KR101325438B1 - 발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력날개가 부착된 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 풍력 발전기는 발전기의 프레임으로 속이 비어 있는 지름이 큰 원통을 사용하며, 회전 중심축에서 멀리 떨어진 원통 표면에 부착된 많은 개수 전자석의 자력에 의한 제동을 증진시키고, 이는 고 풍속 시에도 발전을 가능하게 하여, 풍력 발전기의 바람 이용률을 높이게 된다.
또한 소형 발전기에서는 V자 모양 깔때기의 크게 벌어진 쪽 끝이 큰 원통을 감싸게 되어 원통 앞이 유선형으로 되며, 중대형 발전기의 경우에 원통의 지름을 크게 설계했을 경우 작은 원통의 중심 쪽으로 바람이 통과하는 특징을 갖추게 된다.
그리고 본 발명은 발전기의 회전축 양쪽에 여러 세트의 풍력 날개 직접 부착시켜서 바람의 이용률을 극대화하는 특징을 갖추는 발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력 날개가 부착된 풍력발전기이다.

Description

발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력날개가 부착된 풍력발전기{The wind power generator with fixed wind pan on the both sides of spin axis of generator}

우리가 사용하고 있는 에너지에서 재생 에너지의 점유율이 높아질수록 청정에너지 점유율이 높아지는바, 계속적인 발전과 개발에 의해 새로운 형태 및 구조가 개발되어야만 한다.

재생할 수 있는 에너지 중에서 풍력을 전기로 재생시키는 풍력 발전기는 수평축과 수직축 발전기로 구분되어 지며, 수평축 발전기가 주로 보급되고 있다.

수평축 발전기는 초기에 소음 등의 문제가 있으나 기술의 발전에 의해서 문제점의 많은 부분이 해결되었지만, 대용량과 집단화에 의해서 자연 및 자연경관을 훼손하는 단점 때문에 육지 설치에는 여러 문제점이 따른다.

근래에는 육지와 가까운 해상에 설치하려는 시도를 하고 있으나, 바다 아래의 기초 작업에 의한 시설 비용의 증대로 설치 비용이 만만치 않아서 주로 해변 가가 설치 대상이 되고 있다.

생활의 모든 분야에서의 전력 사용량은 매년 증가하고 있고, 삼면이 바다인 우리나라 해안가의 풍속은 풍력발전 조건을 만족하고 있으므로, 풍력발전 기술을 더욱 발전시켜서 전체 에너지에서의 점유율을 점진적으로 높여야만 한다.

우리나라에서의 바람 부는 방향은 계절 그리고 밤과 낮에 따라 달라지고, 풍속도 수시로 변화하게 되기 때문에, 바람 방향에 대한 최대 전력 생산의 자동추적 방식과 강풍 시의 비 발전 영역을 발전 영역을 넓이는 기술이 요구되고 있다.

또한 종래 수평축 풍력발전기의 이상적 효율은 50[%] 이상이 되어야 하나, 실제의 효율은 15[%] 내외인 것으로 알려져 있어서, 효율의 개선과 더불어 최대 전력을 생산할 수 있는 기술 개발이 필요하며, 최근 풍력발전기 효율 증대를 위해 다수개의 풍력날개를 갖는 ‘소용량용 수직축 풍력발전장치 ’(특허등록번호/일자:1008139240000/2008.03.18)가 대한민국 특허청에 등록되어 있다.

사실 기계적인 힘을 쓰지 않는 발전기는 전동기와는 다르게 무게가 많이 나가는 것이 필요하지 않으므로 발전기 자체의 중량을 줄이는 것이 필요하며, 풍력을 최대로 이용할 수 있는 풍력 발전기의 구조가 필요하다.

또한 무거운 증 속 기어를 사용하지 않고도 필요한 전력 주파수를 발생하고, 대용량 발전기로도 적합하고 중 또는 소형 발전기 형태로도 적합한 발전기 개발이 요구되는 시점이라 판단되다.

속이 비어 있는 원통을 발전기의 전기자 권 선의 지지 프레임과 자석의 지지 프레임으로 각각 사용하여 무게를 줄인다.

풍력에 의해 회전하는 풍력 발전기의 회전축 양쪽에 풍력 팬을 한 세트 이상씩 설치하여 풍력의 이용률을 최대화한다.

또한 자석 지지 프레임에 2극 이상의 많은 개수가 설치될 수 있도록 원통 지름을 큰 것으로 사용하여 증 속기 없이도 필요한 주파수를 발생시키고, 전자석으로 사용하는 경우에는 자석의 세기 조절에 의하여 회전수 및 전력 발생량을 조절한다.

발전기 회전축의 양쪽에 풍력 팬을 1개 이상씩 각각이 설치하므로, 바람 이용률은 종래의 풍력 발전기보다 크게 상승하는 효과가 있다.

회전 중심축에서 멀리 떨어진 원통의 표면에 부착된 많은 개수의 전자석의 자력들에 의해 제동력 증진된다.

지름이 큰 원통 사용에 의해 많은 N 그리고 S 자극을 설치하므로 증 속기를 사용하지 않아도 되는 효과가 있다.

또한 전자석의 경우에 자석의 세기 조절에 의해 최적 최대의 전력발생 조건을 만들 수 있고, 바람의 이용률 증대에 의한 범용적인 보급 조건이 갖추어져 청정 에너지 생산에 기여하는 효과가 있을 것으로 판단한다.

도 1은 본 발명에 따르는 발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력날개가 부착된 풍력발전기의 사시 도이다.

세계적으로 나라마다 전력 사용량이 매년 증가하고 있는 이때, 우리나라는 삼면이 바다인 관계로 해안가의 풍속은 대체로 풍력발전 조건을 만족하고 있으므로, 풍력발전 기술을 더욱 발전시켜서 전체에서의 청정 에너지 점유율을 점진적으로 높여야만 한다.

본 발명의 풍력 발전기는 여러 세트의 풍력 팬이 발전기 회전축 양쪽에 직접 부착되어 바람의 이용률을 높이고, 많은 자극 설치에 의해 증 속 기는 사용하지 않으며, 발전기 계 자 권선 지지용의 계 철과 전기자 권선 지지용의 전기자의 프레임은 지름이 큰 속이 비어 있는 원통형을 사용하는 것을 특징으로 한다.

지름이 큰고 속이 비어 있는 원통형을 사용하는 이유는 프레임의 견고성에 영향을 주지않는 범위 내에서 발전기의 중량을 줄이고, 많은 자극의 개수를 설치할 수 있도록 자극 설치 공간을 확보하기 위함이다.

또한 회전 중심축에서 멀리 떨어진 원통의 표면에 부착된 많은 개수의 전자석 자력들에 의한 제동력과 풍력에 의한 풍력 팬의 구동력과의 관계에 의해 풍속 70[m/sec] 이상에서도 발전 가능하도록 설계하게 되며, 풍력 팬의 1회전 시에 많이 설치된 자극에 의해 필요한 주파수의 전력이 발생하게 된다.

중요한 것은 대용량에도 적합하고 중소 용량의 발전 설비에도 적합한 구조를 갖추고, 용량대비 저렴한 투자비에 의하여 범용적으로 보급될 수 있는 특징을 갖추어, 청정 에너지 생산장치 확산에 기여할 것으로 판단된다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

공중에 지면과 수평으로 놓여 있는 일정 길이의 일자형 철제 원형 봉(1)의 양쪽의 끝에 풍력 팬(2)이 각각 한 세트 이상씩 고정되어 있다. 여기서 한 세트는 봉의 같은 원 둘에 설치되는 여러 개의 팬을 말하며, 봉의 양끝에 여러 세트를 설치하여 바람의 이용률을 높이게 된다.

풍력 팬(2)이 부착된 원형 봉(1)의 일 측 끝과 타 측 끝 사이에는 길이가 길고 지름이 큰 원통(3)의 내부에, 길이가 짧고 지름이 작은 원통(4)을 갖고 있는 두 개 원통의 원판 중심들이 각각이 원형 봉(1)에 끼워지게 된다.

외 측과 내측 원통으로 구성되는 큰 원통(3) 그리고 작은 원통(4)이 원형 봉(1)에 끼워지는 방식으로, 작은 원통(4)의 양쪽에 있는 원판 중심에 원형 봉(1)이 각각 끼워져 고정(5)되고, 큰 원통(3) 양쪽에 있는 원판 각각의 중심에 부착된 일 측 베어링(6)과 타 측 베어링(7)의 중심에 원형 봉이 끼워지게 된다.

외 측에 있는 큰 원통(3)은 땅에 고정된 지지대(14)와 베어링(15)을 통하여 고정되며, 작은 원통(4) 그리고 회전축인 원형 봉(1) 그리고 풍력 팬(2)은 한 개의 뭉치로 되어 바람이 불때 함께 회전하게 된다.

큰 원통(3)의 양쪽 원판 중의 한쪽 원판의 중심에 부착된 일 측 베어링(6)과 일 측 베어링(6) 쪽의 풍력 팬 사이의 공간에는 소형 발전기 경우에 V자 모양 깔때기(8)의 크게 벌어진 쪽 끝이 큰 원통의 한쪽 원판을 감싸도록 부착한다.

중대형 발전기의 경우에는 V자 모양 깔때기(8)를 제거하고, 큰 원통(3)과 작은 원통(4)의 양쪽에 있는 원판들에 대기의 바람이 통과하는 구멍을 내어 작은 원통(3) 내부와 회전축인 원형 봉(1) 사이로 바람이 통과되도록 설계된다.

큰 원통(3)의 외 측 표면에서 지면과 반대쪽에 V형 평판(9)의 접혀진 일자형의 선이 V자 모양 깔때기(8)의 좁은 쪽을 향하도록 부착 고정하여, 바람이 불어 올 때에 항상 풍력 팬(2)에서 최대의 구동력을 발생하게 한다.

철제 원형 봉(1)에 고정된 작은 원통(4)의 외 측 표면에는 영구자석 또는 전자석(10)에 의해 N극 S극으로 구성된 2극 이상의 자극들이 큰 원통(3)의 내측 표면을 향하도록 배열되어 있다.

자극을 전자석(10)으로 설치할 경우에는 작은 원통(4)의 비어 있는 공간 내의 일 부분에 계 자 전류 공급 장치 그리고 계 자 전류 제어용 제어기와 제어기에 공급할 전원용 배터리가 수납되고, 전기자 권 선(11)에서 발생하는 전력의 일부가 슬립링과 접촉자를 통하여 작은 원통(4) 쪽으로 공급되어 배터리 충전 및 계 자 전류로 사용된다.

큰 원통(3)의 내측 표면에는 전기자 권 선(11)이 배열되어 있고, 큰 원통(3)의 외 측 표면에서 지면을 향한 원통 길이의 중앙(12)에 지면과 수직으로 부착된 일정 길이의 일자형 철 원형 봉(13)은 지면에 설치된 지지대(14)와 베어링(15)으로 연결되어 있어서, 지지대(14) 윗 쪽의 큰 원통(3)은 지지대 베어링(15)을 통하여 자유롭운 회전이 가능하다.

본 발명은 속이 비어 있는 지름이 큰 원통을 사용하여, 회전 중심축에서 멀리 떨어진 많은 개수 전자석의 자력에 의한 제동을 증진시키고, 중대형 발전기의 경우에 원통의 지름을 크게 설계했을 경우 V자 모양 깔때기를 제거한다.

V자 모양 깔때기를 제거하는 경우에 큰 원통과 작은 원통의 양쪽 각각에 있는 원판들에 바람이 통과하는 구멍을 내어, 작은 원통 내측 표면과 중심 회전축인 원형 봉 사이에 대기의 바람이 통과하는 특징을 갖추며, 이에 따라 무게가 감소하는 특징도 갖추게 된다.

또한 본 발명은 발전기의 회전축 양쪽에 여러 세트의 풍력 날개 직접 부착시키고 그리고 회전축 중심에 고정된 작은 원통 외 측 표면에 2극 이상의 많은 자극을 부착시키는 특징을 갖추는 발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력 날개가 부착된 풍력 발전기이다.

본 발명의 변형 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상적 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항 범위 내에 있는 것으로 간주한다.

1. 철제 원형 봉.
2. 풍력 팬.
3. 큰 원통.
4. 작은 원통.
5. 작은 원통의 철제 원형 봉과의 부착 부위.
6. 일 측 베어링.
7. 타 측 베어링.
8. V모양의 깔때기.
9. V모양으로 접혀진 평판.
10. N 또는 S극의 자극.
11. 전기자 권선.
12. 큰 원통 지면 쪽의 중앙 점.
13. 큰 원통 지면 쪽의 중앙 점에 부착된 철제 원형 봉.
14. 지면에 설치된 지지대.
15. 지지대와 연결된 베어링.

Claims (1)

1. 공중에 지면과 수평으로 놓여 있는 발전기 회전축 기능을 수행하는 일정 길이 일자형 철제 원형 봉의 양끝에 풍력날개가 각각 한 세트 이상씩 고정되어 있고,
   상기 일자형 철제 원형 봉의 양끝에 부착되어 있는 풍력날개와 풍력날개 사이의 일자형 철제 원형 봉에는 큰 원통 안에 작은 원통이 들어 있는 두 개의 원통이 끼워져 있으며,
   상기 두 개의 원통이 일자형 철제 원형 봉에 끼워지는 방식으로, 작은 원통의 양쪽 원판 중심에 일자형 철제 원형 봉이 각각 끼워져 고정되고, 큰 원통의 양쪽 원판 중심 각각에 부착된 일 측 베어링과 타 측 베어링의 중심에 일자형 철제 원형 봉이 끼워지며,
   상기 일 측 베어링과 일 측 베어링 쪽의 풍력날개 사이의 공간은 V자 모양 깔때기가 크게 벌어진 쪽의 끝이 큰 원통의 한쪽 원판을 감싸게 되며, 또한 V형으로 접혀진 평판을 사용하여 접어진 일자형의 선이 큰 원통의 한쪽 원판을 감싸는 깔때기의 좁아지는 방향을 향하도록 큰 원통 외 측 표면의 윗 쪽 중앙 부분에 고정하며,
   상기 큰 원통의 내측 표면에는 전기자 권 선이 배열되어 있으며, 큰 원통의 외 측 표면에서 지면을 향하고 있는 큰 원통 길이의 중앙에 지면과 수직으로 부착된 일정 길이의 일자형 철 원형 봉은 지면에 설치된 지지대에 고정된 두 개의 베어링에 끼워 고정하며,
   상기 지지대는 두 개의 일자형 철 원형 봉이 지면과 수직으로 세워져 고정되어 있으며, 두 개의 베어링은 일정한 거리를 띄워서 지면과 평행하게 일자형 철 원형 봉과 일자형 철 원형 봉 사이에 고정하고,
   작은 원통의 외 측 표면에는 영구자석 또는 전자석의 N극 S극으로 구성된 2극 이상의 자극들이 큰 원통의 내측 표면을 향하도록 배열되며,
   발전기 회전축의 양쪽에 한 세트 이상의 풍력 날개가 부착되는 특징을 갖추는 발전기 회전축의 양쪽 끝에 각각 풍력 날개가 부착되는 풍력 발전기.

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