KR101476954B1

KR101476954B1 - 자기력을 이용한 풍력 발전장치

Info

Publication number: KR101476954B1
Application number: KR20140028575A
Authority: KR
Inventors: 김정식
Original assignee: 김정식
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-12-24

Abstract

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로 풍력에 의해 회전되는 팬의 속도를 증대시켜 발전기의 성능을 최대화로 시킬 수 있도록 하기 위하여, 풍력에 의해 회전되는 팬에 연결된 회전축과, 상기 회전축의 회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기와, 상기 발전기에 연결되어 전기를 저장하는 축전기가 구비되며, 상기 회전축 둘레에 설치되는 통공이 형성된 고정판 상에 자극을 갖는 다수 고정자가 방사형으로 이격 나열되고, 상기 나열된 다수 고정자 사이에는 회전축에 회전가능하게 설치되는 통공이 형성된 회전판 상에 고정자에 배치된 자극과 동일한 자극이 마주하도록 배열된 다수 회전자가 상호 교호적으로 연속 이격 나열되며, 상기 마주하는 자극의 단부에 상호 평행하게 경사부가 형성되는 가속회전부가 구비되고, 상기 회전판의 테두리부 하부측에 레일 상에서 작동되는 지지구가 구비되며, 상기 회전판의 테두리부에 유압장치에 연결되어 회전판을 접촉 제동하며, 회전축 상에 구비된 풍량속도측정기의 속도를 인식하는 컨트롤러에 의해 제어되는 브레이크가 구비되고, 상기 팬의 내측에 형성된 공기통로를 통해 이동되는 공기가 상기 가속회전부를 통과한 후, 회귀로를 경유하여 팬의 회전방향으로 향하도록 설치된 덕트로 배출되어 팬에 전달되도록 구성되고, 상기 회귀로 내부에 외부 서브팬에 연결된 회전날개부를 구비하여 공기의 속도 및 압력을 증대하도록 구성되는 것을 포함하여 이루어진다.

Description

자기력을 이용한 풍력 발전장치{Wind power generator using magnetic force}

본 발명은 자기력을 이용한 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 특히 자기력을 이용하여 회전축의 속도를 증가시켜 발전효율을 최대화 하도록 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치에 관한 것이다.

풍력 발전장치는 바람으로 풍차(팬, 날개 등)를 회전시켜 전기를 일으키는 발전기로, 풍력 터빈의 회전자 축이 발전기 축에 연결되어 구성되는 것이 일반적이다.

이러한 풍력 발전장치는 상술된 바와 같이 에너지의 근원이 바람이기 때문에, 바람이 많이 부는 지역, 특히 산능선이나 바닷가의 언덕 등에 대형 구조물로서 설치된다. 하지만 근래에는 소규모 사업장이나 가정용으로 사용할 수 있도록 소형의 풍력 발전장치가 개발되어 사용되고 있다.

하지만 소형 풍력 발전장치는 풍력을 받아 작동시키는데 한계가 있기 때문에 보조동력으로서 주로 모터를 추가 설치하여 사용하고 있다. 이러한 모터는 초기 작동시 반드시 전기를 사용하여야 하며 풍력 발전장치를 통해 발생되는 전기의 일부를 모터 작동에 지속적으로 사용해야 하기 때문에 풍력 발전장치의 전기 생성율이 저조할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

이에 근래에는 자석(자기력)을 이용한 발전장치가 개시되고 있다. 그 일예로서 등록특허 제10-0942831호에서는 자력부를 이용한 풍력 발전장치가 개시된 바 있으나, 이는 회전 블레이드가 설치되는 회전 샤프트를 고정하기 위해 블레이드 고정부를 상측으로 부양시키기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명에서 구현하고자 하는 속도증대를 위한 자기력 배열 구성은 아직 개발이 미흡한 상태이다.

등록특허 제10-0942831호 등록특허 제10-0833631호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 자기력을 이용하여 팬에 의해 회전되면서 전기를 발생시키는 회전축의 속도를 증가시켜 발전효율을 극대화함과 아울러 회전축의 과회전을 방지하도록 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 풍력에 의해 회전되는 팬에 연결된 회전축과, 상기 회전축의 회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기와, 상기 발전기에 연결되어 전기를 저장하는 축전기가 구비되며, 상기 회전축 둘레에 설치되는 통공이 형성된 고정판 상에 자극을 갖는 다수 고정자가 방사형으로 이격 나열되고, 상기 나열된 다수 고정자 사이에는 회전축에 회전가능하게 설치되는 통공이 형성된 회전판 상에 고정자에 배치된 자극과 동일한 자극이 마주하도록 배열된 다수 회전자가 상호 교호적으로 연속 이격 나열되며, 상기 마주하는 자극의 단부에 상호 평행하게 경사부가 형성되는 가속회전부가 구비되고, 상기 회전판의 테두리부 하부측에 레일 상에서 작동되는 지지구가 구비되며, 상기 회전판의 테두리부에 유압장치에 연결되어 회전판을 접촉 제동하며, 회전축 상에 구비된 풍량속도측정기의 속도를 인식하는 컨트롤러에 의해 제어되는 브레이크가 구비되고, 상기 팬의 내측에 형성된 공기통로를 통해 이동되는 공기가 상기 가속회전부를 통과한 후, 회귀로를 경유하여 팬의 회전방향으로 향하도록 설치된 덕트로 배출되어 팬에 전달되도록 구성되고, 상기 회귀로 내부에 외부 서브팬에 연결된 회전날개부를 구비하여 공기의 속도 및 압력을 증대하도록 구성되는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 자기력을 이용한 풍력 발전장치는 다른 외부전기 또는 발전기에서 생성되는 전기를 사용하지 않고서도 팬의 속도를 증대시킬 수 있기 때문에 발전기의 전기 생성율을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한 소형으로 제작하더라도 충분한 전기를 발생시킬 수 있기 때문에 소규모 작업장이나 가정용으로 사용하기 유리하며, 자기력을 이용함으로써 한 번 가동하고 나면 무한동력을 얻을 수 있게 된다.

또한 팬의 과회전으로 인한 과열을 방지할 수 있어 안전한 사용성이 확보된다.

도 1은 본 발명에 의한 자기력을 이용한 풍력 발전장치의 전체 측면도
도 2는 본 발명에 의한 팬의 구성을 나타낸 평면도
도 3은 본 발명에 의한 팬 동작부의 구성을 나타낸 측면도
도 4는 본 발명에 의한 가속회전부의 구성을 나타낸 측면도
도 5는 본 발명에 의한 가속회전부의 구성을 나타낸 평면도
도 6은 본 발명에 의한 고정자 및 회전자의 다른 실시예 구성을 나타낸 평면도
도 7은 본 발명에 의한 다단 구성된 팬 동작부의 측면도

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 보면 본 발명에 의한 자기력을 이용한 풍력 발전장치는 팬(10)이 장착된 회전축(20), 발전기(30), 축전기(40) 및 가속회전부(50)로 이루어진다.

본 발명의 풍력 발전장치에 구비되는 팬(10)은 풍력(바람)에 의해 회전되도록 구비되어 도 1에서와 같이 회전축(20)을 회전시키도록 설치된다. 팬(10)의 회전속도에 따라 회전축(20)의 속도가 변하게 되므로, 회전축(20)의 속도를 높이기 위해 다단으로 팬(110,210)을 더 설치할 수 있다.

상기 팬(10)은 도 2에서와 같이 팬(10)으로 유입되는 공기를 하측으로 이송시키기 위한 공기통로(19)가 회전축(20)의 주위로 형성되며, 그 테두리에는 다수 안내날개(12)가 구비된다. 이때 안내날개(12)는 바람의 유입량을 조절하기 위해 각각 회전 조절 가능하도록 축(13) 결합되며, 도 3에서와 같이 그 축(13)은 인접한 상호간에 연결링크(92)로 연결되며, 그 연결링크(92)는 유압장치(91)에 연결된 작동링크(93)에 의해 안내날개(12)가 동시에 회전 작동조절되도록 구성된다.

상기 팬(10)은 회전축(20) 상에 설치된 회전판(11) 상에 설치된다. 회전판(11) 상에는 도 3에서와 같이 팬(10)을 통해 유입되는 공기가 하측으로 이동되도록 다수 통공(11a)이 형성된다. 이때 통공(11a)은 후술되는 회전자(55)의 위치를 피해 그 주변에 형성되게 한다.

또한, 상기 회전판(11)이 과회전되면 과열현상이 발생되므로 이를 방지하기 위해 회전판(11)의 테두리에 이격되게 브레이크(17)를 구비하며, 브레이크(17)에 접촉되어 회전판(11)이 제동되도록 회전판(11) 상에는 접촉패드(15)를 구비한다. 이때 브레이크(17)는 유압장치(16)에 연결되어 작동된다.

그리고, 도 4에서와 같이 회전판(11)은 안정된 회전력을 유지하기 위해 테두리부 하부측에 지지구(82a)가 구비되며, 지지구(82a)는 그 하측에 구비되는 레일(82b) 상에서 작동되도록 구성된다. 이때 레일(82b)은 후술되는 고정판(59) 상에 설치되는 고정구(81)의 상측에 구비된다.

상기 팬(10)의 내측에 형성된 공기통로(19)를 통해 이동되는 공기는 후술되는 가속회전부(50)를 통과한 후, 그 하부에 형성되는 회귀로(97)를 경유하여 팬(10)에 이격 설치된 덕트(95)로 배출되어 팬(10)에 전달되도록 구성한다. 이때, 도 2에서와 같이 덕트(95)의 바람에 의해 팬(10)이 가속될 수 있도록 덕트(95)의 배출측이 팬(10)의 회전방향으로 향하도록 비스듬히 설치하는 것이 바람직하다.

이로 인해 팬(10)은 외부바람에 의해 회전되는 속도에 덕트(95)를 통해 배출되는 공기에 의한 속도가 부가됨으로써 별도의 회전보조수단을 마련하지 않고서도 빠른 회전속도를 가질 수 있게 된다.

상기 회귀로(97) 내에서 이동되는 공기의 속도 및 압력을 증대시키기 위해 도 1에서와 같이 회귀로(97) 내부에는 외부 서브팬(98)에 연결된 회전날개부(99)를 더 구비할 수 있다. 상기 회전날개부(99)는 외부 서브팬(98)의 축 상에 다수 날개로 형성되며, 외부 서브팬(98)의 회전으로 인한 회전력을 전달받아 회전되면서 회귀로(97) 내에 이동되는 공기를 더욱 강하게 밀어주게 된다.

상기한 팬(10) 구조는 다단으로 설치되는 팬(110,210)에도 동일하게 적용되며, 그 개수는 한정되지 않는다.

한편, 도 1에서와 같이 회전축(20) 상의 하측에는 회전축(20)의 회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기(30)를 구비하며, 발전기(30)에 연결되어 전기를 저장하는 축전기(40)를 구비한다. 또한, 전기를 발생시키는 근원인 회전축(20)의 속도를 더욱 증대시키기 위해 회전축(20) 상에 증속기(89)를 더 구비할 수 있다. 이때 증속기(89)는 축전기(40)에 연결되어 발전기(30)에서 발생되는 전기를 인가받아 구동되며, 모터나 카본기 등으로 대체 사용이 가능하다.

상기 팬(10), 회전축(20), 발전기(30) 및 축전기(40)의 구성은 바닥체(3), 측지지체(2) 및 덮개체(4)에 의해 지지 설치된다.

또한, 상기 회전축(20)의 상,하측에는 회전축(20)의 안정된 회전력을 유지하기 위해 축홀더(83,84)를 설치한다. 축홀더(83,84)는 회전축(20) 상에 다수 설치 가능하며, 교체 가능한 구조로 설치됨이 바람직하다.

상기 팬(10)의 하측에는 전기 등의 에너지를 공급하지 않고서도 팬(10)의 속도를 더욱 증대시키기 위해 가속회전부(50)를 구비한다.

상기 가속회전부(50)는 도 1, 도 4 및 도 5에서와 같이 회전축(20) 둘레에 인접되는 자극(N,S)(52)을 갖는 다수 고정자(51)와, 그 고정자(51) 둘레에 고정자(51)에 배치된 자극(N,S)(52)과 동일한 자극(N,S)(56)이 마주하여 인접되는 다수 회전자(55)가 상호 교호적으로 연속 이격 나열 구비되어 구성된다.

상기 회전자(55)는 팬(10)의 하측에 설치된 회전판(11)의 하측으로 수직 설치되며, 고정자(51)는 회전판(11)의 하측에 이격되어 회전축(10) 상에 설치되는 고정판(59)에 수직 설치된다. 이때, 회전자(55)는 고정자(51) 사이마다 위치되어 그 사이를 회전하게 된다. 그리고, 도 4에서와 같이 고정판(59)에는 공기가 통과되는 다수의 통공(59a)이 고정자(51)의 위치를 피해 그 주변에 형성된다.

고정자(51)는 그 하부에 설치되는 고정판(59)에 고정 설치되며, 회전자(55)는 그 상부에 설치되는 회전판(11)에 고정 설치되어 고정자(51) 사이를 회전하게 된다.

가속회전부(50)의 회전 구조를 좀 더 상세히 살펴보면, 도 4에서와 같이 고정자(51)는 고정판(59) 상에 설치되는 회전축(20)을 감싸는 고정자(51)를 기준으로 그 외측에 이격되어 다수 설치되고, 고정자(51) 사이 마다 상측 회전판(11)에 고정된 회전자(55)가 위치된다. 이때 도 5 및 도 6에서와 같이 마주하는 자극(52,56)의 단부에 상호 평행하게 경사부(53,57)가 형성되게 한다.

이 상태에서 팬(10)의 작동에 의해 회전판(11)이 회전하게 되면 회전자(55)가 회전되면서 고정자(51)의 자극(52)과 동일한 회전자(55)의 자극(56)이 맞닿게 된다. 이때 동일한 자극(52,56) 간에 척력(斥力)이 발생되나, 이 척력은 고정자(51)와 회전자(55) 간의 이격거리와 함께, 팬(10)에 의한 회전력에 비해 미약하기 때문에 척력이 발생되는 상태에서 회전자(55)의 자극(56)이 고정자(51)의 자극(52)을 통과하게 된다. 이때 통과되는 순간부터 마주하는 자극(52,56)의 경사부(53,57)로 인한 척력(斥力)에 의해 밀리는 힘이 발생되므로 그 힘에 의해 회전속도가 더욱 증대되는 것이다.

도 5 및 도 6의 (a)에서와 같이 상기 회전자(55)는 고정자(51) 측으로의 진입측 및 이탈측에서 각 자극(52,56)에 형성된 돌출모서리부(54,58) 및 경사부(53,57)가 상호 엇갈리게 구비할 수 있다.

또한 도 6의 (b)에서와 같이 상기 회전자(55)는 고정자(51) 측으로의 진입측에서는 각 자극(52,56)에 형성된 돌출모서리부(54,58) 끼리 마주하도록 구비되며, 이탈측에서는 자극(52,56)간에 경사부(53,57) 끼리 마주하도록 구비할 수 있다. 이러한 자극(52,56) 배치는 회전자(55)가 고정자(51)를 통과할 때 저항을 최소화시키고, 통과하는 순간부터 최대한의 척력을 받을 수 있다. 이로 인해 진입측에서는 모서리부 끼리 마주하게 되므로 저항을 덜 받게 되고, 이탈측에서는 경사부(53,57) 끼리 마주하게 되므로 척력이 강하게 발생되어 팬(10)의 속도를 증대시켜 주게 된다.

한편, 도 1에서와 같이 상기 회전축(20) 상에는 풍량속도측정기(8)가 구비되며, 상기 풍량속도측정기(8)의 속도를 인식하여 회전축(20)의 속도를 제어하는 컨트롤러(7)를 더 구비한다. 컨트롤러(7)는 브레이크(17)를 제어하여 회전축(20)과 함께 회전되는 회전판(11)의 속도를 제어하게 되므로서 과열 현상을 방지할 수 있게 된다.

7 : 컨트롤러 8 : 풍량속도측정기
10 : 팬 12 : 안내날개
19 : 공기통로 20 : 회전축
30 : 발전기 40 : 축전기
50 : 가속회전부 51 : 고정자
52, 56 : 자극 55 : 회전자
95 : 덕트 97 : 회귀로
98 : 서브팬 99 : 회전날개부

Claims

풍력에 의해 회전되는 팬(10)에 연결된 회전축(20)과, 상기 회전축(20)의 회전력에 의해 전기를 발생시키는 발전기(30)와, 상기 발전기(30)에 연결되어 전기를 저장하는 축전기(40)가 구비되며,
상기 회전축(20) 둘레에 설치되는 통공(59a)이 형성된 고정판(59) 상에 자극(52)을 갖는 다수 고정자(51)가 방사형으로 이격 나열되고, 상기 나열된 다수 고정자(51) 사이에는 회전축(20)에 회전가능하게 설치되는 통공(11a)이 형성된 회전판(11) 상에 고정자(51)에 배치된 자극(52)과 동일한 자극(56)이 마주하도록 배열된 다수 회전자(55)가 상호 교호적으로 연속 이격 나열되며, 상기 마주하는 자극(52,56)의 단부에 상호 평행하게 경사부(53,57)가 형성되는 가속회전부(50)가 구비되고,
상기 회전판(11)의 테두리부 하부측에 레일(82b) 상에서 작동되는 지지구(82a)가 구비되며,
상기 회전판(11)의 테두리부에 유압장치(16)에 연결되어 회전판(11)을 접촉 제동하며, 회전축(20) 상에 구비된 풍량속도측정기(8)의 속도를 인식하는 컨트롤러(7)에 의해 제어되는 브레이크(17)가 구비되고,
상기 팬(10)의 내측에 형성된 공기통로(19)를 통해 이동되는 공기가 상기 가속회전부(50)를 통과한 후, 회귀로(97)를 경유하여 팬(10)의 회전방향으로 향하도록 설치된 덕트(95)로 배출되어 팬(10)에 전달되도록 구성되고, 상기 회귀로(97) 내부에 외부 서브팬(98)에 연결된 회전날개부(99)를 구비하여 공기의 속도 및 압력을 증대하도록 구성되는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 회전자(55)는 고정자(51) 측으로의 진입측 및 이탈측에서 각 자극(52,56)에 형성된 돌출모서리부(54,58) 및 경사부(53,57)가 상호 엇갈리게 구비되는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 회전자(55)는 고정자(51) 측으로의 진입측에서는 각 자극(52,56)에 형성된 돌출모서리부(54,58) 끼리 마주하도록 구비되며, 이탈측에서는 자극(52,56)간에 경사부(53,57) 끼리 마주하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팬(10)은 바람 유입량을 조절하기 위해 테두리에 다수 안내날개(12)가 구비되며, 상기 안내날개(12)는 축(13)에 결합되어 인접하는 축(13) 간에 연결링크(92)로 연결되며, 상기 연결링크(92)는 유압장치(91)에 연결된 작동링크(93)에 연결되어 안내날개(12)가 동시에 회전 작동조절되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치.
삭제
삭제
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전축(20) 상에는 증속기(89)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 풍력 발전장치.