KR101476673B1 - The Breaking Prevention Structure Of Vertical Axis In The Vertical Axis Wind Power Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직축 풍력발전 장치에 관한 것으로, 수직축의 단면결손이 발생하지 않아 수직축의 꺽임 및 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a vertical axis wind power generation apparatus, and more particularly, to a vertical axis tilt prevention structure of a vertical axis wind power generation apparatus that prevents a vertical axis from bending and breaking due to no cross sectional deflection of a vertical axis.
최근 녹색성장의 기조에서 이산화탄소 발생량이 없는 풍력발전장치의 필요성이 대두되고 있으나 화석연료를 사용하지 않고 효율이 높은 풍력발전장치의 개발은 저조한 실정이다.
Recently, there is a need for wind power generation equipment that does not generate carbon dioxide in the trend of green growth, but the development of wind power generation equipment which does not use fossil fuel and has high efficiency is low.
특히 한국은 산지가 많고 해양에 인접한 지형을 갖추고 있으며 지역별로 풍향과 풍속이 수시로 변화하는 계절풍 및 국지적인 지역풍의 영향을 많이 받고 있다.
In particular, Korea has many mountainous areas and landforms close to the ocean, and it is affected by seasonal winds and regional local winds, where wind direction and wind speed change from time to time.
현재까지 연구개발된 대부분의 풍력발전장치는 풍향이 일정한 지형에 적합하도록 블레이드가 전면을 향하고 수평축이 회전력을 발전모듈에 전달하는 수평축 방식을 취하고 있다. Most of the wind power generation devices that have been researched and developed so far have adopted the horizontal axis type in which the blade is directed to the front side and the horizontal axis transmits the rotational force to the power generation module so that the wind direction is suitable for a constant topography.
그러나 상기 수평축 방식은 블레이드가 한 방향만을 향하므로 풍향이 변할 경우에는 대응하지 못하는 단점이 있으며, 상시 수평축이 중력을 받아 베어링 등 다른 부재의 심한 마모가 유발되어 고장이 일어날 우려가 높다.
However, the horizontal axis method has a disadvantage in that it can not cope when the wind direction changes because the blade is directed in only one direction, and the horizontal axis at all times receives gravity, which causes severe wear of other members such as a bearing.
상기 수평축 방식의 단점을 보완한 것이 수직축 방식이다. The vertical axis method compensates for the drawbacks of the horizontal axis method.
그러나 종래의 수직축 방식은 많은 부재로 구성되고 복잡한 구조를 가지므로 설계 및 제작과 유지가 곤란하며, 비숙련공의 시공시 소정의 품질을 얻을 수 없는 단점이 있다. However, since the conventional vertical axis system is composed of many members and has a complicated structure, it is difficult to design, manufacture and maintain, and it is disadvantageous in that a predetermined quality can not be obtained when a non-skilled worker is installed.
도 2는 종래의 수직축 풍력발전 장치의 분해사시도이고, 도 3은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 강풍에 수직축이 꺽인 것을 촬영한 사진이다.FIG. 2 is an exploded perspective view of a conventional vertical axis wind power generator, and FIG. 3 is a photograph of a vertical axis of the conventional vertical axis wind power generator taken along a vertical axis.
종래의 수직축 풍력발전 장치는 수직축(VX)에 구멍을 형성하고 상기 구멍에 가로연결대(200)를 삽입하여 체결하는 방식을 취하고 있다. 이 같은 종래의 방식은 결국 강풍에 의한 횡력을 가장 많이 받는 수직축(VX)의 단면결손을 초래하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 수직축(VX)이 꺽이는 하자가 많이 발생하는 문제점이 있다. In the conventional vertical axis wind power generation apparatus, a hole is formed in the vertical axis VX and the
따라서 풍향에 무관하게 발전할 수 있는 수직축 방식의 장점을 살리면서 종래의 수직축 파손을 원천적으로 방지한 새로운 수직축 방식의 개발이 시급한 실정이다.
Therefore, it is urgent to develop a new vertical axis method that prevents the conventional vertical axis breakage while taking advantage of the vertical axis method that can develop regardless of the wind direction.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 다음과 같다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the related art. The purpose is as follows.
첫째, 종래의 수직축과 가로연결대의 구조를 개선하여 상기 수직축의 단면결손이 없으므로 상기 수직축의 꺽임 및 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공하고자 한다. First, a structure for preventing vertical bending of a vertical axis wind power generator, which prevents the vertical axis from tilting and breaking because there is no sectional defection of the vertical axis by improving the structure of a conventional vertical axis and a transverse connecting rod.
둘째, 종래의 제너레이터의 구조를 개선하여 제3베어링을 추가하므로 샤프트의 상단을 보강하여 상기 샤프트의 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공하고자 한다. Second, the structure of the conventional generator is improved to add a third bearing, so that the upper end of the shaft is reinforced to prevent breakage of the shaft, thereby providing a vertical bending prevention structure of a vertical axis wind power generator.
셋째, 종래의 블레이드 재질을 개선하여 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작한 CBF블레이드를 이용하므로 가로연결대와의 결합부위의 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공하고자 한다.
Third, by using the CBF blade, which is made by multilayer compression of basalt fiber (CBF) by improving the conventional blade material, it is possible to prevent vertical bending prevention structure of the vertical axis wind power generation device, .
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 1개의 수직축(VX), 다수개의 가로연결대(200), 블레이드(B`) 및 상기 수직축(VX)에 연결된 제너레이터(GR`)를 포함하여 구성되는 수직축 풍력발전 장치에서,In order to solve the above-described technical problem, the present invention is directed to a motorcycle comprising a vertical axis (VX), a plurality of transverse links (200), a blade (B ') and a generator (GR`) connected to the vertical axis In a wind power generator,
상기 가로연결대(200)는 중앙에 상기 수직축(VX)이 삽입되어 나사로 고정되는 수직축삽입구(111)가 형성되어 상기 수직축삽입구(111)에 상기 수직축(VX)이 체결되므로 상기 수직축(VX)의 단면결손이 발생하지 않아 강풍에도 상기 수직축(VX)이 꺽이지 않는 개량형가로연결대(HB);인 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG)를 제공한다.
The vertical link VX is coupled to the vertical
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.According to the present invention, the following effects are expected.
첫째, 종래의 수직축과 가로연결대의 구조를 개선하여 상기 수직축의 단면결손이 없으므로 상기 수직축의 꺽임 및 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공한다. First, the structure of the conventional vertical axis and the transverse connecting member is improved to prevent the vertical axis from tipping and breaking because there is no sectional defection of the vertical axis.
둘째, 종래의 제너레이터의 구조를 개선하여 제3베어링을 추가하므로 샤프트의 상단을 보강하여 상기 샤프트의 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공한다. Second, since the structure of the conventional generator is improved to add the third bearing, the vertical shaft tilting prevention structure of the vertical axis wind power generator is prevented, which prevents the shaft from being damaged by reinforcing the upper end of the shaft.
셋째, 종래의 블레이드 재질을 개선하여 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작한 CBF블레이드를 이용하므로 가로연결대와의 결합부위의 파손을 방지한 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조를 제공한다.
Third, by using the CBF blade, which is made by multilayer compression of basalt fiber (CBF) by improving the conventional blade material, it is possible to prevent vertical bending prevention structure of the vertical axis wind power generation device, to provide.
도 1은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG)의 결합사시도이다.
도 2는 종래의 수직축 풍력발전 장치의 분해사시도이다.
도 3은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 강풍에 수직축이 꺽인 것을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 제작한 시제품을 촬영한 것이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 제작한 시제품을 설치하는 과정을 촬영한 것이다.
도 7은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 블레이드와 가로연결대의 결합부위가 강풍에 찢긴 것을 촬영한 사진이다.
도 8은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 블레이드 자체가 강풍에 찢긴 것을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명에 사용되는 CBF블레이드의 제작과정을 순서대로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 사용되는 개량형제너레이터의 시제품을 촬영한 사진이다.
도 11은 종래의 제너레이터의 단면도와 파손된 샤프트를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명에 사용되는 개량형제너레이터의 단면도와 분해된 시제품을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명에 사용되는 제어장치의 시제품을 촬영한 사진이다.
도 14 및 15는 본 발명에 사용되는 제어장치를 통해 GUI(graphic user interface)로 구현한 것이다.
도 16은 본 발명에 사용되는 제어장치의 블록도이다. 1 is an assembled perspective view of a vertical axis bending prevention structure (WG) of a vertical axis wind power generator of the present invention.
2 is an exploded perspective view of a conventional vertical axis wind power generator.
FIG. 3 is a photograph of a vertical axis wind power generation device taken along a vertical axis of strong wind.
Figure 4 shows an improved transverse connector for use in the present invention.
FIG. 5 is a photograph of a prototype of the modified transverse link used in the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a process of installing a prototype product of the improved transverse link used in the present invention.
Fig. 7 is a photograph showing a tearing of a joint portion between a blade and a transverse link in a conventional vertical axis wind power generator by a strong wind.
Fig. 8 is a photograph of the blade itself torn by a strong wind in a conventional vertical axis wind power generator.
FIG. 9 is a view showing the manufacturing process of the CBF blade used in the present invention in order.
10 is a photograph of a prototype of the modified-type generator used in the present invention.
11 is a photograph showing a cross-section of a conventional generator and a photograph of a broken shaft.
12 is a cross-sectional view of the modified generator used in the present invention and a photograph of the decomposed prototype.
13 is a photograph of a prototype of the control device used in the present invention.
FIGS. 14 and 15 show a GUI (Graphic User Interface) implemented through the control device used in the present invention.
16 is a block diagram of a control device used in the present invention.
이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG)의 결합사시도이고, 도 4는 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 제작한 시제품을 촬영한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명에 사용되는 개량형가로연결대를 제작한 시제품을 설치하는 과정을 촬영한 것이다.
FIG. 1 is a perspective view of a vertical axis bending prevention structure (WG) of a vertical axis wind power generator according to the present invention. FIG. 4 shows an improved transverse connecting rod used in the present invention. And the prototype that made it. And FIG. 6 is a photograph of a process of installing a prototype product of the improved transverse joint used in the present invention.
본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG)는 1개의 수직축(VX), 다수개의 가로연결대(200), 블레이드(B`) 및 상기 수직축(VX)에 연결된 제너레이터(GR`)를 포함하여 구성되는 수직축 풍력발전 장치에서,The vertical axis bending prevention structure WG of the vertical axis wind power generator according to the present invention includes a vertical vertical axis VX, a plurality of
상기 가로연결대(200)는 중앙에 상기 수직축(VX)이 삽입되어 나사로 고정되는 수직축삽입구(111)가 형성되어 상기 수직축삽입구(111)에 상기 수직축(VX)이 체결되므로 상기 수직축(VX)의 단면결손이 발생하지 않아 강풍에도 상기 수직축(VX)이 꺽이지 않는 개량형가로연결대(HB);인 것을 특징으로 한다.
The vertical link VX is coupled to the vertical
도 5의 가장 우측 도면과 같이 한 개의 부재로 상기 개량형가로연결대(HB)를 제작할 수도 있으나,As shown in the rightmost view of FIG. 5, the improved transverse link HB can be manufactured with one member,
도 4와 같이, 4,
상기 개량형가로연결대(HB)는,The improved transverse link HB comprises:
블레이드지지부(120)와 중심부(110)로 구성되는 동일한 형상의 2개의 단위유닛(100)이 결합하여 구성되는 것을 특징으로 할 수도 있다.And two
보다 구체적으로 상기 중심부(110)는 전면 중앙에 반원형의 수직축삽입구(111)가 형성되고 상기 수직축삽입구(111) 옆으로 다수개의 요철이 형성되어, 상기 2개의 단위유닛(100)이 결합할 때 상기 다수개의 요철이 상호 대응하여 체결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로 설명하면,
상기 수직축삽입구(111)에 나사구멍(112)이 형성되어 상기 나사구멍(112)에 나사(미도시)가 체결되어 상기 수직축(VX)의 외면을 압박하므로, 상기 2개의 단위유닛(100)이 상기 수직축(VX)의 단면결손없이 상기 수직축(VX)에 고정되는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기 2개의 단위유닛(100)이 상기 수직축(VX)에 고정된 후 회전하거나 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
More specifically, the
Specifically,
A
상기 개량형가로연결대(HB)는 재질 및 형상은 내구성이 보장되는 것이면 어떤 재질이나 형상도 가능하며, 상기 2개의 단위유닛(100)이 결합할 때는 중심부(110)에 나사구멍(112, 113)을 형성하여 나사(미도시)를 체결하는 것이 가장 간편할 것이다.The modified transverse link HB can be made of any material or shape as long as the material and shape are durable. When the two
또한 상기 요철의 개수 및 형상은 필요에 따라 자유로이 취사선택할 수 있다. 그리고 상기 블레이드지지부(120)는 지지대(120) 끝단에 나사구멍(124)을 형성하여 블레이드와 나사결합 등 통상적인 방법으로 체결할 수 있다.
Further, the number and shape of the concavities and convexities can be freely selected as needed. The
도 10은 본 발명에 사용되는 개량형제너레이터의 시제품을 촬영한 사진이고, 도 11은 종래의 제너레이터의 단면도와 파손된 샤프트를 촬영한 사진이며, 도 12는 본 발명에 사용되는 개량형제너레이터의 단면도와 분해된 시제품을 촬영한 사진이다.
FIG. 10 is a photograph of a prototype of the modified generator used in the present invention, FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional generator and a photograph of a broken shaft, FIG. 12 is a cross- This is a photograph of a prototype.
나선 수직 형상의 블레이드를 통해 바람의 운동에너지는 기계에너지로 변환된 후 변환된 기계에너지는 제너레이터를 통해 전기에너지로 변환된다. The kinetic energy of the wind is converted into mechanical energy through the spiral vertical blade, and the converted mechanical energy is converted into electric energy through the generator.
우리나라와 같이 산지가 많으며 지역별로 풍향이 수시로 변화하는 전형적인 극동아시아 기후와 주요 도심의 낮은 풍속을 고려하여 낮은 시동 풍속 설정 및 낮은 로터 회전속도에서도 발전이 가능하며 특히 하절기 태풍과 같은 강한 풍속이 발생되는 시기에 대응이 가능한 내구성 있는 제너레이터가 필요하다. Considering the typical Far East Asian climate, where there are many mountainous regions like Korea and where the wind direction varies from region to region, and low wind speeds in major cities, it is possible to generate wind speeds at low start wind speed and low rotor speed. Especially, A durable generator capable of responding to the time is needed.
본 발명의 제너레이터는 증속 기어가 필요한 대형 풍속발전기와 달리 잦은 고장 원인이 되는 부분을 제거하기 위해 기어리스, 브러쉬리스, 코어리스 방식으로 만들어져 있다. 또한 기존의 일반적인 제너레이터와 달리, 코일의 체적 밀도를 높여 강한 자기력을 유발하고 옥외에서 사용되어야 하는 특성을 위해 방수가 용이하도록 하기 위해 희토류 자석(Magnet)을 회전자 (Rotor)로 하고 코일을 고정자 (Stator)로 하는 방식으로 제작되어 있다.
The generator of the present invention is made of a gearless, brushless, and coreless type in order to remove a portion that causes frequent failures, unlike a large size wind generator which requires a speed increasing gear. In addition, unlike conventional generators, in order to increase the volume density of the coil to induce strong magnetic force and to make it easy to waterproof for the characteristics to be used outdoors, a rare earth magnet is used as a rotor and a coil is used as a stator Stator).
도 11(a)에 도시된 것 같이, 종래의 제너레이터(GR`)는 샤프트(SF)를 중심에 두고 자석회전자(MR)와 코일고정자(CS) 그리고 상기 자석회전자(MR)와 코일고정자(CS) 상하부에 1개씩 제1베어링(B1)과 제2베어링(B2)을 설치한 구조로 되어있었다.As shown in FIG. 11 (a), a conventional generator GR 'includes a magnet rotor MR, a coil stator CS, a magnet rotor MR, a coil stator CS, And a first bearing B1 and a second bearing B2 are provided on the upper and lower portions of the second bearing CS.
상기 종래의 제너레이터(GR`)는 상기 제1베어링(B1)과 제2베어링(B2)이 상기 샤프트(SF)를 지지한다.In the conventional generator GR ', the first bearing B1 and the second bearing B2 support the shaft SF.
그러나 그 지지력이 약하여 도 11(b)에 도시된 것 같이, 상기 샤프트(SF)가 강풍에 의한 횡력을 견디지 못하고 파손되는 문제점이 지적되어 왔다.
However, as shown in Fig. 11 (b), there is a problem that the shaft SF can not withstand a lateral force due to strong wind and is damaged.
부연하면, In addition,
기존의 제너레이터(GR`)는 일반적으로 2 Bearings 구조를 가지고 있다.Conventional generators (GR) generally have a 2-bearing structure.
2 Bearings 구조의 제너레이터에 대한 수 차례의 필드 테스트 결과, As a result of several field tests on the generator of the two-bearing structure,
1) 대다수 도심지역의 일반적인 미풍에 대응하기 위한 저풍속에서의 기동 및 발전 확보가 용이하지 않았으며1) It was not easy to secure maneuvering and power generation at low wind speed to cope with the general breeze of most urban areas
2) 하절기 태풍에 대한 내구성이 기대만큼 확보되지 않았고2) The durability against the typhoon in the summer season was not secured as much as expected.
3) 내구성 부족으로 인해 Generator의 수명이 다소 미흡하였다.3) Due to lack of durability, the life span of generator was somewhat insufficient.
특히, 기다란 나선형 수직 풍력발전기의 축 하단과 연결되어 있는 제너레이터의 샤프트(SF)는 강풍으로 인해 견디지 못하고 파손되는 상황도 발생되었다.
Especially, the shaft (SF) of the generator connected to the lower end of the long spiral vertical wind power generator is not able to withstand due to the strong wind, and it is also damaged.
이에, 본 발명에서는 앞 서 기술했던 기존 제너레이터의 문제점을 해결하기 위해 3 Bearings 구조의 제너레이터를 발명하였다.Accordingly, in order to solve the problems of the existing generators described above, the present invention invented a 3-bearing structure generator.
본 발명자는 상기 샤프트(SF) 상단이 하단보다 더 강한 횡력이 작용한다는 점에 착안하여, 종래의 상기 제너레이터(GR`)를 구조적으로 개선하였다.The present inventor has structurally improved the conventional generator GR 'by paying attention to the fact that a stronger lateral force acts on the upper end of the shaft SF than the lower end thereof.
즉, 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 제너레이터(GR`)는 제1베어링(B1) 하단에 제3베어링(B3)이 추가로 구성되어 샤프트(SF)의 상단을 보강하므로 강풍에도 상기 샤프트(SF)의 파손을 방지하는 개량형제너레이터(GR);인 것을 특징으로 한다.
That is, as shown in FIG. 12, the generator GR 'further includes a third bearing B3 at the lower end of the first bearing B1 to reinforce the upper end of the shaft SF, And an improved generator (GR) for preventing breakage of the shaft (SF).
본 발명의 3 Bearings의 개량형제너레이터(GR)를 실제 환경에서 수 차례 테스트 한 결과, As a result of testing the improved version of the 3 Bearings (GR) of the present invention several times in an actual environment,
1) 미풍에도 손쉽게 기동 및 발전이 가능하였다. 1) It was easy to maneuver and develop even in breeze.
통상적으로 축전지와 연결된 풍력 제너레이터는 축전지의 현재 전압 이상을 발전해야 제너레이터를 통해 전류가 생성된다. 그러나 본 발명의 3 Bearings 개량형제너레이터(GR)를 통해 아래와 같이 축전지 전압 (11.3V) 미만으로 풍력 제너레이터가 발전 (1.6V) 하였으나 0.5A의 전류가 생성되었다. Generally, a wind power generator connected to a battery must generate a current exceeding a current voltage of the battery to generate a current through the generator. However, through the 3 Bearings Advanced Generator (GR) of the present invention, the wind power generator was generated (1.6 V) below the battery voltage (11.3 V) as shown below, but a current of 0.5 A was generated.
2) 하절기 태풍과 같은 기상 악화에도 내구성이 향상되었고2) The durability was improved even in the weather like the typhoon in the summer
3) 내구성 향상으로 Generator 수명이 약 30% 향상되었다.
3) Improved durability improves the generator life by about 30%.
아래의 그림은 본 발명의 3 Bearings 정격 200W (200rpm) 개량형제너레이터(GR)의 Power Curve이다.The following figure is the Power Curve of the 3-Bearings rated 200 W (200 rpm) Advanced Generator (GR) of the present invention.
도 7은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 블레이드와 가로연결대의 결합부위가 강풍에 찢긴 것을 촬영한 사진이고, 도 8은 종래의 수직축 풍력발전 장치에서 블레이드 자체가 강풍에 찢긴 것을 촬영한 사진이며, 도 9는 본 발명에 사용되는 CBF블레이드의 제작과정을 순서대로 도시한 것이다.
FIG. 7 is a photograph of a tearing of a joint portion between a blade and a transverse link in a conventional vertical axis wind power generator, and FIG. 8 is a photograph of a blade itself torn by a strong wind in a conventional vertical axis wind power generator, 9 shows a process of manufacturing the CBF blade used in the present invention in order.
일반적으로 풍력발전기 날개 즉 블레이드(B`)는 강풍에 손쉽게 손상되지 않는 재질로 만들어져야 한다. 종래의 블레이드(B`)는 흔히 내구성을 확보하기 위해 선박제조에 흔히 쓰이는 FRP(Fiber Reinforced Plastics : 유리섬유 강화플라스틱)나 가볍고 쉽게 구부러져 형상 제작이 자유로운 하이드로-카본 (Hydro-Carbon : 탄화수소) 재질로 만들어져 있다. Generally, the wind turbine blade or blade (B) should be made of a material that is not easily damaged by strong winds. Conventional blades (B) are often made of FRP (Fiber Reinforced Plastics), which is commonly used in ship manufacturing, or hydro-carbon (hydrocarbon) materials, It is made.
그러나 FRP의 경우 각 날개의 중앙부는 충분한 내구성을 유지할 수 있으나 가장자리 또는 가로연결대와의 연결 부위의 내구성은 시간이 경과됨에 따라 감소하고 마모가 점진적으로 진행되어 도 7 및 도 8과 같이 손상되는 현상이 빈번히 발생된다. However, in the case of FRP, the center portion of each wing can maintain sufficient durability, but the durability of the connection portion with the edge or transverse connection decreases with time, and the wear gradually progresses to cause damage as shown in Figs. 7 and 8 Occurs frequently.
본 발명의 블레이드(B)는 상기 종래의 블레이드(B`)의 단점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 상기 블레이드(B`)는,The blade (B) of the present invention is designed to improve the disadvantage of the conventional blade (B '), and the blade (B'
응고된 용암을 분쇄 및 분말화한 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작하여 경량화하고 강풍에도 상기 개량형가로연결대(HB)와의 결합부위가 파손되지 않도록 내구성을 증가시킨 CBF블레이드(B);인 것을 특징으로 한다.A CBF blade (B (B)) having increased durability so that the joint portion with the improved transverse linkage (HB) is not damaged even in a strong wind by making the basalt fiber (CBF, continuous basalt fiber) ). ≪ / RTI >
따라서 본 발명은 풍력발전기 날개 즉 블레이드를 위해, Thus, the present invention is applicable to wind turbine blades,
현무암에서 추출한 재료로써 부식의 염려가 없고, 높은 온도, 인장강도 및 탄성률, 내화학성이 우수하며 FRP와 같은 피부자극이 없는 CBF(Continuous Basalt Fiber : 현무암 섬유)를 날개 재질로 사용하여 강풍 또는 돌풍에 대해 종전의 FRP나 Hydro-Carbon과 같은 날개 손상을 차단하였다.
구체적으로 도 9에 도시된 CBF블레이드(B)의 제작과정을 설명하면,
상기 블레이드(B`)는 응고된 용암을 분쇄 및 분말화한 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작하여 경량화하고 강풍에도 상기 개량형가로연결대(HB)와의 결합부위가 파손되지 않도록 내구성을 증가시킨 CBF블레이드(B);인 것을 특징으로 하되,
상기 CBF블레이드(B)는,
(1) 상기 용암을 응고하고 분쇄하며 분말화된 미분말을 상기 현무암섬유로 섬유질 가공하는 섬유화과정;
(2) 상기 현무암섬유를 현무암모직물로 가공하는 모직화과정; 및,
(3) 상기 현무암모직물을 여러 레이어로 쌓아 압축하는 다층압축과정;
을 통하여 제작되는 것을 특징으로 한다.It is a material extracted from basalt. It has high temperature, tensile strength, elastic modulus, chemical resistance and has no worry about corrosion. It uses CBF (Continuous Basalt Fiber), which has no skin irritation like FRP, To prevent wing damage such as conventional FRP or Hydro-Carbon.
More specifically, the manufacturing process of the CBF blade B shown in FIG. 9 will be described.
The blade (B) is formed by multilayer compression of CBF (pulverized and pulverized) solidified lava to make it lighter, and durability so as not to break the bonding area with the improved transverse link (HB) Of the CBF blade (B)
The CBF blade (B)
(1) a fibrous process of solidifying and pulverizing the lava and pulverizing the pulverized fine powder with the basalt fiber;
(2) a woolening process of processing the basalt fiber into a basalt wool fabric; And
(3) a multilayer compression process in which the basalt wool is stacked in multiple layers and compressed;
And the like.
아래의 표는 CBF의 내구성 및 탄성률을 알 수 있는 비교표이다.The following table shows the durability and elastic modulus of CBF.
도 13은 본 발명에 사용되는 제어장치의 시제품을 촬영한 사진이다.13 is a photograph of a prototype of the control device used in the present invention.
일반적으로 기존의 제어장치들이 풍력 발전용 혹은 태양광 발전용과 같이 개별적인 제어장치로 개발되어 상용화되어 있으나, Generally, existing control devices have been developed and commercialized as separate control devices for wind power generation or solar power generation,
본 발명의 제어장치는 풍력과 태양광을 동시에 제어할 수 있도록 발명되었다. 기존의 제어장치들이 축전지 수명을 위해 과충전 및 과방전을 차단하는 기능을 갖고 있는 것과 같이 본 발명 제어장치 또한 기본적으로 해당 기능을 수행하도록 고안되어 있다. The control device of the present invention was invented so as to be able to simultaneously control wind power and sunlight. The control device of the present invention is basically designed to perform the corresponding function, as the existing control devices have a function of blocking overcharge and overdischarge for battery life.
아울러 일정 기준에 따라 부하측 방전 및 차단이 되도록 구성되어 있으며 이 모든 설정은 해당 목적에 따라 발명된 소프트웨어를 통해 자유로이 설정할 수 있도록 되어 있다. 기존의 제어장치들은 설치환경을 고려하지 않고 동일하게 미리 설정된 상태로 설치하나 본 제어장치는 설치장소 및 운영형태에 따라 맞춤식 설정이 가능하도록 되어 있다.
In addition, it is configured to discharge and block the load side according to a certain standard. All of the settings can be freely set through the invented software according to the purpose. Conventional control devices are installed in the same preset state without regard to the installation environment, but the control device can be customized according to the installation place and operation mode.
도 14 및 15는 본 발명에 사용되는 제어장치를 통해 GUI(graphic user interface)로 구현한 것이다.
FIGS. 14 and 15 show a GUI (Graphic User Interface) implemented through the control device used in the present invention.
우리나라와 같이 지역마다 다양한 풍속 특성이 있는 경우, 미리 설정됨으로써 가변이 불가능한 일률적인 방식으로는 풍력발전시스템의 기동과 발전을 기대할 수 없다. 따라서 설치지역 특성에 맞추어 풍력발전시스템을 가변적으로 운영하는 것이 필수적인 조건이다. If there are various wind speed characteristics in each region like Korea, it is impossible to expect the start and development of the wind power generation system in a uniform manner in which the variable is impossible because it is set in advance. Therefore, it is essential to operate the wind power system in a variable manner in accordance with the characteristics of the installation area.
기존의 제어장치는 이러한 필수 조건을 구현할 수 없었으나 본 발명의 제어장치는 도 14의 전용 소프트웨어 화면에서 보이는 것과 같이 “충전설정”이라는 설정영역에서 각 설치지역 특성에 따라 어드미턴스 값과 충전개시 전압을 자유롭게 설정할 수 있도록 고안 발명하였다. The conventional control device can not implement such a necessary condition, but the control device of the present invention can not realize the admittance value and the charge start voltage according to each installation area characteristic in the setting area " charge setting " It was invented and designed so that it can be set freely.
상기 어드미턴스 필드의 입력 허용 값은 1~10까지 이며 풍속이 일정이상 유지될 수 있는 산악 지역 혹은 해안 도서 지방의 경우, 어드미턴스 필드에 입력되는 수치를 10에 가까운 수치를 설정하여 입력함으로써 높은 충전 전류값을 얻을 수 있도록 하였고, 일반 도심과 같이 풍속이 크지 않은 지역에서는 1에 가까운 수치를 설정하여 입력함으로써 미풍에서도 충전이 이루어질 수 있도록 고안하였다. In the case of a mountainous region or coastal island region where the admissible value of the admittance field is 1 to 10 and the wind speed can be maintained at a certain level or more, a numerical value inputted to the admittance field is set to be close to 10, And in the region where the wind speed is not as high as in the general city center, a value close to 1 is set so that charging can be performed even in a breeze.
또한 설치지역 풍속 특성에 맞추어 충전개시 풍속을 맞춤식으로 설정 할 수 있도록 발명하였다. In addition, it was invented to customize the charging start wind speed in accordance with the characteristics of the installation local wind speed.
기존의 제어장치는 풍력 또는 태양광을 통해 발전되는 데이터의 지속적인 모니터링을 위해 컴퓨터 또는 전광판과 같은 장치를 사용하였다. 그러나 고가의 구입 및 설치비용과 설치 현장의 열악한 환경으로 데이터 모니터링 장치를 실외에 설치하여 운영하기에는 어려운 실정이다.
Conventional control devices use devices such as computers or electric signboards for continuous monitoring of data generated by wind or sunlight. However, it is difficult to install and operate the data monitoring device outdoors due to the expensive purchase and installation costs and the poor environment of the installation site.
이에 본 발명에서는 고안된 소프트웨어를 통해, 도 15의 “발전량 모니터링 화면”에서 보여지는 풍력 및 태양광을 통해 생성된 발전량 데이터, 부하 소모량, 축전지 잔여 변화량과 같은 생성된 데이터를 4G의 SD Memory Card를 이용하여 자동적으로 저장되도록 하여 저렴한 비용으로 설치현장 여건과 관계없이, SD Memory Card에 저장된 데이터 값을 통해 모니터링이 가능토록 고안하였다. In the present invention, the generated data such as power generation amount data, load consumption amount, and residual battery change amount generated by wind and sunlight shown in the "power generation monitoring screen" of FIG. And it is designed to be able to monitor with the data value stored in the SD memory card regardless of installation site condition at low cost.
생성데이터 저장 주기는 기본적으로 1초 단위부터 저장이 가능하며 SD Memory Card의 용량에 따라 가변적으로 저장 주기를 설정할 수 있다. SD Memory Card는 Data Logger라는 외장형 장치 Card 주입구에 삽입하여 본 발명의 제어장치와 연결하여 사용하도록 고안하였다.
Generated data storage period can be saved from 1 second by default, and the storage period can be set variably according to the capacity of the SD memory card. The SD Memory Card is inserted into the card inlet of an external device called Data Logger and is designed to be used in connection with the control device of the present invention.
도 16은 참고적으로 도시한 본 발명에 사용되는 제어장치의 블록도이다.
16 is a block diagram of a control device used in the present invention shown by reference.
결론으로 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG)는, 종래의 수직축과 가로연결대의 구조를 개선하여 상기 수직축의 단면결손이 없으므로 상기 수직축의 꺽임 및 파손을 방지하며, 종래의 제너레이터의 구조를 개선하여 제3베어링을 추가하므로 샤프트의 상단을 보강하여 상기 샤프트의 파손을 방지한다. As a result, the vertical axis bending prevention structure (WG) of the vertical axis wind power generator of the present invention improves the structure of the conventional vertical axis and the horizontal axis to prevent the vertical axis from tilting and breaking, The third bearing is added to reinforce the upper end of the shaft to prevent the shaft from being damaged.
그리고, 종래의 블레이드 재질을 개선하여 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작한 CBF블레이드를 이용하므로 가로연결대와의 결합부위의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
Also, since CBF blades produced by multilayer compression of basalt fiber (CBF) are improved by improving the conventional blade material, it is possible to prevent breakage of the joint portion with the transverse link.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
It is therefore intended that the appended claims cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.
WG: 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조
VX: 수직축
B: CBF블레이드
B`: 블레이드
HB: 개량형가로연결대
GR: 개량형제너레이터
GR`: 제너레이터
100: 단위유닛
110: 중심부
111: 수직축삽입구
112, 113: 나사구멍
120: 블레이드지지부
200: 가로연결대WG: Vertical bending prevention structure of vertical axis wind power generator
VX: Vertical axis
B: CBF blade
B`: blade
HB: Improved horizontal stool
GR: Advanced Generator
GR `: generator
100: unit unit
110: center
111:
112, 113: screw holes
120: blade support
200: Horizontal stays
Claims (6)
상기 가로연결대(200)는 중앙에 상기 수직축(VX)이 삽입되어 나사로 고정되는 수직축삽입구(111)가 형성되어 상기 수직축삽입구(111)에 상기 수직축(VX)이 체결되므로 상기 수직축(VX)의 단면결손이 발생하지 않아 강풍에도 상기 수직축(VX)이 꺽이지 않는 개량형가로연결대(HB);로 구성되고,
상기 개량형가로연결대(HB)는 블레이드지지부(120)와 중심부(110)로 구성되는 동일한 형상의 2개의 단위유닛(100)이 결합하여 구성되며,
상기 중심부(110)는 전면 중앙에 반원형의 수직축삽입구(111)가 형성되고 상기 수직축삽입구(111) 옆으로 다수개의 요철이 형성되어 상기 2개의 단위유닛(100)이 결합할 때 상기 다수개의 요철이 상호 대응하여 체결되는 것을 특징으로 하되,
상기 수직축삽입구(111)에 나사구멍(112)이 형성되어 상기 나사구멍(112)에 나사(미도시)가 체결되어 상기 수직축(VX)의 외면을 압박하므로, 상기 2개의 단위유닛(100)이 상기 수직축(VX)의 단면결손없이 상기 수직축(VX)에 고정되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조.
In a vertical axis wind power generator comprising a vertical axis VX, a plurality of transverse links 200, a blade B 'and a generator GR' connected to the vertical axis VX,
The vertical link VX is coupled to the vertical link insertion port 111 so that the vertical link VX is inserted into the vertical link VX, (HB) in which the vertical axis (VX) is not bent even in a strong wind due to absence of defects,
The modified transverse link HB is formed by combining two unit units 100 having the same shape and composed of a blade support part 120 and a center part 110,
The center portion 110 has a semicircular vertical axis insertion hole 111 formed at the center of the front surface thereof and a plurality of protrusions and recesses formed beside the vertical axis insertion hole 111 to form a plurality of protrusions and recesses when the two unit units 100 are coupled. And are fastened together in correspondence with each other,
A screw hole 112 is formed in the vertical axis insertion port 111 so that a screw (not shown) is fastened to the screw hole 112 to press the outer surface of the vertical axis VX, Is fixed to the vertical axis (VX) without a cross section defect of the vertical axis (VX).
상기 제너레이터(GR`)는,
제1베어링(B1) 하단에 제3베어링(B3)이 추가로 구성되어 샤프트(SF)의 상단을 보강하므로 강풍에도 상기 샤프트(SF)의 파손을 방지하는 개량형제너레이터(GR);
인 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조.
The method of claim 1,
The generator GR '
An advanced generator (GR) further comprising a third bearing (B3) at the lower end of the first bearing (B1) to reinforce the upper end of the shaft (SF) so as to prevent breakage of the shaft (SF)
Wherein the vertical axis of the vertical axis wind power generator is a vertical axis.
상기 블레이드(B`)는,
응고된 용암을 분쇄 및 분말화한 현무암섬유(CBF, continuous basalt fiber)를 다층압축으로 제작하여 경량화하고 강풍에도 상기 개량형가로연결대(HB)와의 결합부위가 파손되지 않도록 내구성을 증가시킨 CBF블레이드(B);인 것을 특징으로 하되,
상기 CBF블레이드(B)는,
(1) 상기 용암을 응고하고 분쇄하며 분말화된 미분말을 상기 현무암섬유로 섬유질 가공하는 섬유화과정;
(2) 상기 현무암섬유를 현무암모직물로 가공하는 모직화과정; 및,
(3) 상기 현무암모직물을 여러 레이어로 쌓아 압축하는 다층압축과정;
을 통하여 제작되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치의 수직축 꺽임 방지 구조(WG).The method according to claim 1 or 4,
The blade (B '
A CBF blade (B (B)) having increased durability so that the joint portion with the improved transverse linkage (HB) is not damaged even in a strong wind by making the basalt fiber (CBF, continuous basalt fiber) ), ≪ / RTI >
The CBF blade (B)
(1) a fibrous process of solidifying and pulverizing the lava and pulverizing the pulverized fine powder with the basalt fiber;
(2) a woolening process of processing the basalt fiber into a basalt wool fabric; And
(3) a multilayer compression process in which the basalt wool is stacked in multiple layers and compressed;
(WG) of the vertical axis wind power generator.
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|---|---|---|---|
| KR1020140038626A KR101476673B1 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | The Breaking Prevention Structure Of Vertical Axis In The Vertical Axis Wind Power Device |
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