KR101746449B1 - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍속이 약한 경우에도 효율적으로 풍력발전을 발생시킬 수 있고, 미회전자에 운동에너지를 저장하여 사용가능한 토오크로 발전할 수 있고 상용풍속 또는 정격풍속에도 지속적인 발전이 가능하도록 하는 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전장치는, 제1하우징 및 제2하우징; 상기 제1하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제1중심축; 상기 제1중심축에 고정설치되어 바람에 의해 회전하는 다수의 회전날개; 상기 제2하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제2중심축; 상기 제2중심축을 중심으로 원판형태로 설치된 다수의 고정자; 상기 다수의 고정자에 각각 대응하도록 설치되며, 상기 제2중심축의 회전에 의해 회전가능하도록 설치된 다수의 회전자; 상기 다수의 회전자의 회전에 따른 회전수를 검출하는 회전수검출부; 상기 제1중심축과 제2중심축을 연결하고 다수의 회전날개에 의해 회전하는 상기 제1중심축의 회전력을 상기 제2중심축으로 전달하여 상기 제2중심축을 회전시키도록 하는 구동벨트; 상기 회전자의 회전에 따라 생성된 전기에너지를 충전하기 위한 축전모듈; 상기 생성된 전기에너지를 상기 축전모듈로 공급 및 차단을 제어하는 충전제어부를 포함하고, 상기 충전제어부는 상기 다수의 회전자 중 제1 회전자의 회전수가 기설정된 기준 회전수 이상이 되면 기설정된 시간간격으로 상기 축전모듈로 전기에너지를 공급 및 차단을 반복하도록 제어한다.

Description

풍력발전장치{Wind power generation apparatus}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 특히 풍속이 약한 경우에도 효율적으로 풍력발전을 발생시킬 수 있도록 하는 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 바람의 힘으로 기계적 에너지를 만들어내고 이를 다시 전기적 에너지로 변환함으로써 전력을 발전하는 장치이다. 바람에 의한 풍력에너지는 무한하면서도 청정하기 때문에 대체 에너지로서 가치를 인정받고 있다.

이와 같이 새로운 대체 에너지 발전장치로서 풍력발전장치는 충분한 가능성을 갖고 있으나, 풍속이 약한 경우(예컨대, 2~6m/sec 정도)에는 블레이드를 움직이기 어려워 기존 풍력장치로는 발전의 효율성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

실제로 우리나라에서는 연평균 풍속이 2~6m/sec임에도 불구하고 기존의 풍력발전장치는 6m/sec 이상의 풍속용 풍력발전장치가 설치되어 있어 설치비용에 따른 낭비가 크고 이러한 과용량 발전기로 인해 효율적인 발전이 이루어지지 않는다.

물론, 우리나라에서도 지역, 대기상태 등에 따라 6m/sec 이상의 강한 바람이 부는 경우가 종종 있기 때문에 그에 따른 발전이 이루어지는 경우도 있다. 예컨대 풍속이 낮은 가운데 가끔씩 강한 풍속이 있는 경우가 있지만 이를 제대로 활용하지 못하는 경우가 많다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 제10-1206701호에는 저풍속에도 풍력자원을 보다 효율적으로 이용할 수 있는 풍력발전기가 제시되어 있다. 이러한 풍력발전기는 중심 샤프트를 기준으로 오버랩 영역을 형성하여 같은 회전방향으로 배치고정되는 항력블레이드에 양력을 발생시키는 에어포일형 윈드캡쳐를 구비하여 바람의 항력과 양력을 동시에 이용할 수 있도록 함으로써 풍력발전의 출력계수를 가속화하여 작은 바람에도 풍력발전의 효율을 높일 수 있도록 한다. 하지만, 이러한 풍력발전기는 다수의 대형 항력블레이드에 윈드캡쳐를 각각 구비해야 하므로 부피가 커지고 설치비용이 증가하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1239077호 대한민국 등록특허공보 제10-1206701호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0002745호

본 발명은 가끔씩 발생하는 중속 또는 고속의 풍속에 의한 에너지를 축적하여 풍속이 상대적으로 약한 경우에도 발전이 가능하도록 하는 풍력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 풍력의 강도에 따라 단계적으로 발전을 수행하도록 함으로써 바람의 변화에 따라 효율적인 발전이 이루어지도록 하는 풍력발전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는, 제1하우징 및 제2하우징; 상기 제1하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제1중심축; 상기 제1중심축에 고정설치되어 바람에 의해 회전하는 다수의 회전날개; 상기 제2하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제2중심축; 상기 제2중심축을 중심으로 원판형태로 설치된 다수의 고정자; 상기 다수의 고정자에 각각 대응하도록 설치되며, 상기 제2중심축의 회전에 의해 회전가능하도록 설치된 다수의 회전자; 상기 다수의 회전자의 회전에 따른 회전수를 검출하는 회전수검출부; 상기 제1중심축과 제2중심축을 연결하고 다수의 회전날개에 의해 회전하는 상기 제1중심축의 회전력을 상기 제2중심축으로 전달하여 상기 제2중심축을 회전시키도록 하는 구동벨트; 상기 회전자의 회전에 따라 생성된 전기에너지를 충전하기 위한 축전모듈; 상기 생성된 전기에너지를 상기 축전모듈로 공급 및 차단을 제어하는 충전제어부를 포함하고, 상기 다수의 회전자 중 제1 회전자는 나머지 다른 회전자보다 상대적으로 더 큰 무게를 갖고, 상기 충전제어부는 상기 제1 회전자의 회전수가 기설정된 기준 회전수 이상이 되면 기설정된 시간간격으로 상기 축전모듈로 전기에너지를 공급 및 차단을 반복하도록 제어한다.

본 발명에서, 상기 제어부는 상기 제1 회전자의 회전수가 상기 기설정된 기준 회전수 이하로 떨어지면 상기 전기에너지의 충전을 공급을 차단한다.

삭제

본 발명에서, 상기 제1 회전자는 나머지 다른 회전자보다 기설정된 무게를 갖는 휠이 추가되어 상기 나머지 다른 회전자보다 더 큰 무게를 갖도록 한다.

본 발명에서, 상기 무게는 상기 제1 회전자가 기설정된 풍속 이상에서 회전한 후 상기 기설정된 풍속 이하로 떨어지는 경우에도 일정시간 동안 상기 기설정된 회전수를 유지하도록 설정된다.

본 발명에서, 상기 다수의 회전자는 각각 서로 다른 코일의 직경 및 서로 다른 권선수를 갖는다.

본 발명에서, 상기 제1 회전자보다 나머지 다른 회전자의 코일의 직경이 상대적으로 크고 권선수는 상대적으로 적으며, 바람의 세기가 증가함에 따라 상기 다수의 회전자 중 코일의 직경이 작고 권선수가 상대적으로 많은 제1 회전자부터 회전을 순차적으로 발전한다.

본 발명에서, 상기 바람의 세기가 증가함에 따라 상대적으로 약한 제1범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자를 회전시키고, 상기 제1범위보다 상대적으로 강한 제2범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상기 제1 회전자의 코일보다 크고 권선수가 적은 제2 회전자를 회전시키며, 상기 제2범위보다 상대적으로 더 강한 제3범위의 풍속에서는 상기 제2 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상가 제2 회전자보다 크고 권선수가 적은 제3 회전자를 회전시키도록 한다.

본 발명에서, 상기 제1 및 제2 중심축이 연결되는 상기 제1하우징 및 제2하우징의 각 상부 중앙부와 하부 중앙부에는 각각 자석이 형성되며 상기 제1 및 제2 중심축의 끝단부는 상기 자석과 동일 극성의 자석이 대응되도록 형성되며, 상기 각각 대응하는 자석 간의 척력에 의한 자기부상으로 연결된다.

본 발명에서, 상기 제1 및 제2 중심축은 각각 제1하우징 및 제2하우징의 각 상부 중앙부와 하부 중앙부와 베어링을 통해 연결된다.

본 발명에 따른 풍력발전장치에 의하면 풍속이 약한 경우에도 지속적인 발전이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면 풍속이 변함에 따라 풍속이 약한 경우에는 회전자의 회전수가 적더라도 감속형 발전이 가능하며, 풍속이 상대적으로 강해져서 상용 풍속 또는 정격 풍속에서도 지속적인 발전이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면 풍속이 변화에 대응하여 발전량을 조절할 수 있어 효율적인 발전이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 회전날개의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 제1중심축의 연결상태를 보인 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전장치의 동작방법을 보인 흐름도.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 회전날개의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1중심축의 연결상태를 보인 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력발전장치(100)는 서로 분리된 제1하우징(110)과 제2하우징(120)을 포함한다. 제1하우징(110)의 내부에는 제1중심축(111) 및 다수의 회전날개(112)가 포함되고, 제2하우징(120)의 내부에는 제2중심축(121), 다수의 고정자(122) 및 다수의 회전자(123)가 포함된다. 구체적으로 이러한 제1중심축(111)은 제1하우징(110)의 내부의 상면 중앙부(10)와 하면 중앙부(11) 사이에 연결되고, 제2중심축(121)은 제2하우징(120)의 내부의 상면 중앙부(20)와 하면 중앙부(21) 사이에 연결된다.

제1중심축(111)에는 다수의 회전날개(112)가 고정부착된다. 이들 다수의 회전날개(112)는 외부로부터 공급되는 바람에 의해 회전하도록 구성된다. 이와 같이 각 회전날개(112)의 회전에 따라 제1중심축(111)도 함께 회전하게 된다.

제1중심축(111)과 제2중심축(121) 간에는 구동벨트(130)에 의해 연결된다. 이러한 구동벨트(130)는 제1중심축(111)의 회전력을 제2중심축(121)으로 전달하는 역할을 한다. 즉, 외부로부터 공급되는 바람에 의해 다수의 회전날개(112)가 회전하게 됨으로써 제1중심축(111)이 회전하게 되고, 이러한 회전력은 구동벨트(130)에 의해 제2중심축(121)으로 전달되어 제2중심축(121)도 제1중심축(111)에 연동하여 회전하게 된다. 제1중심축(111)과 제2중심축(121) 간의 회전수 및 회전속도는 제1 및 제2 중심축(111,121)의 각 두께에 의해 결정된다.

제2중심축(121)을 중심으로 원판형태로 다수의 고정자(122)가 설치된다. 또한, 이들 다수의 고정자(122)에 각각 대응하도록 제2중심축(121)에 고정설치되어 제2중심축(121)의 회전에 따라 회전가능하도록 다수의 회전자(123)가 설치된다. 다시 말하면, 각 고정자(122)에 대하여 대응되는 각 회전자(123)가 각각 쌍으로 이루어지도록 설치된다. 다수의 회전자(123)는 각각 대응되는 고정자(122)에 대하여 제2중심축(121)을 중심으로 각각 회전가능하다. 풍력발전기를 구성하는 고정자(122)와 회전자(123)의 구성은 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

회전수검출부(124)는 각 회전자(123)의 회전수를 검출한다. 이러한 회전수 검출신호는 충전제어부(126)로 제공된다.

다수의 회전자(123)에는 각각 코일(미도시)이 권선되며 각 회전자(123)의 회전에 의해 코일에 유도되는 전기에너지는 축전모듈(125)로 공급되어 축전모듈(125)를 충전하도록 한다. 이때, 충전제어부(126)는 생성된 전기에너지를 축전모듈(125)로 공급 및 차단을 제어하도록 한다. 즉, 충전제어부(126)는 기설정된 방식에 따라 회전자(123)의 코일과 축전모듈(125)을 서로 연결하거나 연결을 차단하는 역할을 한다.

이때, 본 발명의 특징 중 하나는 다수의 회전자(123) 중 적어도 하나 이상의 제1 회전자는 나머지 다른 회전자보다 상대적으로 더 큰 무게를 갖거나 또는 제1 회전자에는 나머지 다른 회전자보다 기설정된 무게를 갖는 플라이휠(미도시)이 추가로 부착된다. 이로써, 제1 회전자는 다른 회전자보다 더 무겁게 구현되거나 제1 회전자에 일정한 무게를 갖는 플라이휠(30)을 추가로 부착하여 다른 회전자보다 무겁게 한다. 이러한 특징은 다수의 회전자(123) 중 제1 회전자의 무게를 상대적으로 더 무겁게 함으로써 강한 풍속에 의해 제1 회전자가 일단 일정한 회전수로 회전시킨 상태에서 풍속이 약해지더라도 그 무게에 의해 회전하려는 관성력에 의해 회전수를 그대로 유지하거나 회전수의 감속속도를 현저히 줄이기 위한 것이다. 즉, 상대적으로 큰 무게를 갖는 제1 회전자가 일정속도 이상으로 회전함으로써 자체적으로 운동에너지를 보유함으로써 풍속이 약해지더라도 운동에너지를 일정시간 동안 보유할 수 있도록 하는 것이다.

이렇듯, 본 발명에서는 제1 회전자의 무게를 실질적으로 더 무겁게 함으로써 강한 풍속에서 일단 회전되면, 그렇지 않는 경우에 비해 회전되는 동안에 풍속이 약해지더라도 그 무게에 의한 관성력을 이용하여 회전속도를 일정시간 동안 그대로 유지하거나 회전수의 감속속도가 극히 미미하게 된다. 이로써, 약한 풍속에서도 발전이 가능하도록 하는 것이다. 또한, 제1 회전자의 무게를 더 무겁게 함으로써 일단 회전한 이후에 풍속이 약해지더라도 약한 풍속에서도 회전수를 증가시키는 것이 용이하다. 왜냐하면, 제1 회전자가 관성력에 의해 계속 회전하고 있기 때문에 약한 풍속에서도 회전수를 더 높게 증가시킬 수 있는 것이다. 이 경우, 본 발명에서는 다수의 회전자(123) 중 제1 회전자의 회전수가 기설정된 회전수 이상이 되면 충전제어부(126)는 기설정된 시간간격으로 축전모듈(125)로 전기에너지를 공급 및 차단을 반복하도록 제어하고, 제1 회전자의 회전수가 상기 기설정된 회전수 이하로 떨어지게 되면 축전모듈(125)로의 전기에너지의 공급을 차단한다. 예컨대, 풍속이 6m/sec 이상에서 제1 회전자가 회전되어 일정한 회전수에 도달하게 된 후, 풍속이 3m/sec로 떨어지더라도 제1 회전자는 자체 무게로 인해 관성력이 일정시간 동안 유지되므로 발전량은 유지된다. 이때, 충전제어부(126)는 권선코일과 축전모듈(125)을 연결과 차단을 반복함으로써 회전자(123)의 코일에 유기된 전기에너지가 축전모듈(125)로 공급 및 차단되도록 한다. 이때, 이러한 전기에너지의 공급 및 차단은 기설정된 시간간격으로 반복됨이 바람직하다. 왜냐하면, 제1 회전자가 회전하는 동안 축전모듈(125)로 전기에너지를 공급하게 되면 제1 회전자의 회전수는 감소하게 되는데, 상기와 같이 매우 짧은 시간 동안일지라도 전기에너지를 공급함으로써 전기에너지를 충전할 수 있고, 전기에너지의 충전이 차단되는 동안에는 상기한 바와 같이 약한 풍속에서도 제1 회전자의 회전수를 증가시킬 수 있게 된다. 이와 같이 짧은 시간간격으로 전기에너지의 공급과 차단을 반복함으로써 약한 풍속에서도 적은 양일지라도 지속적인 발전 및 충전이 가능하게 되는 것이다.

여기서, 제1 회전자의 무게는 제1 회전자가 기설정된 풍속 이상에서 회전한 후 기설정된 풍속 이하로 떨어지는 경우에도 일정시간 동안 그 기설정된 회전수를 유지하도록 설정됨이 바람직하다. 다른 예에서는 일정시간 동안 회전수의 감속속도가 기설정된 기준값 이하가 되도록 설정될 수도 있다. 즉, 제1 회전자가 강한 풍속에 의해 일단 기설정된 회전수에 도달하게 된 후 풍속이 약해지더라도 기설정된 기준값 이하로 서서히 감속되도록 그 무게를 설정할 수도 있는 것이다.

본 발명에서, 각 회전자(123)에 권선된 코일은 각각 직경이 서로 다르고 각각 권선수도 다르다. 바람직하게는 제1 회전자보다 나머지 다른 회전자의 코일의 직경이 상대적으로 크고 권선수는 상대적으로 적다. 이는 각 회전자(123)마다 생성되는 전기에너지의 양을 다르게 하기 위한 것이다. 보다 바람직하게는 풍속에 따라 각 회전자(123)별로 생성되는 전기에너지를 다르게 하기 위한 것이다. 예컨대 제1 회전자는 상기와 같이 상대적으로 약한 풍속에도 전기에너지를 생성하도록 하며, 나머지 다른 회전자의 경우에도 중속, 강속 풍속에 따라 각각 회전하여 그에 대응하는 크기의 전기에너지를 생성하도록 하는 것이다. 본 발명에 따른 실시 예에서는 다수의 회전자(123)에 대하여 권선되는 코일의 직경과 권선수를 순차적으로 다르게 한다. 예컨대, 다수의 회전자(123) 중에서 제1 회전자보다 제2 회전자의 코일의 직경이 상대적으로 더 크고 권선수는 상대적으로 더 적다. 또한, 제2 회전자보다 제3 회전자의 코일의 직경이 상대적으로 더 크고 권선수는 상대적으로 더 적다. 이러한 원리로 더 많은 회전자를 구비하는 경우 제1 회전자로부터 제2,3,,4,... 회전자로 갈수록 권선되는 코일의 직경은 순차적으로 더 커지고, 권선수는 순차적으로 작아지도록 한다. 이는 상기한 바와 같이 각 회전자마다 발전되는 전기에너지를 서로 다르게 설정함과 동시에, 저풍속에서는 제1 회전자에 의해 발전하고, 상용 풍속 또는 정격 풍속에서는 각각의 풍속에 맞는 회전자에 의해 발전이 가능하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 저풍속 뿐만 아니라 풍속이 변하더라도 그에 맞는 회전자의 회전에 따라 지속적인 발전이 가능하도록 한다.

특히, 바람의 세기가 증가함에 따라 상기 다수의 회전자(123)에서 코일의 직경이 작고 권선수가 많은 회전자부터 순차적으로 발전하도록 한다. 즉, 저풍속에서 차츰 고풍속으로 변화함에 따라 코일의 직경이 상대적으로 작고 권선수가 상대적으로 많은 제1 회전자부터 순차적으로 발전한다. 또한, 본 발명에서는 바람의 세기가 증가함에 따라 상대적으로 약한 제1범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자를 회전시키고, 상기 제1범위보다 상대적으로 강한 제2범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상기 제1 회전자의 코일보다 크고 권선수가 적은 제2 회전자를 회전시키며, 상기 제2범위보다 상대적으로 더 강한 제3범위의 풍속에서는 상기 제2 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상기 제2 회전자보다 크고 권선수가 적은 제3 회전자를 회전시키도록 한다. 예컨대, 저풍속인 1~4m/s인 제1 범위의 풍속에서는 제1 회전자를 회전시켜 발전하고, 풍속이 강해져서 5~8m/s인 제2 범위의 풍속에서는 제1 회전자의 회전을 중지시키고 상대적으로 코일의 직경이 크고 권선수가 적은 제2 회전자를 회전시켜 발전하도록 한다. 풍속이 9~12m/s로 더 강해지는 제3 범위의 풍속에서는 제2 회전자의 회전을 중지시키고 제3 회전자를 회전시켜 발전하도록 한다. 이는 강한 풍속에서 코일의 직경이 작고 권선수가 많은 제1 회전자가 정격보다 큰 회전수로 빨리 회전하는 경우 코일이 타거나 소손되는 문제가 있기 때문이다. 이는 제2 회전자에게도 동일하게 적용된다. 즉, 제2 회전자의 정격 이상으로 강한 바람이 불어오면 제2 회전자의 코일이 소손되므로 제2 범위 이상의 강한 바람에는 제2 회전자의 동작을 중지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서, 도 3에 도시된 바와 같이 제1중심축(111)이 연결되는 제1하우징(110)의 상부 중앙부(10)와 하부 중앙부(11)에는 각각 자석(12,13)이 형성되며, 이들 자석(12,13)에 각각 대응되는 제1중심축(110)의 양 끝단부는 상기 자석(12,13)과 동일 극성의 자석(14,15)이 각각 대응되도록 형성되며, 상기 각각 서로 대응하는 자석(12,14)(13,15) 간의 척력에 의한 자기부상 형태로 연결된다. 도면에는 도시하지 않았으나 제2 중심축(121)도 이와 동일하게, 제2하우징(110)의 상부 중앙부(20)와 하부 중앙부(21)에 각각 자석이 형성되며, 이들 자석에 대응되는 제2중심축(120)의 끝단부는 해당 자석과 동일 극성의 자석이 대응되도록 형성되며, 상기 각각 서로 대응하는 자석 간의 척력에 의한 자기부상 형태로 연결된다. 이와 같이 자기부상 형태로 연결됨으로써 제1중심축(110)과 제2중심축(120)의 회전이 보다 원활해지도록 한다. 상기에서 사용되는 자석은 예컨대 영구자석일 수도 있고 전자석일 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서 제1중심축(111)과 제2중심축(121)은 각각 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)의 각 상부 중앙부(10,20)와 하부 중앙부(11,21)와 베어링(미도시)을 통해 연결될 수도 있다. 즉, 제1중심축(111)과 제2중심축(121)의 각 양 끝단부가 각각 베어링의 중앙홀에 삽입되고 각 베어링은 제1하우징(110) 및 제2하우징(120)의 각 상부 중앙부(10,20)와 하부 중앙부(11,21)에 고정설치되어 제1 및 제2 중심축(111,121)이 베어링을 통해 회전될 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전장치의 동작방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력발전장치에서는 다수의 회전자(123) 중에서 선택된 적어도 제1 회전자의 무게를 상대적으로 더 크게 하거나 또는 제1 회전자에 일정한 무게를 갖는 휠을 추가로 부착하도록 함으로써, 제1 회전자가 다른 회전자보다 상대적으로 큰 무게를 갖도록 한다. 따라서, 강한 풍속의 바람이 불어 제1 회전자가 회전하는지를 판단한다(S101). 제1 회전자가 회전함에 따라 회전수검출부(124)에서 제1 회전자의 회전수를 검출하고(S103), 검출된 제1 회전자의 회전수가 기설정된 기준 회전수 이상이면(S105), 충전제어부(126)에서 기설정된 시간간격으로 제1 회전자에 권선된 코일과 축전모듈(125)과의 연결 및 차단을 반복하여 코일에 유기된 전기에너지를 축전모듈(125)로 공급 및 차단이 반복되도록 한다(S107).

이러한 과정을 반복하면서 제1 회전자의 회전수를 계속 검출하여 기준 회전수 이하로 떨어지면(S109), 충전제어부(126)는 코일에 유기된 전기에너지를 축전모듈(125)로의 공급을 차단한다(S111).

이와 같이, 제1 회전자는 상대적으로 무겁게 설계되어 있기 때문에 강한 풍속의 바람에 의해 일단 회전이 되어 일정속도까지 가속되면 그 무게로 인해 관성력이 존재하므로 풍속이 약해지더라도 회전속도(회전수)는 거의 변화가 없기 때문에, 풍속이 약한 경우에도 일정한 양의 전기에너지를 축전모듈(125)로 충전할 수 있게 되는 것이다. 또한, 이와 같이 관성력이 있기 때문에 어느 정도의 약한 바람에도 제1 회전자를 계속 회전시킬 수 있어 일정한 속도를 유지할 수 있게 된다. 이와 같이 약한 바람에도 제1 회전자를 용이하게 회전시킬 수 있어 이 경우에도 일정량의 전기에너지를 충전할 수 있게 된다.

또한, 축전모듈(125)로 전기에너지를 공급하는 경우 제1 회전자의 회전속도가 떨어지게 되고 이후에 바람이 더 약해서 제1 회전자의 회전수가 원하는 기준 회전수를 회복하지 못하게 되면 축전모듈(125)로 전기에너지의 공급을 차단함으로써 제1 회전자의 회전수(회전속도)를 더 이상 낮아지지 않도록 한다. 회전수가 더 낮아지게 되면 이후에 약한 바람에도 기준 회전수로 회복하기 어렵기 때문이다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 제1하우징 111 : 제1중심축
112 : 회전날개 120 : 제2하우징
121 : 제2중심축 122 : 고정자
123 : 회전자 124 : 회전수검출부
125 : 축전모듈 126 : 충전제어부
130 : 구동벨트

Claims (10)

1. 제1하우징 및 제2하우징;
   상기 제1하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제1중심축;
   상기 제1중심축에 고정설치되어 바람에 의해 회전하는 다수의 회전날개;
   상기 제2하우징 내부의 상면 중앙부와 하면 중앙부 간에 연결된 제2중심축;
   상기 제2중심축을 중심으로 원판형태로 설치된 다수의 고정자;
   상기 다수의 고정자에 각각 대응하도록 설치되며, 상기 제2중심축의 회전에 의해 회전가능하도록 설치된 다수의 회전자;
   상기 다수의 회전자의 회전에 따른 회전수를 검출하는 회전수검출부;
   상기 제1중심축과 제2중심축을 연결하고 다수의 회전날개에 의해 회전하는 상기 제1중심축의 회전력을 상기 제2중심축으로 전달하여 상기 제2중심축을 회전시키도록 하는 구동벨트;
   상기 회전자의 회전에 따라 생성된 전기에너지를 충전하기 위한 축전모듈;
   상기 생성된 전기에너지를 상기 축전모듈로 공급 및 차단을 제어하는 충전제어부를 포함하고,
   상기 다수의 회전자 중 제1 회전자는 나머지 다른 회전자보다 상대적으로 더 큰 무게를 갖고, 상기 충전제어부는 상기 제1 회전자의 회전수가 기설정된 기준 회전수 이상이 되면 기설정된 시간간격으로 상기 축전모듈로 전기에너지를 공급 및 차단을 반복하도록 제어하는 풍력발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전제어부는 상기 제1 회전자의 회전수가 상기 기설정된 기준 회전수 이하로 떨어지면 상기 전기에너지의 충전을 공급을 차단하는 풍력발전장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 회전자는 나머지 다른 회전자보다 기설정된 무게를 갖는 휠이 추가되어 상기 나머지 다른 회전자보다 더 큰 무게를 갖도록 하는 풍력발전장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 무게는 상기 제1 회전자가 기설정된 풍속 이상에서 회전한 후 상기 기설정된 풍속 이하로 떨어지는 경우에도 일정시간 동안 상기 기설정된 회전수를 유지하도록 설정되는 풍력발전장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 회전자는 각각 서로 다른 코일의 직경 및 서로 다른 권선수를 갖는 풍력발전장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 회전자보다 나머지 다른 회전자의 코일의 직경이 상대적으로 크고 권선수는 상대적으로 적으며, 바람의 세기가 증가함에 따라 상기 다수의 회전자 중 코일의 직경이 작고 권선수가 상대적으로 많은 제1 회전자부터 회전을 순차적으로 발전하는 풍력발전장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 바람의 세기가 증가함에 따라 상대적으로 약한 제1범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자를 회전시키고, 상기 제1범위보다 상대적으로 강한 제2범위의 풍속에서는 상기 제1 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상기 제1 회전자의 코일보다 크고 권선수가 적은 제2 회전자를 회전시키며, 상기 제2범위보다 상대적으로 더 강한 제3범위의 풍속에서는 상기 제2 회전자의 회전을 중지시킴과 동시에 코일의 직경이 상가 제2 회전자보다 크고 권선수가 적은 제3 회전자를 회전시키도록 하는 풍력발전장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 중심축이 연결되는 상기 제1하우징 및 제2하우징의 각 상부 중앙부와 하부 중앙부에는 각각 자석이 형성되며 상기 제1 및 제2 중심축의 끝단부는 상기 자석과 동일 극성의 자석이 대응되도록 형성되며, 상기 각각 대응하는 자석 간의 척력에 의한 자기부상으로 연결되는 풍력발전장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 중심축은 각각 제1하우징 및 제2하우징의 각 상부 중앙부와 하부 중앙부와 베어링을 통해 연결되는 풍력발전장치.

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