KR101574944B1 - 풍력 발전기용 회전체 - Google Patents

Abstract

풍력 발전기에 사용되는 회전체로서, 하우징, 하우징의 중심에 결합되는 회전축, 하우징 내에 결합되고 원주 방향으로 경사를 갖는 경사형 물통, 그리고 하우징의 외측에 결합되는 다수의 측면 날개를 포함한다.

Description

풍력 발전기용 회전체{Rotator for Wind Power Generator}

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 상세하게는 전력을 고르게 생성할 수 있는 풍력 발전기용 회전체에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람 에너지를 전기 에너지로 바꿔 주는 장치로서, 바람에 의해 회전하는 날개에서 회전력을 받아 회전축을 돌려 전기를 생성한다.

풍력 발전기는 일반적으로 회전체와 발전부로 크게 구분할 수 있다. 회전체는 날개, 회전축, 변속부 등을 포함한다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 회전축은 날개의 풍력 에너지를 발전부로 전달하여, 변속부는 변속 기어를 통해 발전부에서 요구하는 회전수로 조정한다. 그리고, 발전부는 변속부를 통해 전달된 회전 에너지를 전기 에너지로 변환한다.

풍력 발전기는 설치 방법에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 대별된다. 수평축 발전기는 프로펠러 회전 방식으로서 발전 효율은 높으나 유체의 유동 방향에 따라 회전체의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 유체의 유속에 따라 날개의 각도를 바꾸어 주는 장치가 필요하다. 또한, 회전체의 축이 회전체의 반지름보다 높은 곳에 위치해야 하므로, 높은 곳에 위치한 회전축과 발전부를 연결하기 위해 발전부를 회전축과 같은 높이에 설치하거나, 수평 회전력을 수직 회전력으로 전환하는 장치를 설치하기도 한다. 전자는 유체의 강한 흐름에 의해 기구적 손상이 발생할 수 있고, 유지, 보수도 쉽지 않다는 문제가 있다. 후자는 수평 회전력을 수직 회전력으로 전환하는 과정에서 에너지 손실이 생길 수 있다.

이러한 수평축 발전기의 문제점으로 인해, 최근에는 수직형 발전기를 많이 사용하고 있다. 그러나, 수직형 발전기도, 제작 단가가 높고, 날개의 대칭으로 인해 풍향의 순방향 회전력이 상쇄되어 풍향이 약할 때 가동이 쉽게 중단되는 단점이 있다.

본 발명은 수직형 발전기의 여러 문제점 중에서, 풍향이 약할 때 가동이 쉽게 중단되는 문제를 해결할 수 있는 풍력 발전기용 회전체를 제공하고자 한다.

또한, 수직형 발전기의 회전축을 고르게 회전시켜 생성 전력의 기복을 최소화할 수 있는 풍력 발전기용 회전체를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기용 회전체는 하우징, 발전부, 회전축, 경사형 물통, 다수의 측면 날개를 포함한다.

하우징은 원통형 프레임으로 구성할 수 있다.
발전부는 전기를 생성할 수 있다.
회전축은 일측이 하우징의 내부에 결합되고 타측이 발전부에 결합할 수 있다.
경사형 물통은 하우징 내에 결합되고, 상부에서 하부로 가면서 원주 방향으로 위치가 변하는 경사를 갖는다.

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다수의 측면 날개는 하우징의 외측에 결합된다.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체에서, 경사형 물통은 원주 방향으로 다수를 인접하여 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체에서, 하우징은 내부에 수직형 물통을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체는, 하우징의 상단부 결합되는 다수의 상부 날개를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전기는 회전체에 발전부, 모터부, 제어부를 더 포함하여 구성할 수 있다.

발전부는 회전체의 회전축에 결합되어 회전축의 회전력을 전기로 변환시킨다.

모터부는 회전축에 결합되고, 발전부로부터 전력을 공급받아 회전축을 회전시킨다.

제어부는 발전부에서 생성된 전력의 일부를 모터부로 전송한다.

본 발명에 따른 풍력 발전기는 회전축의 회전속도를 감지하는 회전속도 감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부는, 회전속도 감지센서로부터 수신하는 회전축의 회전속도가 기준값 이하로 내려갈 때, 발전부의 일부 전력을 모터부로 전송하도록 제어한다.

이러한 구성을 갖는 풍력 발전기용 회전체에 의하면, 바람이 약해지면 경사형 물통으로 인해 생기는 원심력으로 회전체의 회전을 상당 시간 지속시킬 수 있다. 그 결과, 바람이 약할 때도 전력 생산이 상당 시간 동안 중단되지 않는다.

또한, 생산 전력의 일부를 회전축을 돌리는데 일부 사용함으로써, 전력 생산의 기복을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 외형을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 제1 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 제2 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제1 실시예를 보여주는 일부 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제2 실시예를 보여주는 일부 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 제1 실시예를 보여주는 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체는 회전축(110), 하우징(120), 측면 날개(130), 상부 날개(140) 등을 포함하여 구성된다.

회전축(110)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(120)의 하단에 배치된다. 이는 하우징(120)의 내부에 수직형 물통(160)을 구비할 수 있기 때문이다. 물론, 수직형 물통(160)의 중심을 상하로 관통하는 형태로 구성할 수도 있다. 이 경우, 측방은 하우징(120)에 결합되고, 하부는 발전부(200)에 결합된다. 회전축(110)은 샤프트, 샤프트를 지지하는 지지부, 샤프트와 지지부 사이에 결합되는 베이링 등으로 구성할 수 있다.

하우징(120)은 회전체(100)의 프레임으로서 금속, 플라스틱 등의 재질로 구성할 수 있고, 회전 저항을 줄이기 위해 원통형으로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 하우징(120)의 내부에는 경사형 물통(150)이 내장되고, 외측에는 다수의 측면 날개(130)가 결합된다.

측면 날개(130)는 하우징(120)의 외측면에 방사상으로 다수가 결합된다. 측면 날개(130)는 풍력에 저항하며, 이를 통해 하우징(120)을 회전시키고, 최종적으로 하우징(120)에 결합된 회전축(110)을 회전시킨다.

측면 날개(130)는 정회전 풍력을 최대로 받고 역회전 풍력을 최소화하도록 공전위치에 따라 자전각도를 조절하는 형태로 구성할 수 있다. 예를들어, 풍향계, 회전각도를 감지하는 센서, 센서의 회전각도 감지신호를 수신하여 동력발생수단의 구동을 제어하는 제어부, 제1 베벨기어, 제1 베벨기어에 치합되는 제1 유성기어, 제1 유성기어와 연결되는 제2 유성기어, 제2 유성기어에 치합되는 제2 베벨기어, 제2 베벨기어의 축에 고정되는 측면 날개 등으로 구현할 수 있다.

상부 날개(140)는 하우징(120)의 상부에 다수로 결합된다. 상부 날개(140)는 측면 날개(130)를 보조하는 기능을 수행한다.

경사형 물통(150)은 하우징(120)내에 결합된다. 경사형 물통(150)은 상부에서 하부로 가면서 원주 방향으로 위치가 변하는, 즉 경사 형태로 구비된다. 여기서, 원주 방향으로 이격되는 정도, 즉 상부 평면에서 하방으로 측정한 경사각은 15 ~ 60°로 형성할 수 있다.

경사형 물통(150)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 연속적인 나선형 파이프 형태로 구성할 수 있다. 또한, 경사형 물통(150)은 개별의 사각 물통을 상하 및 원주 방향으로 소정 간격씩 이격시켜 전체적으로 나선형 구조를 갖게 구성할 수도 있다.

경사형 물통(150)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 원주 방향으로 소정 간격 이격되게 다수를 구비할 수 있다.

또한, 경사형 물통(150)은, 도 2에 도시하지는 않았으나, 상부에서 하부로 가면서 직경이나 체적이 커지도게 구성할 수도 있다.

이러한 경사형 물통(150)은 회전체(100)에 기존 회전 방향으로의 회전력을 가중시킬 수 있다. 그 결과, 바람이 약해지거나 불지 않더라도, 회전체(100)는 경사형 물통(150)이 가중시킨 회전력으로 상당 시간 회전을 유지할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기용 회전체의 제2 실시예를 보여주는 사시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제2 실시예는 수직형 물통(160)을 더 구비할 수 있다. 수직형 물통(160)은 하우징(120)에서 경사형 물통(150)의 내측에 구비할 수 있으며, 경사형 물통(150)의 원심력을 보강 내지 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.

그 밖의 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 다른 구성의 설명은 제1 실시예의 설명으로 갈음한다.

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제1 실시예를 보여주는 일부 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 풍력 발전기의 제1 실시예는 위에서 설명한 회전체(100)의 제1,2 실시예에 발전부(200)를 추가하여 구성할 수 있다.

발전부(200)는 회전축(110)에 결합되어, 회전축(110)의 회전력을 전기 에너지로 변환한다.

도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 제2 실시예를 보여주는 일부 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 풍력 발전기의 제2 실시예는 제1 실시예에 모터부(300)와 제어부(400)를 추가하여 구성할 수 있다.

모터부(300)는 회전축(110)에 결합되어 회전축을 회전시킨다. 모터부(300)는 발전부(200)로부터 전력을 공급받는다.

제어부(400)는 발전부(200)에서 생성된 전력의 일부를 모터부(300)로 전송한다. 이 경우, 제어부(400)가 모터부(300)로 전송하는 전력은 발전부(200)가 생성한 전력의 30~60%의 범위로 할 수 있다.

한편, 풍력 발전기의 제2 실시예는 회전축(110)의 회전속도를 감지하는 감지센서를 더 포함할 수 있다. 회전속도 감지센서는 예를들어 유도형 센서와 홀 센서를 이용할 수 있다. 유도형 센서는 구리 코일이 감긴 연강 철심과 영구 자석으로 구성되어 있으며, 유도된 교류전압의 주파수로부터 회전축(110)의 회전속도를 측정한다. 홀 센서는 홀 효과(Hall effect)를 이용한 전자 스위치로서, 유도 센서에 비해 신호 전압의 크기가 회전축 회전속도와 관계가 없어 아주 낮은 회전 속도도 감지할 수 있다.

이러한 회전속도 감지센서를 더 포함할 경우, 제어부(400)는 회전속도 감지 센서로부터 수신하는 회전축(110)의 회전속도에 따라 발전부(200)로부터 모터부(300)로의 전력 전송을 결정할 수 있다. 즉, 회전축(110)의 회전속도가 기준값 이하로 내려갈 때에만 발전부(200)의 일부 전력을 모터부(300)로 전송하도록 제어할 수 있다. 여기서, 기준값은 발전부(200)가 전력을 생성할 수 있는 최저 회전수일 수 있다.

이상 설명한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것으로, 통상의 기술자라면 이들 실시예에 기초하여 변형이나 수정을 가할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 아래의 청구범위에 의해 결정되므로, 그러한 변형이나 수정이 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

100 : 회전체 110 : 회전축
120 : 하우징 130 : 측면 날개
140 : 상부 날개 150 : 경사형 물통
160 : 수직형 물통 200 : 발전부
300 : 모터부 400 : 제어부

Claims (6)

1. 풍력 발전기에 있어서,
   하우징;
   전기를 생성하는 발전부;
   일측은 상기 하우징의 내부에 결합하고 타측은 상기 발전부에 결합하는 회전축;
   상기 하우징 내에 결합하고, 상부에서 하부로 가면서 원주 방향으로 경사지는 경사형 물통;
   상기 하우징의 외측에 결합하는 다수의 측면 날개를 포함하는, 풍력 발전기용 회전체.
2. 제1항에 있어서, 상기 경사형 물통은
   원주 방향으로 다수가 인접하여 구비되는, 풍력 발전기용 회전체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징은
   내부에 수직형 물통을 더 포함하는, 풍력 발전기용 회전체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하우징의 상부에 결합되는 다수의 상부 날개를 더 포함하는, 풍력 발전기용 회전체.
5. 풍력 발전기에 있어서,
   하우징;
   상기 하우징의 내부에 결합되는 회전축;
   상기 하우징 내에 결합되고, 상부에서 하부로 가면서 원주 방향으로 경사지는 경사형 물통;
   상기 하우징의 외측에 결합되는 다수의 측면 날개;
   상기 회전축에 결합되는 발전부;
   상기 회전축에 결합되는 모터부;
   상기 발전부에서 생성되는 전력의 일부를 상기 모터부로 전송하는 제어부를 포함하는, 풍력 발전기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전축의 회전속도를 감지하는 회전속도 감지센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 회전속도 감지센서로부터 수신하는 상기 회전축의 회전속도가 기준값 이하로 내려갈 때, 상기 발전부의 일부 전력을 상기 모터부로 전송하는, 풍력 발전기.

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