KR102183450B1

KR102183450B1 - 풍력 발전 장치

Info

Publication number: KR102183450B1
Application number: KR1020180111801A
Authority: KR
Inventors: 이태관
Original assignee: 이태관
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-11-27
Also published as: KR20200032581A

Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로 특히 회전이 정지된 회전익에 회전 시동을 가하여 회전을 용이하게 하는 2차회전익을 구비하여서 된 풍력발전장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 회전익(100)과, 상기 회전익(100)에 연결된 회전축(110)과, 상기 회전익(100)의 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(300)를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 회전익(100) 각 날개의 말단에 2차회전익(200)이 설치되며, 상기 2차회전익(200)은 2차회전익(200)을 회전시키기 위한 모터(210)와, 2차회전익(200)의 방향을 조절하기 위한 방향제어부(220)와, 상기 모터(210)를 구동시키기 위한 배터리(400)와, 상기 2차회전익(200)의 방향을 제어할 2차회전익 제어모듈(500)과, 상기 2차회전익 제어모듈(500)에 외부의 풍속정보를 제공하기 위한 풍향/풍속센서(600) 및 상기 회전익(100)의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도감지센서(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치{Wind power system}

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로 특히 회전이 정지된 회전익에 회전 시동을 가하여 회전을 용이하게 하는 2차회전익을 구비하여서 된 풍력발전장치를 제공하기 위한 것이다.

풍력발전장치는 특히 무풍 시에는 회전익의 회전이 정지되며, 일단 정지된 회전익은 정지마찰계수가 커서 비교적 강한 바람이 불어야 회전익이 회전을 개시하게 된다. 따라서 정지된 회전익이 재가동되기 위해서는 상당히 강한 바람을 필요하게 되어 정지된 풍력 발전장치로부터 전력을 얻기에는 용이하지 아니한 결점이 있다.

그리하여, 특허공개 제1020160073981호는 발전용 모터에 회전력을 전달하는 수직회전축과, 이 수직회전축으로부터 방사상으로 동일한 간격으로 설치되는 복수의 지지암과, 각각의 상기 지지암의 선단에 접속된 수풍패들을 구비하는 풍력발전장치로서, 상기 수풍패들이 평면에서 볼 때에 외면측을 오목모양으로 만곡시키거나 또는 굴곡시켜서 이루어지는 오목모양 패널부와, 이 오목모양 패널부의 회전방향에 있어서의 앞쪽 가장자리부를 따라 외면측으로 돌출되고 또한 그 선단부가 뒤쪽 가장자리측으로 만곡 또는 굴곡되어 이루어지는 앞쪽 가장자리 기류저장부가 형성되어, 회전방향의 저항력을 받기 쉬운 구조에 의하여 기동 시에 있어서의 시동의 확실성을 높임과 아울러 장치 전체에 있어서의 자연에너지에 의한 발전량을 늘리는 것이 가능한 풍력발전장치를 제공하려 한다. 그러나, 이와 같은 장치만으로는 커다랗고 무거운 회전익의 정지마찰계수를 극복하기가 곤란한 결점이 있다.

대한민국 공개실용신안 제20-2011-0008951호는 발전기가 설치된 베이스와; 상기 베이스에 고정 장착된 고정부재와; 상기 고정부재에 회전되게 장착되며, 발전기와 연결된 회전축과; 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축과 함께 회전되게 장착되며, 상기 고정부재와 마주보게 이격 배치된 회전부재와; 상기 회전부재에 장착되며, 바람에 의해 회전력을 발생시켜 상기 회전부재를 회전시키는 블레이드와; 상기 고정부재에 상기 회전부재 방향으로 장착되며, 상기 회전부재의 회전방향으로 극성이 분리되는 고정자석과; 상기 회전부재에 상기 고정자석과 마주보면서 이격되게 장착되며, 상기 회전부재의 회전방향으로 극성이 분리되는 회전자석; 을 포함하여 이루어지되, 상기 고정자석 및 상기 회전자석에는 서로 마주보는 방향으로 대칭되게 경사진 제1경사면 및 제2경사면이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 회전력 증폭장치를 개시한 바 있다. 그러나 제20-2011-0008951호 역시 최초의 정지마찰계수를 극복하기 위한 수단을 제공해주지는 아니한다.

대한민국 공개특허 제1020160073981호 대한민국 공개실용신안 제20-2011-0008951호

이에 본 발명은, 특히 무풍 시에 정지된 회전익의 회전을 용이하게 하여 정지된 회전익이 미풍 시에도 용이하게 회전을 시작하여 미풍에도 전력을 얻을 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하여야 한다는 과제를 해결하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 회전익(100)과, 상기 회전익(100)에 연결된 회전축(110)과, 상기 회전익(100)의 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(300)를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 회전익(100) 각 날개의 말단에 2차회전익(200)이 설치되며, 상기 2차회전익(200)은 2차회전익(200)을 회전시키기 위한 모터(210)와, 2차회전익(200)의 방향을 조절하기 위한 방향제어부(220)와, 상기 모터(210)를 구동시키기 위한 배터리(400)와, 상기 2차회전익(200)의 방향을 제어할 2차회전익 제어모듈(500)과, 상기 2차회전익 제어모듈(500)에 외부의 풍속정보를 제공하기 위한 풍향/풍속센서(600) 및 상기 회전익(100)의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도감지센서(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 제공한다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 정지된 회전익이 미풍을 받기 시작하면 2차회전익이 회전익이 회전하는 방향으로 향하여 회전하게 되고, 그 추진력으로 회전익이 정지마찰력을 초과하는 회전력을 얻게 함으로써 회전익의 회전을 개시시킨다. 이러한 구성에 따라 본 발명은 미풍 시에도 회전익의 회전을 가능하게 하여 전력의 생산량을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 본 발명의 풍력발전장치의 구조도이다.
도2는 본 발명의 풍력발전장치의 2차회전익이 회전익과 같은 방향을 향한 상태를 도시하는 설명도이다.
도3은 본 발명의 풍력발전장치의 2차회전익이 회전익의 회전방향과 같은 방향을 향한 상태를 도시하는 설명도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 도1에 도시된 바와 같이, 회전익(100)과, 상기 회전익(100)에 연결된 회전축(110)과, 상기 회전익(100)의 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(300)를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 회전익(100) 각 날개의 말단에 2차회전익(200)이 설치되며, 상기 2차회전익(200)은 2차회전익(200)을 회전시키기 위한 모터(210)와, 2차회전익(200)의 방향을 조절하기 위한 방향제어부(220)와, 상기 모터(210)를 구동시키기 위한 배터리(400)와, 상기 2차회전익(200)의 방향을 제어할 2차회전익 제어모듈(500)과, 상기 2차회전익 제어모듈(500)에 외부의 풍속정보를 제공하기 위한 풍향/풍속센서(600) 및 상기 회전익(100)의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도감지센서(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 제공한다.

상기 회전익(100)의 회전에너지는 회전축(110)과 기어박스를 경유하여 발전장치(300)에서 전기에너지로 전환되는 것이 바람직하다. 필요에 따라서 상기 발전장치(300)가 상기 회전익(100)의 회전축(110)과 직접 연결되는 구성도 가능하다. 상기 발전장치(300)는 제어부의 발전장치 제어모듈로 제어될 수 있다. 발전장치(300)에서 생산된 전력은 송전부를 통해 외부로 송전될 수 있다.

2차회전익(200)의 방향을 조절하기 위한 방향제어부(220)는 구형조인트, 유니버셜조인트 등이 적용될 수 있다.

이하에서 본 발명의 발전방법을 서술한다.

본 발명은 풍력발전장치를 이용한 풍력발전방법에 있어서,

풍속이 2~5m/s인지의 여부를 풍향/풍속센서(600)를 통해 감지하는 단계(s100);

풍속이 2~5m/s인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 회전하는 방향으로 향하도록 전환시키는 2차회전익 방향전환단계(s200);

상기 2차회전익(200)을 배터리(400)의 전원으로 모터(210)를 구동시켜 회전시키는 단계(s300)

회전속도감지센서(700)를 통하여 회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인지를 판단하는 회전속도 판단단계(s400);

회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500);

2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500) 이후, 2차회전익(200)의 모터(210)에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단 단계(s600);

발전장치(300)로부터 생성된 전류의 일부를 배터리(400)로 충전시키는 충전단계(s700);

를 포함한다.

풍속이 2~5m/s인지의 여부를 풍향/풍속센서(600)를 통해 감지하는 단계(s100)에서의 상기 풍속은 회전익(100)이 정지된 상태에서 정지마찰력을 극복하기 어려우나 일단 회전익(100)이 정지마찰력을 극복하여 회전하게 되면 지속적으로 회전할 수 있는 풍속을 의미한다. 따라서 상기 풍속의 한정은 유의미하다. 이러한 판단 이전에 2차회전익(200)은 도2와 같이 회전익(100)과 같은 방향을 향하고 있다.

이에 따라, 풍속이 2~5m/s인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 회전하는 방향으로 향하도록 전환시키는 2차회전익 방향전환단계(s200)에서 제어부의 2차회전익제어모듈(500)이 2차회전익을 방향제어부(220)를 통해 2차회전익(200)의 방향을 도3에 도시된 바와 같이 회전익(100)이 회전하는 방향으로 향하도록 전환시키게 된다.

이후, 상기 2차회전익(200)을 배터리(400)의 전원으로 모터(210)를 구동시켜 회전시키는 단계(s300)에서 2차회전익(200)의 회전에 따른 추진력으로 회전익(100)을 회전시키게 된다.

회전속도감지센서(700)를 통하여 회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인지를 판단하는 회전속도 판단단계(s400)에서 회전익(100)의 속도가 5rpm 이상인 경우에는 2차회전익(200)의 도움 없어도 회전익(100)이 해당 풍속에서 지속적으로 회전할 수 있음을 의미한다.

이에 따라 회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500)와 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500) 이후, 2차회전익(200)의 모터(210)에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단 단계(s600)를 거쳐 2차회전익의 운용을 중지한다.

이는 2차회전익(200) 회전익(100)과 방향을 같이하게 되면 바람에 대한 2차회전익(200)에 의한 마찰력이 회전익(100)의 운동에너지에 미약하나마 더 보탬이 되며, 불필요한 전력의 사용은 전력생산효율을 거해하기 때문이다.

이후, 발전장치(300)로부터 생성된 전류의 일부를 배터리(400)로 충전시키는 충전단계(s700)를 통해 배터리(400)를 충전한다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다. 또한, 청구항 부호는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 형상과 구조를 첨부된 도면에 한정한다는 뜻이 아니다.

100. 회전익
110. 회전축
200. 2차회전익
210. 모터
220. 방향제어부
300. 발전장치
400. 배터리
500. 2차회전익 제어모듈
600. 풍향/풍속센서
700. 회전속도감지센서

Claims

삭제
풍력발전방법에 있어서,
회전익(100)과, 상기 회전익(100)에 연결된 회전축(110)과, 상기 회전익(100)의 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(300)를 포함하며,
상기 회전익(100) 각 날개의 말단에 2차회전익(200)이 설치되며, 상기 2차회전익(200)은 2차회전익(200)을 회전시키기 위한 모터(210)와, 2차회전익(200)의 방향을 조절하기 위한 방향제어부(220)와, 상기 모터(210)를 구동시키기 위한 배터리(400)와, 상기 2차회전익(200)의 방향을 제어할 2차회전익 제어모듈(500)과, 상기 2차회전익 제어모듈(500)에 외부의 풍속정보를 제공하기 위한 풍향/풍속센서(600) 및 상기 회전익(100)의 회전속도를 감지하기 위한 회전속도감지센서(700)를 포함하는 풍력발전장치를 이용하며,

풍속이 2~5m/s인지의 여부를 풍향/풍속센서(600)를 통해 감지하는 단계(s100);
풍속이 2~5m/s인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 회전하는 방향으로 향하도록 전환시키는 2차회전익 방향전환단계(s200);
상기 2차회전익(200)을 배터리(400)의 전원으로 모터(210)를 구동시켜 회전시키는 단계(s300)
회전속도감지센서(700)를 통하여 회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인지를 판단하는 회전속도 판단단계(s400);
회전익(100)의 회전속도가 5rpm 이상인 경우 2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500);
2차회전익(200)의 방향을 회전익(100)이 향하는 방향과 일치시키는 단계(s500) 이후, 2차회전익(200)의 모터(210)에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단 단계(s600);
발전장치(300)로부터 생성된 전류의 일부를 배터리(400)로 충전시키는 충전단계(s700);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전방법.