼(63)는 가이드바(61)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다.

슬라이더(65)는 몸체(67)와, 몸체(67)의 상부에 형성되며 몸체(67)의 단면적보다 더 확장된 단면적을 갖는 패드(69)를 포함한다. 슬라이더(65)의 내부에 가이드바(61)를 수용하는 원통형의 수용공간(68)이 형성된다. 수용공간(68)의 직경은 스토퍼(63)의 외경보다 더 크게 형성된다. 그리고 몸체(67)의 하부에 고정턱(66)이 형성되어 수용공간(68)의 입구를 형성한다. 수용공간(68)의 입구 직경은 가이드바(61)의 외경보다는 더 크고, 스토퍼(63)의 외경보다는 더 작다.

마찰부재(71)는 패드의 바깥 면에 형성된다. 마찰부재는 통상적인 브레이크 라이닝 소재와 동일하다. 마찰부재(71)의 바깥면은 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다. 마찰부재(71)의 바깥면은 디스크(10)의 내측면 곡률반경과 동일하거나 유사하도록 형성한다.

상기의 구성을 가지는 제동부(60)는 보스(20)의 외측면에 방사상으로 90도 간격으로 4개가 형성된다. 그리고 디스크(90)의 상하폭은 마찰부재(71)와 접촉되는 면적을 크도록 하기 위해 마찰부재(71)의 상하폭과 동일하거나 더 크게 형성한다.

회전축(1)에 작용하는 원심력이 감소하면 각 제동부의 슬라이더(65)를 회전축 방향으로 당겨 마찰부재(71)를 디스크(90)로부터 분리시킬 수 있도록 탄성부재가 가이드바(61)에 설치된다. 탄성부재로는 스프링(75)을 이용한다. 스프링(75)의 일단은 스토퍼(63)에 지지되고, 타단은 고정턱(66)에 지지된다. 스프링(75)은 항상 슬라이더(65)를 회전축 방향으로 탄성바이어스 시킨다. 따라서 평상시의 회전속도에서는 마찰부재(71)는 스프링(75)의 탄성력에 의해 디스크(90)와 분리된 상태이다.

회전축(1)의 회전속도가 증가하게 되면 원심력이 스프링(75)의 탄성력보다 커지게 되어 슬라이더(65)는 가이드바(61)를 따라 회전축(1)의 바깥 방향으로 점진적으로 이동한다. 그리고 회전속도가 일정 속도를 초과하게 되면 슬라이더(65)는 바깥방향으로 더 이동하게 되고, 그에 따라 마찰부재(71)가 디스크(90)와 밀착된다. 마찰부재(71)가 디스크(90)와 밀착됨에 따라 제 2발전부를 구동시켜 발전함과 동시에 회전축(1)을 감속시킨다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 회전축 7: 블레이드
10: 축케이스 15: 하우징
20: 보스 23: 가이드홈
25: 가이드바 27: 가이드홀
40: 제동부 41: 링크바
49: 패드 50: 마찰부재
100: 지지프레임 110: 회전체
120: 동력전달부 130: 제 2발전부

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 제 1발전부가 내장된 하우징에 회전가능하도록 지지되며 상기 발전부와 연결되는 회전축과;
   상기 회전축에 방사상으로 형성되며 바람에 의해 회전하는 다수의 블레이드들과;
   상기 회전축의 회전속도가 설정된 값에 도달하면 원심력에 의해 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축에 부하를 가하여 상기 회전축을 감속시킴과 동시에 제 2발전부를 구동하여 전기를 생성시키는 보조발전유니트;를 구비하고,
   상기 보조발전유니트는 상기 회전축의 외측면에 결합되며 상기 회전축보다 더 큰 외경을 갖는 보스와, 상기 보스를 내부에 수용하도록 상기 회전축을 둘러싸며 상기 회전축과 동심원을 이루는 원통형의 축케이스와, 상기 축케이스의 내측면을 따라 회전가능하도록 설치되는 회전체와, 상기 보스에 설치되고 상기 회전축에 작용하는 원심력에 의해 상기 회전축의 바깥 방향으로 이동하여 상기 회전체와 연결되며 상기 회전체에 회전력을 제공하는 제동부와, 상기 보스에 일단이 결합되고 타단은 상기 회전체 방향으로 연장되는 한 쌍의 가이드바로 형성되며 상기 제동부의 이동을 가이드하는 안내부와, 상기 보스에 설치되어 상기 회전축에 작용하는 원심력이 감소하면 상기 제동부를 상기 보스방향으로 당겨 상기 회전체로부터 분리시키는 탄성부재와, 상기 회전체와 연결되어 상기 회전체의 회전시 상기 회전체의 회전력을 상기 제 2발전부에 전달하는 동력전달부를 구비하며,
   상기 회전체는 상기 축케이스의 내측면을 따라 형성된 지지프레임에 지지되며 상부에 다수의 톱니들이 형성된 링기어와, 상기 링기어의 내측면을 따라 설치되고 상기 보스 방향으로 돌출되어 형성된 디스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력 발전기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제동부는 상기 가이드바를 따라 상기 회전축과 직교하는 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 가이드바에 결합되고 일단은 상기 보스에 상하로 형성된 가이드홈에 상하로 슬라이딩 이동 가능하도록 결합되는 펜터그래프와, 상기 펜터그래프에 결합되며 상기 회전체에 밀착되어 마찰력을 발생시키는 마찰부재를 구비하고,
   상기 펜터그래프는 상호 교차하는 한 쌍의 링크바들과, 상기 링크바의 일단에 각각 설치되어 상기 가이드 홈에 삽입되어 상기 가이드홈을 따라 슬라이딩 이동하는 롤러들과, 상기 링크바의 타단에 각각 형성되어 상기 마찰부재가 결합되는 패드들과, 상기 링크바들의 교차부위에 결합되어 상기 링크바들을 힌지결합시키고 상기 가이드바에 형성된 가이드홀에 결합되는 지지핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력발전기.
5. 제 3항에 있어서, 상기 동력전달부는 상기 링기어의 상부에 형성된 톱니와 치합하는 종동기어와, 상기 종동기어와 축결합되어 상기 축케이스의 내부에서 외부를 관통하여 설치되며 상기 제 2발전부와 연결된 종동축을 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 풍력 발전기.

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