KR101780702B1 - 풍력발전기 - Google Patents

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rotating
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김창우
이귀봉
김문기
장종철
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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 일실시예에 따른 풍력발전기는, 바람에 의한 양력으로 상승하는 제 1 비행체 및 제 2 비행체; 일단부는 상기 제 1 비행체에 연결되고, 타단부는 상기 제 2 비행체에 연결되는 로프부; 상기 로프부가 권취되는 제 1 릴; 및 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체의 운동에 따라 발생되는 상기 제 1 릴의 회전을 이용하여 발전하는 발전기를 포함할 수 있다.

Description

풍력발전기{WIND POWER GENERATOR}
이하의 설명은 풍력발전기에 관한 것이다.
인류의 생존과 직결된 지구 온난화의 주된 원인인 이산화탄소의 배출을 줄이는 것은 전세계적인 관심사이다. 전력을 생산하는 발전 분야에 있어서, 이산화탄소의 배출을 줄이기 위해 화석연료의 사용을 최소화하고 풍력, 태양광, 조력 등 자연에너지를 이용하는 방식이 제안되고 있다.
그 중 바람의 흐름 및 힘을 이용하는 풍력발전을 살펴보면, 종래의 풍력발전기는 일반적으로 지상에 설치되는 타워(tower) 및 상기 타워에 설치되는 블레이드를 포함한다. 풍력에 의해 회전하는 블레이드의 회전력을 이용하여 발전을 하는 것이다.
이러한 일반적인 풍력발전기는, 타워 부자재 비용 및 타워 설치 비용이 상당한 수준이고, 풍력발전에 있어서 높은 고도에서의 풍력을 이용하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있지만 현실적으로 타워의 높이를 증가시키는 것에는 다양한 제약이 따를 수 있다.
이에, 최근에는 연(kite)과 같이 바람에 의한 양력으로 상승하는 비행체를 이용한 풍력발전기가 개발되고 있다. 이러한 방식의 풍력발전기의 경우, 타워와 같은 구조물을 설치할 필요가 없고, 기존 타워형 풍력발전기보다 훨씬 높은 고도에서의 풍력을 이용하여 발전을 할 수 있어 발전 효과가 극대화될 수 있다.
공개특허공보 제10-2009-0030519호
여기에서 설명되는 실시예들은, 바람에 의한 양력으로 상승하는 비행체를 이용한 풍력발전기를 제공하기 위한 것이다.
일실시예에 따른 풍력발전기는, 바람에 의한 양력으로 상승하는 제 1 비행체 및 제 2 비행체; 일단부는 상기 제 1 비행체에 연결되고, 타단부는 상기 제 2 비행체에 연결되는 로프부; 상기 로프부가 권취되는 제 1 릴; 및 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체의 운동에 따라 발생되는 상기 제 1 릴의 회전을 이용하여 발전하는 발전기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체 중 어느 하나의 비행체의 하강 시 다른 하나의 비행체는 상승하여 상기 제 1 릴을 제 1 방향으로 회전하고, 상기 다른 하나의 비행체의 하강 시 상기 어느 하나의 비행체는 상승하여 상기 제 1 릴을 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 어느 하나의 비행체가 제 1 자세로 상승하여 최고점에 도달하였을 때 상기 어느 하나의 비행체를 양력이 저감되는 제 2 자세로 전환시키고, 상기 다른 하나의 비행체가 상기 제 2 자세로 하강하여 최저점에 도달하였을 때 상기 다른 하나의 비행체를 양력이 증가되는 제 1 자세로 전환시키는 자세전환부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 로프부는, 상기 제 1 릴에 권취되고, 일단부 및 타단부가 각각 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체에 연결되는 제 1 로프; 및 상기 제 1 릴에 권취되고, 일단부 및 타단부가 각각 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체에 연결되는 제 2 로프를 포함하고, 상기 자세전환부는 상기 제 1 로프를 제어하여 상기 비행체의 자세를 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 자세전환부는, 가이드플레이트; 상기 가이드플레이트의 일측면에 서로 이격 배치되고, 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 일측을 지지하는 한 쌍의 제 1-a 풀리; 일단부에 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 타측을 지지하는 제 1-b 풀리가 구비되는 제 1 회동암; 상기 가이드플레이트의 타측면에 서로 이격 배치되고, 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 일측을 지지하는 한 쌍의 제 2-a 풀리; 일단부에 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 타측을 지지하는 제 2-b 풀리가 구비되는 제 2 회동암; 및 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암을 회동시키는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고, 상기 제 1 회동암의 회동 시 상기 제 1-b 풀리는 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 타측을 밀어서 상기 한 쌍의 제 1-a 풀리 사이에 위치하는 상기 제 1 로프의 길이가 증가되도록 하고, 상기 제 2 회동암의 회동 시 상기 제 2-b 풀리는 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 타측을 밀어서 상기 한 쌍의 제 2-a 풀리 사이에 위치하는 상기 제 1 로프의 길이가 증가되도록 할 수 있다.
또한, 상기 발전기의 발전 시 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암은 교대로 회동하고, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체는 상기 제 1 자세 및 상기 제 2 자세를 번갈아 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체의 회수 시 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암은 회동 상태를 가지고, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체는 상기 제 2 자세를 가질 수 있다.
또한, 서로 이격되고, 각각 상기 자세전환부와 접촉됨에 따라 상기 자세전환부를 작동시키는 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 더 포함하고, 상기 자세전환부는, 상기 제 1 릴의 상기 제 1 방향 회전에 따라 일방향으로 이동하여 상기 제 1 스위치와 접촉됨으로써 상기 제 1 로프를 제어하고, 상기 제 1 릴의 상기 제 2 방향 회전에 따라 상기 일방향과 반대인 타방향으로 이동하여 상기 제 2 스위치와 접촉됨으로써 상기 제 1 로프를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제 1 릴의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 상기 자세전환부를 직선운동시키는 운동변환부를 더 포함하고, 상기 자세전환부는, 상기 운동변환부에 연결되어 상기 일방향 또는 상기 타방향으로 이동하는 받침플레이트; 상기 받침플레이트 상에 제공되고, 회동 시 상기 제 1 로프의 일단부가 지면 측으로 당겨지도록 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분에 외력을 가하는 제 1 회동암; 상기 받침플레이트 상에 제공되고, 회동 시 상기 제 1 로프의 타단부가 지면 측으로 당겨지도록 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분에 외력을 가하는 제 2 회동암; 및 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암을 회동시키는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고, 상기 받침플레이트의 일측이 상기 제 1 스위치와 접촉되면 상기 제 1 회동암이 회동하고, 상기 받침플레이트의 타측이 상기 제 2 스위치와 접촉되면 상기 제 2 회동암이 회동할 수 있다.
또한, 상기 운동변환부는, 상기 제 1 릴의 회전 시 함께 회전하는 봉 부재; 상기 제 1 릴의 회전축과 상기 봉 부재의 일단부를 연결하고, 상기 제 1 릴의 회전을 상기 봉 부재에 전달하는 회전전달부재; 및 상기 봉 부재와 나사결합하여 상기 봉 부재의 회전 시 상기 봉 부재 상에서 상기 봉 부재의 길이방향으로 이동하고, 상기 받침플레이트와 연결되는 이동부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 릴 및 상기 발전기가 배치되는 제 1 베이스플레이트; 상기 제 1 베이스플레이트로부터 하방 이격되는 제 2 베이스플레이트; 및 상단부 및 하단부가 각각 상기 제 1 베이스플레이트 및 상기 제 2 베이스플레이트에 삽입되는 샤프트를 더 포함하고, 상기 제 1 베이스플레이트 및 상기 제 2 베이스플레이트는 서로에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체 각각은, 후방부에 공기배출홀이 형성되는 본체; 및 각각 상기 본체의 하면으로부터 하방 돌출되고, 상기 본체의 길이방향으로 연장되며, 서로 좌우로 이격되는 복수의 구획판을 포함하고, 상기 공기배출홀은 상기 본체의 전방부 측으로 갈수록 폭이 작아질 수 있다.
또한, 상기 제 1 릴의 일측에 이격 배치되고, 상기 로프의 타단부가 경유하며, 회전 시 상기 로프부의 타단부를 지면 측으로 당기는 회수부; 및 상기 회수부를 회전시키는 구동장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회수부는, 상기 구동장치에 의해 회전하는 제 2 릴; 각각 상기 제 2 릴의 양단부에 제공되고, 상기 제 2 릴의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지; 상기 제 2 릴의 길이방향으로 연장되고, 양단부가 각각 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지에 회전 가능하게 연결되는 제 1 회전바; 및 상기 제 1 릴 및 상기 제 2 릴의 사이에 서로 이격되며 회전 가능하게 제공되는 한 쌍의 제 2 회전바를 포함하고, 상기 로프부의 일단부는 상기 제 1 릴에서 상기 한 쌍의 제 2 회전바 사이를 통과하여 상기 제 1 비행체에 연결되고, 상기 로프부의 타단부는 상기 제 1 릴에서 상기 제 2 릴 및 상기 제 2 회전바 사이를 통과한 후 상기 한 쌍의 제 2 회전바 사이를 통과하여 상기 제 2 비행체에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 릴의 회전축과 연결되고, 상기 제 1 릴의 상기 제 1 방향 회전 및 상기 제 2 방향 회전을 어느 하나의 방향의 회전으로 통일하여 상기 발전기에 전달하는 클러치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 릴의 회전축과 연결되고, 상기 제 1 릴의 회전을 상기 발전기에 전달하되 상기 발전기의 회전축의 회전속도를 조정하기 위한 변속기를 더 포함할 수 있다.
여기에서 설명되는 실시예들에 따르면, 바람에 의한 양력으로 상승하는 비행체를 이용한 풍력발전기를 제공할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 풍력발전기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 풍력발전기를 도 1과는 다른 각도에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 풍력발전기의 비행체의 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 풍력발전기의 발전 시 비행체의 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 풍력발전기에서 비행체의 자세가 전환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 풍력발전기에서 비행체의 상승-하강과 비행체의 자세 전환이 연계됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 풍력발전기가 발전을 중단할 때 비행체가 회수되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 풍력발전기의 제 1 베이스플레이트의 사시도이다.
도 10은 도 1의 풍력발전기에서 제 1 릴의 회전이 발전기에 전달되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 공지 기능에 대한 구체적인 설명이 상기 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수만을 가리키는 것이 아닌 한 복수의 표현을 포함한다. 그리고 특정 부분이 특정 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 상기 특정 부분은 상기 특정 구성 외의 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 상기 다른 구성을 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1 및 도 2는 일실시예에 따른 풍력발전기(100)의 사시도이고, 도 3은 풍력발전기(100)의 비행체(190a, 190b)의 모습을 도시한 도면이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 풍력발전기(100)를 설명하기로 한다.
제 1 베이스플레이트(110)에는 후술할 제 1 릴(120), 발전기(160) 등의 구성이 제공될 수 있다. 제 1 베이스플레이트(110)의 하부에는 제 2 베이스플레이트(111)가 이격 배치될 수 있다. 제 2 베이스플레이트(111)는 그 위치가 고정될 수 있고, 제 1 베이스플레이트(110)는 후술할 비행체(190a, 190b)의 운동에 따라 제 2 베이스플레이트(111)에 대하여 회전할 수 있다. 제 1 베이스플레이트(110)와 제 2 베이스플레이트(111) 간의 상대적 회전에 대하여는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 제 2 베이스플레이트(111)는 도시된 바와 같이 별도의 부재로 제공될 수도 있지만, 실시하기에 따라서는 풍력발전기(100)가 설치되는 지면 내지는 구조물의 설치면으로 이해될 수도 있다.
제 1 릴(120)은 제 1 베이스플레이트(110) 상에 제공될 수 있다. 제 1 릴(120)의 양단부에는 제 1 릴(120)의 직경보다 큰 직경을 갖는 플랜지(121, 122)가 각각 제공될 수 있다. 제 1 릴(120)의 회전축(120a)은 상기 플랜지(121, 122)를 관통하여 제 1 베이스플레이트(110)에 설치된 지지판(10, 11)에 연결될 수 있다.
제 1 릴(120)에는 로프부(130)가 권취될 수 있다. 후술하겠지만, 로프부(130)의 양단부는 각각 제 1 비행체(190a) 및 제 2 비행체(190b)에 연결될 수 있다. 제 1 비행체(190a) 및 제 2 비행체(190b)의 운동에 따라 제 1 릴(120)은 회전할 수 있고, 이러한 제 1 릴(120)의 회전은 회전전달부재(129)에 의해 발전기(160) 측으로 전달될 수 있다. 또한, 제 1 릴(120)은 또 다른 회전전달부재(128)를 매개로 자세전환부(140)와 연동할 수 있다. 이에 관한 자세한 사항은 후술하기로 한다.
로프부(130)는 제 1 릴(120)에 권취되고, 그 일단부는 제 1 비행체(190a)에 연결되며, 그 타단부는 제 2 비행체(190b)에 연결될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 1 비행체(190a)가 하강하면 제 2 비행체(190b)는 상승할 수 있고, 이 과정에서 제 1 릴(120)의 제 1 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 반대로, 제 2 비행체(190b)가 하강하면 제 1 비행체(190a)는 상승할 수 있고, 이 과정에서 제 1 릴(120)은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전할 수 있다.
로프부(130)는 제 1 로프(131) 및 제 2 로프(132)를 포함할 수 있다. 제 1 로프(131)의 일단부는 제 1 비행체(190a)에 연결될 수 있고, 타단부는 제 2 비행체(190b)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 로프(132)의 일단부는 제 1 비행체(190a)에 연결될 수 있고, 타단부는 제 2 비행체(190b)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 로프부(130)의 일단부 및 타단부는 각각 제 1 비행체(190a) 및 제 2 비행체(190b)에 연결되되, 제 1 비행체(190a)에는 제 1 로프(131)의 일단부 및 제 2 로프(132)의 일단부가 연결되고, 제 2 비행체(190b)에는 제 1 로프(131)의 타단부 및 제 2 로프(132)의 타단부가 연결될 수 있다.
참고로, 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분은 제 1 로프(131)에서 제 1 릴(120)에 권취되지 않은 부분 중 제 1 비행체(190a) 측으로 연장되어 제 1 비행체(190a)에 연결되는 부분을 의미할 수 있다(도면부호 131a로 표기). 마찬가지로, 제 2 로프(132)의 제 1 비행체(190a) 측 부분은 제 2 로프(132)에서 제 1 릴(120)에 권취되지 않은 부분 중 제 1 비행체(190a) 측으로 연장되어 제 1 비행체(190a)에 연결되는 부분을 의미할 수 있다(도면부호 132a로 표기). 로프부(130)의 제 1 비행체(190a) 측 부분은 위와 같은 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)과 제 2 로프(132)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(132a)을 포함하는 의미일 수 있다(도면부호 130a로 표기).
제 2 비행체(190b) 측 부분도 마찬가지로, 로프부(130)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(130b)은 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(131b)과 제 2 로프(132)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(132b)을 포함하는 의미일 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 제 2 로프(132)는 제 1 릴(120)에서 바로 비행체(190a, 190b)로 연결되고 제 1 로프(131)는 자세전환부(140)를 경유하여 비행체(190a, 190b)에 연결되는 것으로 설명한다. 후술하겠지만, 자세전환부(140)는 두 개의 로프(131, 132) 중 어느 하나(본 실시예에서는 제 1 로프(131))를 제어함으로써 비행체(190a, 190b)의 자세를 전환시킬 수 있다. 다른 실시예에서는 제 1 로프(131)가 아닌 제 2 로프(132)를 제어하여 비행체(190a, 190b)의 자세를 전환시킬 수도 있을 것이다. 제 1 로프(131)의 제어에 의한 비행체(190a, 190b)의 자세 전환에 관한 내용은 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.
또한, 로프부(130)의 일단부를 포함한 로프부(130)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(130a)은 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과하여 제 1 비행체(190a) 측으로 연장될 수 있고, 로프부(130)의 타단부를 포함한 로프부(130)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(130b)은 제 2 릴(171)과 제 1 회전바(174) 사이를 통과한 후 상기 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과하여 제 2 비행체(190b) 측으로 연장될 수 있다. 물론, 다른 실시예에서는 이와는 반대로 구성될 수 있다. 이 부분은 비행체(190a, 190b)의 회수와 관련된 부분으로, 자세한 내용은 후술하기로 한다.
자세전환부(140)는 비행체(190a, 190b)의 자세를 제 1 자세에서 제 2 자세로, 또는 제 2 자세에서 제 1 자세로 전환시킬 수 있다. 제 1 자세는 바람에 의한 양력이 증가되는 자세일 수 있고, 제 2 자세는 그 반대로 바람에 의한 양력이 감소되는 자세일 수 있다. 제 1 비행체(190a)를 예로 들면, 제 1 비행체(190a)는 상승 시 양력을 최대한 받기 위해 제 1 자세를 가질 수 있고, 하강 시에는 양력이 저항력으로 작용하는바 양력을 감소시키기 위해 제 2 자세를 가질 수 있다. 자세전환부(140)는, 제 1 자세로 상승하는 제 1 비행체(190a)가 최고점에 도달하면 원활한 하강을 위해 제 1 비행체(190a)의 자세를 제 2 자세로 전환시키고, 제 2 자세로 하강하는 제 1 비행체(190a)가 최저점에 도달하면 원활한 상승을 위해 제 1 비행체(190a)의 자세를 제 1 자세로 전환시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 자세전환부(140)는 비행체(190a, 190b)에 연결되는 제 1 로프(131)를 제어함으로써 비행체(190a, 190b)의 자세를 전환시킬 수 있다.
자세전환부(140)는 가이드플레이트(141), 제 1-a 풀리(142a), 제 1-b 풀리(143a), 제 2-a 풀리(142b), 제 2-b 풀리(143b), 회동암(144a, 144b), 구동장치(145a, 145b), 그리고 상술한 구성들이 제공되는 받침플레이트(149)를 포함할 수 있다.
가이드플레이트(141)의 일측면에는 한 쌍의 제 1-a 풀리(142a)가 서로 이격 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 제 1-a 풀리(142a)가 서로 대각선 방향으로 이격되는 것으로 예시한다. 가이드플레이트(141)의 일측에는 제 1 회동암(144a)이 마련될 수 있고, 제 1 회동암(144a)의 상단부에는 제 1-b 풀리(143a)가 제공될 수 있다. 제 1 회동암(144a)이 회동되지 않은 상태에서, 제 1-b 풀리(143a)는 수직방향을 기준으로 한 쌍의 제 1-a 풀리(142a)의 사이에 위치할 수 있다. 제 1-a 풀리(142a)는 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)의 일측(도 1 및 도 2를 기준으로 전방)을 지지하며, 제 1-b 풀리(143a)는 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)의 타측(도 1 및 도 2를 기준으로 후방)을 지지할 수 있다. 구동장치(145a, 145b)는 전동실린더로 예시될 수 있으며, 제 1 실린더(145a)의 작동에 따라 제 1 회동암(144a)은 하단부를 기준으로 회동할 수 있다.
가이드플레이트(141)의 타측면에는 한 쌍의 제 2-a 풀리(142b)가 서로 이격 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 제 2-a 풀리(142b)가 서로 대각선 방향으로 이격되는 것으로 예시한다. 가이드플레이트(141)의 타측에는 제 2 회동암(144b)이 마련될 수 있고, 제 2 회동암(144b)의 상단부에는 제 2-b 풀리(143b)가 제공될 수 있다. 제 2 회동암(144b)이 회동되지 않은 상태에서, 제 2-b 풀리(143b)는 수직방향을 기준으로 한 쌍의 제 2-a 풀리(142b)의 사이에 위치할 수 있다. 제 2-a 풀리(142b)는 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(131b)의 일측(도 1 및 도 2를 기준으로 전방)을 지지하며, 제 2-b 풀리(143b)는 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(131b)의 타측(도 1 및 도 2를 기준으로 후방)을 지지할 수 있다. 제 2 실린더(145b)의 작동에 따라 제 2 회동암(144b)은 하단부를 기준으로 회동할 수 있다.
한편, 자세전환부(140)는 레일(148)을 따라 일방향 또는 타방향으로 이동할 수 있다. 그리고 이러한 자세전환부(140)의 이동은 제 1 릴(120)의 회전과 연관될 수 있다. 봉 부재(146)가 회전전달부재(128)를 통해 제 1 릴(120)의 회전을 전달 받아 회전하고, 운동변환부는 봉 부재(146)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 자세전환부(140)를 일방향 또는 타방향으로 직선운동시킬 수 있다.
운동변환부(140)는 회전전달부재(128), 봉 부재(146) 및 이동부재(147, 도 6 참조)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 회전전달부재(128)는 제 1 릴(120)의 회전을 봉 부재(146)에 전달하고, 봉 부재(146)는 회전을 하며, 봉 부재(146)와 나사결합되는 이동부재(147)는 봉 부재(146)의 길이방향으로 직선운동할 수 있다. 받침플레이트(149)는 이동부재(147)에 연결되어 있어 이동부재(147)의 이동 시 자세전환부(140)도 함께 이동할 수 있다. 이에 관한 보다 자세한 내용은 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
레일(148)의 양단부 측에는 제 1 스위치(150a)와 제 2 스위치(150b)가 각각 제공될 수 있다. 받침플레이트(149)가 일방향 또는 타방향으로 이동함에 따라 제 1 및 2 스위치(150a, 150b)와 접촉되면, 사전에 설정된 바에 따라 구동장치(145a, 145b)가 작동하여 회동암(144a, 144b)을 회동시키고 제 1 로프(131)를 제어할 수 있다. 제 1 스위치(150a)와 제 2 스위치(150b)는 일종의 리미트 스위치(limit switch)인 것으로 예시한다.
한편, 비행체(190a, 190b)의 상승 및 하강, 제 1 릴(120)의 양방향 회전, 운동변환부의 작동, 자세전환부(140)의 이동, 스위치(150a, 150b)의 작동 및 비행체(190a, 190b)의 자세 전환은 서로 연관될 수 있으며, 보다 자세한 사항은 뒤에서 설명한다.
발전기(160)는 제 1 릴(120)의 회전을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 발전 분야에 있어서 회전력을 이용하여 발전하는 방식은 널리 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
참고로, 본 실시예에서는 제 1 릴(120)과 발전기(160)가 별도로 제공되는 것으로 도시하였으나, 발전기(160), 즉 발전을 위한 구성은 제 1 릴(120)에 내장될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 릴(120)은 코일 또는 자성체를 포함하는 로터로 기능할 수 있고, 제 1 릴(120)의 내부에 제공되는 스테이터에는 자성체 또는 코일이 제공될 수 있으며, 제 1 릴(120, 로터)과 스테이터 간의 상대적 회전이 발생되면 전자기유도 현상으로 코일에 전류가 유도될 수 있다.
악천후, 유지보수 등의 이유로 풍력발전기(100)의 발전이 중단되는 경우를 위해 회수부(170)가 마련될 수 있다. 회수부(170)는 제 2 릴(171), 제 2 릴(171)의 양단부에 제공되며 제 2 릴(171)의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 플랜지(172) 및 제 2 플랜지(173), 양단부가 제 1 및 2 플랜지(172, 173)에 회전 가능하게 연결되는 제 1 회전바(174), 양단부가 지지판(10, 11)에 회전 가능하게 연결되는 한 쌍의 제 2 회전바(175), 그리고 모터로 예시되는 구동장치(176)를 포함할 수 있다.
상술하였듯이, 로프부(130)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(130a)은 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과할 수 있고, 로프부(130)의 제 2 비행체(190a) 측 부분(130b)은 제 2 릴(171)과 제 1 회전바(174) 사이를 통과한 후 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과할 수 있다.
변속기(180)는 제 1 릴(120)의 회전을 발전기(160)에 전달하되, 발전기(160)의 회전축이 일정 범위 내의 속도로 회전하도록 제 1 릴(120)의 회전을 변속한 후 발전기(160)에 제공할 수 있다. 본 실시예에서 변속기(180)는 무단변속기(CVT)인 것으로 예시한다. 변속기(180)는 구동풀리(181), 종동풀리(182) 및 상기 두 풀리(181, 182)를 연결하는 벨트(183)를 포함할 수 있다.
이하, 특히 도 3을 더 참조하여 비행체(190a, 190b)를 설명한다. 비행체(190a, 190b) 각각은 본체(191) 및 구획판(192)을 포함할 수 있다. 구획판(192)은 본체(191)의 하면으로부터 돌출 형성되고, 본체(191)의 길이방향(L)으로 연장될 수 있다. 또한, 구획판(192)은 복수로 제공되되 서로 본체(191)의 폭 방향(D)으로 이격될 수 있다. 이격된 구획판(192) 사이의 공간에는 에어포켓(193)이 형성되어 비행체(190a, 190b)는 상기 에어포켓(193)에 유입된 공기에 의해 양력을 받을 수 있다. 공기는 본체(191)의 전방 측으로부터 유입되어 에어포켓(193)을 경유하여 후방의 공기배출홀(194)을 통해 배출될 수 있다. 이 때문에 본체(191) 하부에서 와류가 형성되지 않고 비행체(190a, 190b)는 안정적인 자세를 유지할 수 있다. 그리고 공기배출홀(194)은 본체(191)의 전방 측으로 갈수록 그 폭이 작아지도록 형성되는바, 여러 개의 에어포켓(193)을 통과하는 공기의 원활한 배출을 도울 수 있다.
상술한 바와 같이, 로프부(130)의 일단부는 제 1 비행체(190a)에 연결되고 타단부는 제 2 비행체(190b)에 연결될 수 있다. 더 구체적으로, 제 1 로프(131)의 일단부는 제 1 비행체(190a)의 전방부에 연결되고 타단부는 제 2 비행체(190b)의 전방부에 연결될 수 있다. 그리고 제 2 로프(132)의 일단부는 제 1 비행체(190a)의 후방부에 연결되고 타단부는 제 2 비행체(190b)의 후방부에 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 비행체(190a, 190b)가 강체(rigid body)인 것으로 설명하나, 다른 실시예에서는 비행체(190a, 190b)는 천(fabric) 또는 섬유(fiber) 등과 같은 유연체(flexible body)로 제작될 수 있다. 이 경우, 비행체(190a, 190b)의 상승 시 중앙 부분은 나머지 부분보다 융기된 모습을 보일 수 있다.
도 4는 도 1의 풍력발전기(100)의 발전 시 비행체(190a, 190b)의 모습을 도시한 도면이다. 명확한 이해를 위해, 도 4에서는 제 1 릴(120), 로프부(130) 및 비행체(190a, 190b)만을 도시하였다. 도 4를 도 1 내지 도 3과 병행 참조하여 설명하기로 한다.
제 1 비행체(190a)가 하강하는 경우 제 2 비행체(190b)는 상승할 수 있다. 이때 제 1 릴(120)은 제 1 방향(도 4 기준 시계 반대 방향)으로 회전할 수 있다. 반대로, 제 2 비행체(190b)가 하강하는 경우에는 제 1 비행체(190a)가 상승할 수 있다. 이때 제 1 릴(120)은 제 2 방향(도 4 기준 시계 방향)으로 회전할 수 있다. 이처럼, 제 1 비행체(190a)와 제 2 비행체(190b)가 상승과 하강을 번갈아 하는 것에 의하여 제 1 릴(120)은 지속적으로 회전할 수 있고, 이러한 제 1 릴(120)의 지속적인 회전은 발전기(160)의 지속적인 발전, 즉 중단 없는 발전으로 이어질 수 있다.
비행체(190a, 190b)는 상승을 위해 양력을 받기 위한 목적으로 제 1 자세를 가질 수 있고, 하강 시에는 저항력으로 작용하는 양력의 저감을 위해 제 2 자세를 가질 수 있다. 자세전환부(140)는 제 1 로프(131)를 제어하여 비행체(190a, 190b)의 자세를 전환시킬 수 있다. 본 실시예에서는 자세전환부(140)가 제 1 로프(131)의 비행체 측 부분(131a, 131b)을 당기는 방식을 제안하나, 다른 실시예에서는 제 1 로프(131)의 비행체 측 부분(131a, 131b)을 느슨하게 하거나 제 2 로프(132)의 비행체 측 부분(132a, 132b)을 당기거나 느슨하게 할 수도 있다.
본 실시예를 설명하면, 도 4의 제 2 비행체(190b)처럼 제 1 자세를 가지며 상승하는 제 1 비행체(190a)의 전방부에 연결된 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)이 당겨지면, 제 1 비행체(190a)는 순간적으로 균형을 잃고 도시된 것처럼 전방부가 아래를 향하도록 기울어질 수 있다(제 2 자세로의 전환). 따라서 제 1 비행체(190a)는 원활한 양력을 받지 못하고 하강할 수 있다. 제 2 비행체(190b)의 경우, 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(131b)이 당겨짐에 의하여 제 2 비행체(190b)는 도 4의 제 1 비행체(190a)처럼 제 2 자세를 가지며 하강하다가 상기 당겨짐이 해제되면서 도시된 것처럼 다시 균형을 찾을 수 있다(제 1 자세로의 전환). 따라서 제 2 비행체(190b)는 양력을 원활하게 받아 상승할 수 있다.
한편, 비행체(190a, 190b)가 유연체인 경우에는, 비행체(190a, 190b)는 제 1 자세에서 펴진 상태일 수 있고, 제 2 자세에서는 제 1 로프(131)의 제어에 의해 일부분이 접힐 수 있다.
도 5는 도 1의 풍력발전기(100)에서 비행체(190a, 190b)의 자세가 전환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 여기에서는 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)을 제어하는 모습을 설명하며, 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190a) 측 부분(131b)의 제어는 아래의 설명과 동일한 방식으로 이루어질 수 있다. 도 5를 도 1 내지 도 4와 병행 참조하여 설명하기로 한다.
제 1 비행체(190a)가 제 1 자세로 상승하다가 최고점에 도달하면, 제 1 실린더(145a)가 작동하여 제 1 회동암(144a)을 회동시킬 수 있다. 제 1 회동암(144a)은 하단부를 기준으로 회동할 수 있고, 그 결과 제 1-b 풀리(143a)는 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)의 타측(도 5 기준 좌측부)을 회동 방향으로 밀 수 있다. 이로써, 한 쌍의 제 1-a 풀리(142a) 사이에 위치하는 제 1 로프(131)의 길이는 증가하고, 상측의 제 1-a 풀리(142a)부터 제 1 비행체(190a)까지의 제 1 로프(131)의 길이는 감소할 수 있다. 이러한 일련의 동작에 의해 제 1 비행체(190a)는 균형을 잃고 전방부가 아래를 향하도록 기울어질 수 있다(제 2 자세).
제 2 자세에 있는 제 1 비행체(190a)를 다시 제 1 자세로 전환시키기 위해서는, 제 1 실린더(145a)를 다시 작동시켜 제 1 회동암(144a)의 회동 상태를 해제시킬 수 있다. 그러면 제 1 회동암(144a)은 도 5 기준 좌측으로 회동할 수 있고, 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)은 회동 상태 대비 느슨해져 제 1 비행체(190a)는 다시 균형을 잡고 제 1 자세를 가질 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 1의 풍력발전기(100)에서 비행체(190a, 190b)의 상승-하강과 비행체(190a, 190b)의 자세 전환이 연계됨을 설명하기 위한 도면이다. 명확한 이해를 위해 자세전환부(140)의 일부분, 운동변환부, 스위치(150a, 150b) 부분만을 도시하였다. 이하 도 6 및 도 7을 도 1 내지 도 5를 병행 참조하여 설명한다.
제 1 스위치(150a)와 제 2 스위치(150b)는 각각 지지판(10, 11)의 외측에 설치될 수 있고, 각각 본체(151a, 151b)와 레버(152a, 152b)를 포함할 수 있다. 스위치(150a, 150b)는 자세전환부(140)의 받침플레이트(149)와 레버(152a, 152b)의 접촉에 의해 작동될 수 있다. 스위치(150a, 150b)의 작동 시 구동장치(145a, 145b)가 기설정된 바에 따라 작동될 수 있다. 한편, 제 2 스위치(150b)를 예로 들면, 받침플레이트(149)와 레버(152b)의 접촉에 의해 레버(152b)는 외측으로 회동하고(도 6 참조), 제 2 스위치(150b)는 정해진 바에 따라 작동할 수 있다. 받침플레이트(149)와 레버(152b)의 접촉이 해제되어도 제 2 스위치(150b) 및 구동장치(145b)의 작동 상태는 변하지 않을 수 있고, 받침플레이트(149)가 반대편의 제 1 스위치(150a)의 레버(152a)와 접촉하게 되면 그때 제 2 스위치(150b)의 레버(152b)가 원위치 복귀하면서 제 2 스위치(150b) 및 구동장치(145b)의 작동 상태가 변할 수 있다(도 7 참조).
도 6을 참조하면, 받침플레이트(149)가 제 2 스위치(150b)의 레버(152b)와 접촉한 것을 알 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 제 2 실린더(145b)가 작동하여 제 2 회동암(144b)이 회동하고, 제 1 로프(131)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(131b)이 당겨져 제 2 비행체(190b)는 제 2 자세로 전환되면서 하강할 수 있다. 동시에 제 1 비행체(190a)는 제 2 자세에서 제 1 자세로 전환되면서 상승할 수 있다.
이후, 제 1 비행체(190a)의 상승 및 제 2 비행체(190b)의 하강에 의해 제 1 릴(120)은 회전할 수 있다. 제 1 릴(120)의 회전은 회전전달부재(128)에 의해 봉 부재(146)에 전달되고, 봉 부재(146)는 회전할 수 있다. 이동부재(147)는 봉 부재(146) 상에서 봉 부재(146)에 나사결합될 수 있는바, 봉 부재(146)의 회전에 의해 이동부재(147)는 봉 부재(146)의 길이방향으로 이동할 수 있다(도 6 및 도 7 기준 좌측). 이동부재(147)의 이동에 따라, 이동부재(147)에 연결되는 받침플레이트(149)도 함께 이동하고, 결국 자세전환부(140) 전체가 이동할 수 있다.
자세전환부(140)가 제 1 스위치(150b) 측으로 이동하는 과정을 살펴보면, 제 1 비행체(190a)는 제 1 자세로 계속 상승할 것이고 제 2 비행체(190b)는 제 2 자세로 계속 하강할 것이다. 상술한 바와 같이, 받침플레이트(149)와 제 2 스위치(150b)의 레버(152b)의 접촉 상태가 해제되어도 자세전환부(140)의 작동 상태는 변하지 않기 때문이다.
도 7을 참조하면, 받침플레이트(149)가 제 1 스위치(150a)의 레버(152a)와 접촉한 것을 알 수 있다. 이 상태에서, 제 1 비행체(190a)는 최고점에 도달하였을 수 있고, 제 2 비행체(190b)는 최저점에 도달하였을 수 있다. 따라서, 이때 비행체(190a, 190b)의 자세 전환이 이루어질 필요가 있다. 제 1 스위치(150a)의 작동 시, 예를 들면, 제 1 실린더(145a)가 작동하여 제 1 회동암(144a)이 회동하고, 제 1 로프(131)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(131a)이 당겨져 제 1 비행체(190a)는 제 2 자세로 전환되면서 하강할 수 있다. 동시에 제 2 스위치(150b)에 의한 작동 상태는 해제되어 제 2 회동암(144b)은 회동되지 않은 상태로 돌아갈 수 있고, 궁극적으로 제 2 비행체(190b)는 제 2 자세에서 제 1 자세로 전환되면서 상승할 수 있다.
이후, 제 2 비행체(190b)의 상승 및 제 1 비행체(190a)의 하강에 따라 제 1 릴(120)은 반대 방향으로 회전할 수 있고, 자세전환부(140)는 도 6 및 도 7 기준 우측으로 이동하여 도 6과 같은 모습을 가지게 된다. 이러한 과정, 즉 비행체(190a, 190b)의 상승 및 하강, 제 1 릴(120)의 회전, 자세전환부(140)의 이동, 스위치(150a, 150b)의 작동 및 자세전환부(140)의 작동, 비행체(190a, 190b)의 자세 전환이 반복되면서 발전기(160)는 지속적인 발전을 할 수 있다.
도 8은 도 1의 풍력발전기(100)가 발전을 중단할 때 비행체(190a, 190b)가 회수되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 명확한 이해를 위해 제 1 릴(120), 로프부(130) 및 회수부(170)만을 도시하였다. 그리고 제 2 플랜지(173)는 도시를 생략하였다. 이하, 비행체(190a, 190b) 회수 동작을 도 8과 도 1 내지 도 7을 병행 참조하여 설명한다.
제 2 릴(171)은 제 1 릴(120)으로부터 일측으로 이격 배치될 수 있다. 그리고 제 2 릴(171)의 회전축(171a)의 양단부는 지지판(10, 11)에 연결될 수 있다. 제 1 회전바(174)는 그 양단부가 각각 제 1 플랜지(172) 및 제 2 플랜지(173)에 회전 가능하게 연결되고, 한 쌍의 제 2 회전바(175)는 그 양단부가 지지판(10, 11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
로프부(130)의 일단부를 포함한 로프부(130)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(130a)은 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과하여 제 1 비행체(190a) 측으로 연장될 수 있고, 로프부(130)의 타단부를 포함한 로프부(130)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(130b)은 제 2 릴(171)과 제 1 회전바(174) 사이를 통과한 후 상기 한 쌍의 제 2 회전바(175) 사이를 통과하여 제 2 비행체(190b) 측으로 연장될 수 있다.
모터(176)는 회전전달부재(177)를 통해 제 2 릴(171)의 회전축(171a)과 연결되어 있어, 작동 시 제 2 릴(171)을 회전시킬 수 있다.
먼저, 제 1 비행체(190a)가 하강하고 제 2 비행체(190b)는 상승하는 상황에서 비행체(190a, 190b)가 회수되는 과정을 설명한다. 모터(176)의 작동에 따라 제 2 릴(171)은 예를 들어 도 8 기준 시계 방향으로 회전할 수 있다. 제 2 릴(171)의 회전에 의해 로프부(130)의 타단부는 지면 측으로 당겨질 수 있고, 결국 상승하던 제 2 비행체(190b)는 하강할 수 있다. 제 2 비행체(190b)가 최저점에 도달하면 모터(176)의 작동은 중지될 수 있다. 한편, 제 2 릴(171)의 회전에 의해 제 1 릴(120)도 도 8 기준 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라 로프부(130)의 제 1 비행체(190a) 측 부분(130a)의 일부가 제 1 릴(120)에 권취될 수 있고, 로프부(130)의 일단부는 지면 측으로 당겨져 제 1 비행체(190a)는 신속하게 하강할 수 있다. 제 1 비행체(190a)가 최저점에 도달하면 제 1 릴(120)은 회전이 중지될 수 있다. 이를 위해 별도의 스토퍼 장치가 마련될 수 있다.
다음으로, 제 1 비행체(190a)가 상승하고 제 2 비행체(190b)는 하강하는 상황에서 비행체(190a, 190b)가 회수되는 과정을 설명한다. 모터(176)의 작동에 따라 제 2 릴(171)은 예를 들어 도 8 기준 시계 방향으로 회전할 수 있다. 제 2 릴(171)의 회전에 의해 로프부(130)의 타단부는 지면 측으로 당겨져 제 2 비행체(190b)는 신속하게 하강할 수 있다. 제 2 비행체(190b)가 최저점에 도달하면 로프부(130)의 제 2 비행체(190b) 측 부분(130b)은 더 이상 당겨지지 않을 수 있다. 이를 위해 별도의 스토퍼 장치가 마련될 수 있다. 한편, 제 2 릴(171)의 회전에 의해 제 1 릴(120)도 도 8 기준 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라 로프부(130)의 일단부는 지면 측으로 당겨질 수 있고, 결국 상승하던 제 1 비행체(190a)는 하강할 수 있다. 제 1 비행체(190a)가 최저점에 도달하면 모터(176)의 작동은 중지되거나 제 1 릴(120)의 회전이 중지될 수 있다. 이를 위해 별도의 스토퍼 장치가 마련될 수 있다.
한편, 비행체(190a, 190b)의 회수 동작 시에는 제 1 회동암(144a)과 제 2 회동암(144b) 모두가 회동 상태를 가져 제 1 비행체(190a) 및 제 2 비행체(190b) 모두 제 2 자세를 가질 수 있다. 이러한 자세전환부(140)의 동작을 위해 별도의 제어장치가 마련될 수 있다.
도 9는 도 1의 풍력발전기(100)의 제 1 베이스플레이트(110)를 아래에서 올려다 본 모습을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 샤프트(115)의 상단부는 제 1 베이스플레이트(110)의 하면에 삽입될 수 있다. 그리고, 도시하지는 않았으나, 샤프트(115)의 하단부는 제 2 베이스플레이트(111)의 상면에 삽입될 수 있다. 비행체(190a, 190b)의 비행 방향은 풍향에 따라 시시각각 변할 수 있는바, 로프부(130)를 비롯한 구성의 손상을 방지하기 위해서 제 1 베이스플레이트(110)는 고정된 제 2 베이스플레이트(111)에 대하여 회전할 수 있다. 제 1 베이스플레이트(110) 및 제 2 베이스플레이트(111) 간의 원활한 상대적 회전을 위하여 베어링(116)이 제공될 수도 있다.
또한, 제 1 베이스플레이트(110)와 제 2 베이스플레이트(111) 사이에는 풍력발전기(100)의 하중을 지지하고 제 1 베이스플레이트(110)의 원활한 회전을 돕는 복수의 바퀴모듈(119)이 제공될 수 있다.
도 10은 도 1의 풍력발전기(100)에서 제 1 릴(120)의 회전이 발전기(160)에 전달되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제 1 릴(120)이 회전하면 제 1 릴(120)의 회전축(120a)과 연결되는 회전전달부재(129)는 제 1 릴(120)의 회전을 변속기(180) 측으로 전달할 수 있다. 구체적으로, 제 1 릴(120)의 회전은 회전전달부재(129)로부터 다수의 축 및 기어 구성(20)을 거쳐 변속기(180)의 구동풀리(181)로 전달될 수 있다. 이어서, 벨트(183) 및 종동풀리(183)를 거치면서 변속된 회전이 다수의 축 및 기어 구성(21, 30)을 통해 발전기(160)로 전달될 수 있다. 최종적으로, 발전기(160)는 회전축(160a)의 회전을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 풍력발전기(100)에는 클러치가 더 포함될 수 있다. 클러치는, 예를 들어, 제 1 릴(120)과 변속기(180) 사이에 배치될 수 있고, 따라서 제 1 릴(120)로부터 전달 받은 회전을 변속기(180)에 전달할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 릴(120)은 비행체(190a, 190b)의 운동에 따라 지속적으로 회전하되 그 회전의 방향은 계속 바뀌기 때문에, 클러치는 제 1 릴(120)의 양방향 회전을 어느 하나의 방향의 회전으로 통일하여 출력할 수 있다. 이로 인해 발전기(160)의 회전축(160a)도 한 방향으로만 회전하게 되는바, 발전기(160)의 지속적인 발전이 가능하다. 즉, 발전기(160)의 회전축(160a)의 회전 방향 전환에 따른 발전기(160)의 가동 중단이 제거될 수 있는 것이다. 특정 방향의 회전운동을 반대 방향의 회전운동으로 변환하는 원리 및 기구적 구성은 널리 알려져 있으므로, 여기에서는 클러치의 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
또한, 도시하지 않았으나, 풍력발전기(100)에는 배터리가 더 포함될 수 있다. 배터리는, 예를 들어, 회동암(144a, 144b)을 회동시키는 실린더(145a, 145b), 제 2 릴(171)을 회전시키는 모터(176)를 비롯한 풍력발전기(100) 내의 각종 구동계에 전기에너지를 공급할 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리는 발전기(160)에 연결되어 충전될 수 있다. 예를 들어, 필요 시, 발전기(160)에서 생산되는 전기에너지의 적어도 일부는 배터리에 공급될 수 있다. 이에 따라, 배터리는 교체 없이 지속적으로 사용될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서 함께 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 분산되어 실시될 수 있고, 서로 다른 실시예 각각에서 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 결합된 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로, 각 청구항에 기재된 구성들 내지는 특징들도 서로 분산되어 실시되거나 결합되어 실시될 수 있다. 그리고 위와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 풍력발전기 110: 제 1 베이스플레이트
111: 제 2 베이스플레이트 120: 제 1 릴
130: 로프부 131: 제 1 로프
132: 제 2 로프 140: 자세전환부
141: 가이드플레이트 142a: 제 1-a 풀리
142b: 제 2-a 풀리 143a: 제 1-b 풀리
143b: 제 2-b 풀리 144a: 제 1 회동암
144b: 제 2 회동암 146: 봉 부재
147: 이동부재 149: 받침플레이트
150a: 제 1 스위치 150b: 제 2 스위치
160: 발전기 170: 회수부
171: 제 2 릴 174: 제 1 회전바
175: 제 2 회전바 180: 변속기
190a: 제 1 비행체 190b: 제 2 비행체
191: 본체 192: 구획판
193: 에어포켓 194: 공기배출홀

Claims (16)

  1. 바람에 의한 양력으로 상승하는 제 1 비행체 및 제 2 비행체;
    일단부는 상기 제 1 비행체에 연결되고, 타단부는 상기 제 2 비행체에 연결되는 로프부;
    상기 로프부가 권취되는 제 1 릴;
    상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체 중 어느 하나의 비행체의 하강 시 다른 하나의 비행체는 상승하여 상기 제 1 릴을 제 1 방향으로 회전하고, 상기 다른 하나의 비행체의 하강 시 상기 어느 하나의 비행체는 상승하여 상기 제 1 릴을 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전하며, 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체의 운동에 따라 발생되는 상기 제 1 릴의 회전을 이용하여 발전하는 발전기; 및
    상기 어느 하나의 비행체가 제 1 자세로 상승하여 최고점에 도달하였을 때 상기 어느 하나의 비행체를 양력이 저감되는 제 2 자세로 전환시키고, 상기 다른 하나의 비행체가 상기 제 2 자세로 하강하여 최저점에 도달하였을 때 상기 다른 하나의 비행체를 양력이 증가되는 제 1 자세로 전환시키는 자세전환부를 포함하고,
    상기 로프부는, 상기 제 1 릴에 권취되고, 일단부 및 타단부가 각각 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체에 연결되는 제 1 로프; 및 상기 제 1 릴에 권취되고, 일단부 및 타단부가 각각 상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체에 연결되는 제 2 로프를 포함하고, 상기 자세전환부는 상기 제 1 로프를 제어하여 상기 비행체의 자세를 전환시키는 풍력발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자세전환부는,
    가이드플레이트;
    상기 가이드플레이트의 일측면에 서로 이격 배치되고, 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 일측을 지지하는 한 쌍의 제 1-a 풀리;
    일단부에 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 타측을 지지하는 제 1-b 풀리가 구비되는 제 1 회동암;
    상기 가이드플레이트의 타측면에 서로 이격 배치되고, 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 일측을 지지하는 한 쌍의 제 2-a 풀리;
    일단부에 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 타측을 지지하는 제 2-b 풀리가 구비되는 제 2 회동암; 및
    상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암을 회동시키는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고,
    상기 제 1 회동암의 회동 시 상기 제 1-b 풀리는 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분의 타측을 밀어서 상기 한 쌍의 제 1-a 풀리 사이에 위치하는 상기 제 1 로프의 길이가 증가되도록 하고,
    상기 제 2 회동암의 회동 시 상기 제 2-b 풀리는 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분의 타측을 밀어서 상기 한 쌍의 제 2-a 풀리 사이에 위치하는 상기 제 1 로프의 길이가 증가되도록 하는 풍력발전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발전기의 발전 시 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암은 교대로 회동하고,
    상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체는 상기 제 1 자세 및 상기 제 2 자세를 번갈아 가지는 풍력발전기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체의 회수 시 상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암은 회동 상태를 가지고,
    상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체는 상기 제 2 자세를 가지는 풍력발전기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    서로 이격되고, 각각 상기 자세전환부와 접촉됨에 따라 상기 자세전환부를 작동시키는 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 더 포함하고,
    상기 자세전환부는, 상기 제 1 릴의 상기 제 1 방향 회전에 따라 일방향으로 이동하여 상기 제 1 스위치와 접촉됨으로써 상기 제 1 로프를 제어하고, 상기 제 1 릴의 상기 제 2 방향 회전에 따라 상기 일방향과 반대인 타방향으로 이동하여 상기 제 2 스위치와 접촉됨으로써 상기 제 1 로프를 제어하는 풍력발전기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 릴의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 상기 자세전환부를 직선운동시키는 운동변환부를 더 포함하고,
    상기 자세전환부는,
    상기 운동변환부에 연결되어 상기 일방향 또는 상기 타방향으로 이동하는 받침플레이트;
    상기 받침플레이트 상에 제공되고, 회동 시 상기 제 1 로프의 일단부가 지면 측으로 당겨지도록 상기 제 1 로프의 상기 제 1 비행체 측 부분에 외력을 가하는 제 1 회동암;
    상기 받침플레이트 상에 제공되고, 회동 시 상기 제 1 로프의 타단부가 지면 측으로 당겨지도록 상기 제 1 로프의 상기 제 2 비행체 측 부분에 외력을 가하는 제 2 회동암; 및
    상기 제 1 회동암 및 상기 제 2 회동암을 회동시키는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고,
    상기 받침플레이트의 일측이 상기 제 1 스위치와 접촉되면 상기 제 1 회동암이 회동하고,
    상기 받침플레이트의 타측이 상기 제 2 스위치와 접촉되면 상기 제 2 회동암이 회동하는 풍력발전기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 운동변환부는,
    상기 제 1 릴의 회전 시 함께 회전하는 봉 부재;
    상기 제 1 릴의 회전축과 상기 봉 부재의 일단부를 연결하고, 상기 제 1 릴의 회전을 상기 봉 부재에 전달하는 회전전달부재; 및
    상기 봉 부재와 나사결합하여 상기 봉 부재의 회전 시 상기 봉 부재 상에서 상기 봉 부재의 길이방향으로 이동하고, 상기 받침플레이트와 연결되는 이동부재를 포함하는 풍력발전기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴 및 상기 발전기가 배치되는 제 1 베이스플레이트;
    상기 제 1 베이스플레이트로부터 하방 이격되는 제 2 베이스플레이트; 및
    상단부 및 하단부가 각각 상기 제 1 베이스플레이트 및 상기 제 2 베이스플레이트에 삽입되는 샤프트를 더 포함하고,
    상기 제 1 베이스플레이트 및 상기 제 2 베이스플레이트는 서로에 대하여 상대적으로 회전하는 풍력발전기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 비행체 및 상기 제 2 비행체 각각은,
    후방부에 공기배출홀이 형성되는 본체; 및
    각각 상기 본체의 하면으로부터 하방 돌출되고, 상기 본체의 길이방향으로 연장되며, 서로 좌우로 이격되는 복수의 구획판을 포함하고,
    상기 공기배출홀은 상기 본체의 전방부 측으로 갈수록 폭이 작아지는 풍력발전기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴의 일측에 이격 배치되고, 상기 로프의 타단부가 경유하며, 회전 시 상기 로프부의 타단부를 지면 측으로 당기는 회수부; 및
    상기 회수부를 회전시키는 구동장치를 더 포함하는 풍력발전기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회수부는,
    상기 구동장치에 의해 회전하는 제 2 릴;
    각각 상기 제 2 릴의 양단부에 제공되고, 상기 제 2 릴의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지;
    상기 제 2 릴의 길이방향으로 연장되고, 양단부가 각각 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지에 회전 가능하게 연결되는 제 1 회전바; 및
    상기 제 1 릴 및 상기 제 2 릴의 사이에 서로 이격되며 회전 가능하게 제공되는 한 쌍의 제 2 회전바를 포함하고,
    상기 로프부의 일단부는 상기 제 1 릴에서 상기 한 쌍의 제 2 회전바 사이를 통과하여 상기 제 1 비행체에 연결되고,
    상기 로프부의 타단부는 상기 제 1 릴에서 상기 제 2 릴 및 상기 제 2 회전바 사이를 통과한 후 상기 한 쌍의 제 2 회전바 사이를 통과하여 상기 제 2 비행체에 연결되는 풍력발전기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴의 회전축과 연결되고, 상기 제 1 릴의 상기 제 1 방향 회전 및 상기 제 2 방향 회전을 어느 하나의 방향의 회전으로 통일하여 상기 발전기에 전달하는 클러치를 더 포함하는 풍력발전기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴의 회전축과 연결되고, 상기 제 1 릴의 회전을 상기 발전기에 전달하되 상기 발전기의 회전축의 회전속도를 조정하기 위한 변속기를 더 포함하는 풍력발전기.
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