KR102225824B1

KR102225824B1 - 발전장치 및 발전장치의 제어방법

Info

Publication number: KR102225824B1
Application number: KR1020200160285A
Authority: KR
Inventors: 임현재; 임해섭
Original assignee: (주)성우테크
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-03-10

Abstract

본 출원은 유체가 이동하는 통로를 형성하는 제1파이프, 유체가 이동하는 통로를 형성하는 제2파이프, 상기 제1파이프에 연결되는 제1하우징; 상기 제2파이프에 연결되는 제2하우징; 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디; 상기 연결바디에 회전 가능하게 구비되어 유속을 조절하는 정류 블레이드; 상기 정류 블레이드의 회전 각도를 조절하는 조절부; 상기 하우징을 관통하도록 구비되어 일단은 상기 하우징 외부에 위치하고 타단은 상기 제2하우징 내부에 위치하는 샤프트; 상기 샤프트에 고정되어 상기 제2하우징 내부에 위치하는 허브; 상기 허브에 회전 가능하게 고정된 발전 블레이드; 상기 발전 블레이드의 회전 각도를 조절하는 액추에이터; 상기 샤프트에 연결된 발전축; 원주면에 영구자석이 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 및 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부가 구비된 제1발전모듈; 및 원주면에 영구자석이 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 및 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부가 구비된 제2발전모듈;이 구비된 발전장치 및 발전장치의 제어방법에 관한 것이다.

Description

발전장치 및 발전장치의 제어방법 {Generator and Control Method for the same}

본 출원은 발전장치 및 발전장치의 제어방법에 관한 것이다.

발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로, 수력, 풍력, 조력 등에 의해 회전하는 임펠러의 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 장치가 그 일례이다.

발전기는 그 설계된 발전용량에 따라 적절한 크기의 입력이 요구되는데, 어떤 요인에 의해 입력이 기준에 미치지 못하면, 발전기는 발전을 중단하거나 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 이러한 문제점은 수력, 풍력, 조력 등 외부적인 환경 요인에 의해 입력 에너지의 크기가 쉽게 변화하는 신재생 에너지 분야에 두드러지게 나타난다. 따라서, 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전할 수 있을 뿐 아니라 높은 발전효율을 발휘하는 발전기의 개발이 요구되었다.

한편, 물이나 공기와 같은 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기에는 유체에 의해 회전하는 임펠러 유닛이 구비되는데, 상기 임펠러 유닛은 회전축에 의해 회전하는 허브, 상기 허브에 고정된 다수의 블레이드를 포함하도록 구비된다. 종래 임펠러 유닛에 구비된 상기 블레이드는 상기 허브에 고정된 상태로 구비되기 때문에, 유체의 속도변화에 따라 블레이드에 충돌하는 유체가 블레이드의 표면에 대해 형성하는 입사각을 조절하지 못하는 단점이 있었다.

본 출원은 유체의 속도에 따라 정류 블레이드 및 발전 블레이드 각각의 각도를 조절함으로써 출력의 조절이 가능한 발전장치 및 발전장치의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 출원은 유체의 속도에 따라 다수의 발전모듈 중 일부만을 작동시키거나, 발전모듈 전부를 작동시킬 수 있는 발전장치 및 발전장치의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

유체가 이동하는 통로를 형성하는 제1파이프, 유체가 이동하는 통로를 형성하는 제2파이프, 상기 제1파이프에 연결되는 제1하우징; 상기 제2파이프에 연결되는 제2하우징; 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디; 상기 연결바디에 회전 가능하게 구비되어 유속을 조절하는 정류 블레이드; 상기 정류 블레이드의 회전 각도를 조절하는 조절부; 상기 하우징을 관통하도록 구비되어 일단은 상기 하우징 외부에 위치하고 타단은 상기 제2하우징 내부에 위치하는 샤프트; 상기 샤프트에 고정되어 상기 제2하우징 내부에 위치하는 허브; 상기 허브에 회전 가능하게 고정된 발전 블레이드; 상기 발전 블레이드의 회전 각도를 조절하는 액추에이터; 상기 샤프트에 연결된 발전축; 원주면에 영구자석이 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 및 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부가 구비된 제1발전모듈; 및 원주면에 영구자석이 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 및 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부가 구비된 제2발전모듈;이 구비된 발전장치의 제어방법에 있어서, 본 출원은 유속감지부가 상기 제1하우징으로 유입되는 유체의 속력을 측정하는 유속감지단계; 및 상기 유속감지단계에서 측정된 유속에 따라 기 설정된 각도로 상기 정류 블레이드의 회전각도와 상기 발전 블레이드의 회전각도 중 적어도 어느 하나를 설정하는 각도설정단계;를 포함하는 발전장치의 제어방법을 제공한다.

상기 제어방법은 상기 각도설정단계의 완료 후, 회전수 감지부가 상기 발전축의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계;를 더 포함하고, 상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 기 설정된 기준회전수 이상이면, 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시킬 수 있다.

상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 제어방법은 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시킬 수 있다.

상기 제어방법은 상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 발전 블레이드의 회전각도를 조절하는 제1조절단계;를 더 포함하고, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키고, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시킬 수 있다.

상기 제어방법은 상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 정류 블레이드의 회전각도를 조절하는 제2조절단계;를 더 포함하고, 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키고, 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시킬 수 있다.

상기 제어방법은 상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 발전 블레이드의 회전각도를 조절하는 제1조절단계; 및 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 정류 블레이드의 회전각도를 조절하는 제2조절단계;를 더 포함하며, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수 또는 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면, 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키고, 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시킬 수 있다.

본 출원은 유체가 통과하는 유로를 형성하는 제1파이프와 제2파이프 사이에 위치하여, 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치를 제공한다. 상기 발전장치는 상기 제1파이프에 연결되는 제1하우징, 상기 제2파이프에 연결되는 제2하우징, 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디, 상기 연결바디를 관통하여 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연통시키는 연결유로, 및 상기 연결바디의 중앙에 위치하도록 상기 연결바디에 고정된 축 지지부가 구비된 하우징; 상기 연결바디에 회전 가능하게 고정되어 상기 연결유로의 중심을 향해 돌출된 정류 블레이드, 및 상기 정류 블레이드의 각도를 조절하는 조절부가 구비된 정류부; 일단은 상기 축 지지부를 관통하도록 구비되고 타단은 상기 제1하우징을 관통하도록 구비된 샤프트, 상기 샤프트의 일단에 고정되어 상기 제2하우징에 위치하는 허브, 상기 허브 내부에 구비된 허브 챔버, 및 상기 샤프트를 관통하여 상기 허브 챔버에 연결된 샤프트 관통홀이 구비된 입력축; 상기 허브 챔버 내부에 회전 가능하게 구비된 제1장착부, 및 상기 허브를 관통하여 상기 제1장착부에 고정된 제1블레이드, 및 상기 허브 챔버 내부에 회전 가능하게 구비된 제2장착부, 및 상기 허브를 관통하여 상기 제2장착부에 고정된 제2블레이드가 구비된 발전 블레이드; 상기 허브 챔버 내부에 위치하는 링크 허브, 상기 샤프트 관통홀에 삽입되어 상기 링크 허브가 상기 허브 챔버 내부에서 직선왕복운동을 하게 하는 연결축, 상기 연결축의 위치를 조절하는 구동부가 구비된 액추에이터; 상기 링크 허브와 상기 제1장착부를 연결하여 상기 링크 허브의 직선운동을 상기 제1장착부의 회전운동으로 변환하는 제1링크, 및 상기 링크 허브와 상기 제2장착부를 연결하여 상기 링크 허브의 직선운동을 상기 제2장착부의 회전운동으로 변환하는 제2링크가 구비된 동력전달부; 및 상기 샤프트의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛;을 포함할 수 있다.

상기 정류 블레이드는 상기 연결유로의 원주면을 따라 동일한 각도로 이격된 다수의 정류판; 상기 연결바디를 관통하여 일단은 상기 정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디의 외부에 노출된 정류판 회전축;을 포함하고, 상기 조절부는 상기 연결바디의 원주면에 회전 가능하게 결합된 작동바디; 상기 작동바디의 회전각도를 조절하는 작동바디 제어부; 및 상기 작동바디와 상기 정류판 회전축을 연결하도록 구비되어 상기 작동바디의 회전운동을 상기 정류판 회전축의 회전운동으로 변환하는 정류판 링크;를 포함할 수 있다.

상기 정류판은 상기 연결유로의 원주면을 따라 동일한 각도로 이격된 제1정류판, 제2정류판, 및 제3정류판을 포함하고, 상기 정류판 회전축은 상기 연결바디를 관통하여 일단은 상기 제1정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디의 외부에 노출된 제1정류판 회전축, 상기 연결바디를 관통하여 일단은 상기 제2정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디의 외부에 노출된 제2정류판 회전축, 및 상기 연결바디를 관통하여 일단은 상기 제3정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디의 외부에 노출된 제3정류판 회전축을 포함하며, 상기 정류판 링크는 상기 작동바디의 원주면과 상기 제1정류판 회전축을 연결하는 제1정류판 링크, 상기 작동바디의 원주면과 상기 제2정류판 회전축을 연결하는 제2정류판 링크, 및 상기 작동바디의 원주면과 상기 제3정류판 회전축을 연결하는 제3정류판 링크를 포함할 수 있다.

상기 제1링크와 상기 제2링크는 상기 각 장착부에 회전 가능하게 고정된 제1헤드가 구비된 링크 제1바디; 상기 링크 허브에 회전 가능하게 고정된 제2헤드가 구비된 링크 제2바디; 상기 제1헤드와 상기 제2헤드 사이의 거리를 조절 가능한 거리조절부; 및 상기 링크 제1바디와 상기 링크 제2바디를 고정하는 고정부;를 포함할 수 있다.

상기 거리조절부는 상기 링크 제1바디가 제공하는 공간 중 상기 링크 제2바디가 접촉하는 면에 구비되는 제1스레드(first thread); 및 상기 링크 제2바디가 제공하는 공간 중 상기 링크 제1바디가 접촉하는 면에 구비되며, 상기 제1스레드에 체결되는 제2스레드(second thread);를 포함할 수 있다.

상기 고정부는 상기 링크 제1바디를 관통하도록 구비되며, 상기 제1헤드에서 상기 제2헤드를 향하는 방향을 따라 구비된 다수의 링크 제1관통홀; 상기 링크 제2바디를 관통하도록 구비되며, 상기 제2헤드에서 상기 제1헤드를 향하는 방향을 따라 구비된 다수의 링크 제2관통홀; 및 다수의 상기 링크 제1관통홀들 중 어느 하나와 다수의 상기 링크 제2관통홀들 중 어느 하나에 삽입되어 상기 링크 제1바디와 상기 링크 제2바디를 고정하는 볼트;를 포함할 수 있다.

상기 발전장치는 상기 제1하우징 내부의 유체 또는 상기 제2하우징 내부의 유체를 상기 발전유닛으로 공급하여, 상기 발전유닛을 냉각시키는 냉각부;를 더 포함할 수 있다.

상기 발전유닛은 상기 샤프트에 의해 회전하는 발전축; 영구자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 및 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부가 구비된 제1발전모듈; 및 영구자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 및 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부가 구비된 제2발전모듈;을 포함하고, 상기 냉각부는 유체가 저장되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 제1하우징 내부의 유체를 상기 챔버로 공급하는 공급유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1하우징으로 배출하는 회수유로; 상기 제1발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제1냉각유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1냉각유로로 안내하는 제1냉각유로 공급관; 상기 제1냉각유로에서 배출되는 유체를 상기 챔버로 안내하는 제1냉각유로 회수관; 상기 제2발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제2냉각유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제2냉각유로로 안내하는 제2냉각유로 공급관; 및 상기 제2냉각유로에서 배출되는 유체를기 챔버로 안내하는 제2냉각유로 회수관;을 포함할 수 있다.

본 출원은 유체의 속도에 따라 정류 블레이드 및 발전 블레이드 각각의 각도를 조절함으로써 출력의 조절이 가능한 발전장치 및 발전장치의 제어방법을 제공한다.

또한, 본 출원은 유체의 속도에 따라 다수의 발전모듈 중 일부만을 작동시키거나, 발전모듈 전부를 작동시킬 수 있는 발전장치 및 발전장치의 제어방법을 제공한다.

도 1과 도 2는 정류유닛, 임펠러 유닛, 및 발전유닛으로 구성된 발전장치의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 정류유닛의 일례를 도시한 것이다.
도 4와 도 5는 임펠러 유닛의 일례를 도시한 것이다.
도 6은 임펠러 유닛에 구비된 발전 블레이드의 작동과정을 도시한 것이다.
도 7은 임펠러 유닛에 구비된 링크의 일례를 도시한 것이다.
도 8은 발전유닛의 일례를 도시한 것이다.
도 9는 발전유닛에 구비된 스테이터의 일례를 도시한 것이다.
도 10은 발전유닛에 구비된 로터의 일례를 도시한 것이다.
도 11과 도 12는 발전유닛에 구비된 변환부의 일례를 도시한 것이다.
도 13은 발전장치의 단면도이다.
도 14는 발전장치의 제어방법의 일례를 도시한 것이다.
도 15는 발전장치의 제어방법의 다른 실시예를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 발전장치 및 발전장치의 제어방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 발전장치 및 발전장치 제어방법의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 출원의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 발전장치(100)는 유체가 통과하는 유로를 형성하는 제1파이프(P1)와 제2파이프(P2) 사이에 위치하여 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 발전장치(100)는 상기 제1파이프(P1)와 제2파이프(P2)를 연결하는 유로를 형성하되 상기 제1파이프(P1)에서 제2파이프(P2)로 이동하는 유체의 속도를 조절 가능한 정류유닛(100A), 상기 정류유닛(100A)을 통과한 유체에 의해 회전하는 임펠러 유닛(100)B), 상기 임펠러 유닛(100A)이 회전 시 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛(100C)을 포함하도록 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 정류유닛(100A)은 상기 제1파이프(P1)와 제2파이프(P2)를 연결하는 유로를 형성하는 하우징(1), 상기 하우징에 회전 가능하게 고정되어 유체의 속도(유속)을 제어하는 정류부(16, 17)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 하우징(1)은 상기 제1파이프(P1)에 연결되는 제1하우징(11), 상기 제2파이프(P2)에 연결되는 제2하우징(12), 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디(13)를 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 연결바디(13)에는 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제1하우징(P1)과 상기 제2하우징(P2)을 연통시키는 연결유로(131)가 구비되는데, 상기 연결유로(131)의 중앙에는 축 지지부(133)가 구비될 수 있다. 상기 축 지지부(133)는 지지바(132)를 통해 상기 연결바디(13)에 고정되며, 상기 축 지지부(133)의 중앙에는 축 지지부 관통홀(134)이 구비된다.

상기 축 지지부(133)에는 제1베어링(14)이 고정되며, 상기 임펠러 유닛(100B)에 구비된 샤프트(21)는 상기 제1베어링(14)을 통해 상기 축 지지부(133)에 회전 가능하게 고정된다.

상기 샤프트(21)를 안정적으로 지지할 수 있도록, 상기 제1하우징(11)에는 제2베어링(15)이 구비될 수 있다. 상기 제1하우징(11)에는 제1하우징 내부를 외부와 연통시키는 연통홀이 구비되고, 상기 제2베어링(15)은 상기 연통홀에 고정될 수 있다. 이 경우, 상기 샤프트(21)의 일단은 상기 제2하우징(P2) 내부에 위치하고, 타단은 상기 제1하우징(P1)의 외부에 위치하게 될 것이다.

상기 정류부는 상기 연결바디(13)에 회전 가능하게 고정되어 상기 연결유로(131)의 중심을 향해 돌출된 정류 블레이드(16), 및 상기 정류 블레이드(16)의 각도를 조절하는 조절부(17)를 포함하도록 구비될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정류 블레이드(16)는 상기 연결유로(131)의 원주면을 따라 동일한 각도로 이격된 다수의 정류판(161, 162, 163, 164, 165), 상기 연결바디(13)를 관통하여 일단은 상기 각 정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디(13)의 외부에 노출된 정류판 회전축(1611, 1621, 1631, 1641, 1651)을 포함하도록 구비될 수 있다. 도 3은 상기 정류판이 제1정류판(161), 제2정류판(162), 제3정류판(163), 제4정류판(164), 및 제5정류판(165)으로 구비된 것을 일례로 도시한 것이다. 이 경우, 상기 정류판 회전축은 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제1정류판(161)에 연결되는 제1정류판 회전축(1611), 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제2정류판(162)에 연결되는 제2정류판 회전축(1621), 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제3정류판(163)에 연결되는 제3정류판 회전축(1631), 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제4정류판(164)에 연결되는 제4정류판 회전축(1641), 및 상기 연결바디(13)를 관통하여 상기 제5정류판(165)에 연결되는 제5정류판 회전축(1651)으로 구비될 수 있다.

상기 조절부(17)는 각 정류판(161, 162, 163, 164, 165)의 회전 각도를 조절하는 수단으로, 상기 연결바디(13)에 회전 가능하게 결합된 작동바디(17a), 상기 작동바디(17a)의 회전각도를 조절하는 작동바디 제어부(17b), 및 상기 작동바디(17a)와 각 정류판 회전축(1611, 1621, 1631, 1641, 1651)을 연결하도록 구비되어 상기 작동바디의 회전운동을 상기 정류판 회전축의 회전운동으로 변환하는 정류판 링크(171, 172, 173, 174, 175)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 작동바디(17a)는 상기 연결바디(13)의 원주면에 회전 가능하게 결합된 파이프 형태로 구비될 수 있으며, 상기 작동바디 제어부(17b)는 상기 연결바디(13)의 외부에 위치하는 실린더(176), 일단은 상기 실린더 내부를 왕복하도록 구비되고 타단은 상기 실린더의 외부에 위치하는 피스톤(177), 및 상기 피스톤(177)과 상기 작동바디(17a)를 연결하는 작동 바(178)를 포함하도록 구비될 수 있다. 도면에 도시된 바와 달리, 상기 피스톤(177)의 타단은 상기 작동바디(17a)에 직접 결합하도록 구비될 수도 있다.

상기 정류판 링크는 상기 작동바디(17a)의 원주면과 상기 제1정류판 회전축(1611)을 연결하는 제1정류판 링크(171), 상기 작동바디(17a)의 원주면과 상기 제2정류판 회전축(1621)을 연결하는 제2정류판 링크(172), 상기 작동바디(17a)의 원주면과 상기 제3정류판 회전축(1631)을 연결하는 제3정류판 링크(173), 상기 작동바디(17a)의 원주면과 상기 제4정류판 회전축(1641)을 연결하는 제4정류판 링크(174), 및 상기 작동바디(17a)의 원주면과 상기 제5정류판 회전축(1651)을 연결하는 제5정류판 링크(175)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상술한 구조를 가진 정류부(16, 17)는 상기 작동바디 제어부(17b)에 의해 상기 작동바디(17a)의 회전각도를 조절 가능하고, 상기 정류판 회전축(1611, 1621, 1631, 1641, 1651)은 상기 정류판 링크(171, 172, 173, 174, 175)를 통해 상기 작동바디(17a)에 연결되기 때문에, 상기 작동바디 제어부(17b)를 작동시킴으로써 각 정류판(161, 162, 163, 164, 165)의 회전 각도를 조절 가능하다.

상술한 구조를 가진 정류부(16, 17)는 각 정류판(161, 162, 163, 164, 165)이 연결유로(131)를 막는 방향으로 회전하면, 제1파이프(P1)를 통과하는 유체의 속도와 제2파이프(P2)로 진입하는 유체의 속도 차는 증가할 것이다. 이와 달리, 각 정류판(161, 162, 163, 164, 165)이 연결유로(131)를 개방하는 방향으로 회전하면, 제1파이프(P1)를 통과하는 유체의 속도와 제2파이프(P2)로 진입하는 유체의 속도는 감소하게 될 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러 유닛(100B)은 상기 베어링들(14, 15)을 통해 상기 하우징(1)에 회전 가능하게 고정된 입력축(2), 상기 입력축에 고정되어 상기 제2파이프(P2) 내부에 위치하는 발전 블레이드(3), 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도를 조절하는 액추에이터(4) 및 동력전달부(5)를 포함하도록 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입력축(2)은 상기 제1베어링(14)과 제2베어링(15)에 의해 지지되는 상기 샤프트(21), 상기 샤프트(21)의 일단에 고정되어 상기 제2하우징(12) 내부에 위치하는 허브(24), 상기 허브의 일면에 고정된 허브 캡(249)를 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 허브(24)는 내부에 허브 챔버(241)가 구비되고, 상기 허브 캡(249) 내부에는 캡 챔버(2491, 도 13 참고)가 구비된다.

상기 샤프트(21)에는 상기 샤프트를 관통하여 상기 허브 챔버(241)에 연결된 샤프트 관통홀(211)이 구비되고, 상기 허브(24)의 일면에는 상기 허브 챔버(241)와 캡 챔버(2491)를 연통시키는 캡 연통홀(243)이 구비된다. 따라서, 상기 입력축(2)에는 상기 샤프트 관통홀(211), 허브 챔버(241), 캡 연통홀(243), 및 캡 챔버(2491)에 의해 형성되는 축관통홀이 형성된다.

상기 허브 챔버(241)는 상기 허브(24)를 관통하도록 구비된 허브 관통홀들을 통해 상기 허브 챔버(241)의 외부와 연통하도록 구비될 수 있다. 상기 허브 관통홀은 상기 발전 블레이드(3)에 구비된 베인(vane)의 갯수와 동일한 갯수로 구비될 수 있다. 즉, 상기 발전 블레이드(3)에 두 개의 베인이 구비되면 상기 허브 관통홀은 제1관통홀과 제2관통홀로 구비되고, 상기 블레이드(3)에 세 개의 베인이 구비되면 상기 허브 관통홀은 제1관통홀, 제2관통홀, 및 제3관통홀로 구비될 수 있다. 어느 경우에나, 각 관통홀은 서로 동일한 각도로 이격된 위치에 구비되어야 한다.

도 4는 상기 허브 관통홀이 제1관통홀(244), 제2관통홀(245), 제3관통홀(246), 및 제4관통홀(247)이 구비된 경우를 일례로 도시한 것으로, 서로 이웃하는 관통홀들은 상기 허브(24)의 회전중심에 대해 서로 90도씩 이격된 위치에 구비된다.

상기 허브 챔버(241) 내부에는 상기 발전 블레이드(3)의 회전축(312, 322, 332, 342)이 회전 가능하게 고정되는 지지부(248)가 더 구비될 수 있다.

상기 지지부(248)는 상기 허브(24)에 고정되어 허브 챔버(241) 내부에 위치하는 지지바디(2481), 및 상기 지지바디 내부에 구비된 바디 챔버(2482)를 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 바디 챔버(2482)는 연통홀(2488)을 통해 상기 허브 챔버(241)에 연통하고, 상기 캡 연통홀(243)을 통해 상기 캡 챔버(2491)에 연통하도록 구비된다. 이 경우, 상기 입력축(2)에는 상기 샤프트 관통홀(211), 허브 챔버(241), 바디 챔버(2482), 및 캡 챔버(2491)에 의해 형성되는 축관통홀이 형성될 것이다.

나아가, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지지바디(2481)에는 상기 바디 챔버(2482)와 상기 허브 챔버(241)를 연통시키되 상기 제1관통홀(244)과 대응하는 위치에 구비된 제1홀(2483), 상기 제2관통홀(245)과 대응하는 위치에 구비된 제2홀(2484), 상기 제3관통홀(246)과 대응하는 위치에 구비된 제3홀(2485), 및 상기 제4관통홀(247)과 대응하는 위치에 구비된 제4홀(2486)이 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전 블레이드(3)는 상기 제1관통홀(244)에 회전 가능하게 고정된 제1블레이드(31), 상기 제2관통홀(245)에 회전 가능하게 고정된 제2블레이드(32), 상기 제3관통홀(246)에 회전 가능하게 고정된 제3블레이드(33), 및 상기 제4관통홀(247)에 회전 가능하게 고정된 제4블레이드(34)를 포함하도록 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1블레이드(31)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 회전 가능하게 구비된 제1장착부(313), 및 상기 제1장착부(313)에 고정되어 상기 허브(24)의 외부에 위치하는 제1베인(311), 상기 제1베인(311)의 회전중심을 형성하는 제1축(312)를 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 제1축(312)은 상기 제1베인(311)과 상기 제1장착부(313) 중 어느 하나에 구비될 수 있는데, 도 4는 상기 제1축(312)이 상기 제1베인(311)에 구비된 경우를 일례로 도시한 것이다. 이 경우, 상기 제1축(312)의 일단은 상기 제1베인(311)에 고정되고, 타단은 상기 제1장착부(313)를 관통하여 상기 지지부에 구비된 제1홀(2483)에 삽입되도록 구비될 수 있다.

상기 제1장착부(313)는 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전 가능한 형상으로 구비된 제1장착바디(314), 상기 제1장착바디(314)를 관통하도록 구비되어 상기 제1축(312)이 삽입되는 제1축 관통홀(315), 및 상기 제1장착바디에 구비되되 상기 제1축 관통홀(315)과 이격된 지점에 위치하는 제1체결홀(316)을 포함하도록 구비될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2블레이드(32)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 회전 가능하게 구비된 제2장착부(323), 및 상기 제2장착부(323)에 고정되어 상기 허브(24)의 외부에 위치하는 제2베인(321), 상기 제2베인(321)의 회전중심을 형성하는 제2축(322)을 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 제2축(322)의 일단은 상기 제2베인(321)에 고정되고, 타단은 상기 제2장착부(323)를 관통하여 상기 지지부에 구비된 제2홀(2484)에 삽입될 수 있다.

상기 제2장착부(323)는 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전 가능한 형상으로 구비된 제2장착바디(324), 상기 제2장착바디(324)를 관통하도록 구비되어 상기 제2축(322)이 삽입되는 제2축 관통홀(325), 및 상기 제2장착바디에 구비되되 상기 제2축 관통홀(325)과 이격된 지점에 위치하는 제2체결홀(326)을 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 제3블레이드(33)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 회전 가능하게 구비된 제3장착부(333), 및 상기 제3장착부(333)에 고정되어 상기 허브(24)의 외부에 위치하는 제3베인(331), 상기 제3베인(331)의 회전중심을 형성하는 제3축(332)을 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 제3축(332)의 일단은 상기 제3베인(331)에 고정되고, 타단은 상기 제3장착부(333)를 관통하여 상기 지지부에 구비된 제3홀(2485)에 삽입될 수 있다.

상기 제3장착부(333)는 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전 가능한 형상으로 구비된 제3장착바디(334), 상기 제3장착바디(334)를 관통하도록 구비되어 상기 제3축(332)이 삽입되는 제3축 관통홀(335), 및 상기 제3장착바디에 구비되되 상기 제3축 관통홀(335)과 이격된 지점에 위치하는 제3체결홀(336)을 포함하도록 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제4블레이드(34)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 회전 가능하게 구비된 제4장착부(343), 및 상기 제4장착부(343)에 고정되어 상기 허브(24)의 외부에 위치하는 제4베인(341), 상기 제4베인(341)의 회전중심을 형성하는 제4축(342)을 포함하도록 구비될 수 있다. 상기 제4축(342)의 일단은 상기 제4베인(341)에 고정되고, 타단은 상기 제4장착부(343)를 관통하여 상기 지지부에 구비된 제4홀(2486)에 삽입될 수 있다.

상기 제4장착부(343)는 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전 가능한 형상으로 구비된 제4장착바디(344), 상기 제4장착바디(344)를 관통하도록 구비되어 상기 제4축(342)이 삽입되는 제4축 관통홀(345), 및 상기 제4장착바디에 구비되되 상기 제4축 관통홀(345)과 이격된 지점에 위치하는 제4체결홀(346)을 포함하도록 구비될 수 있다.

상술한 구조의 발전 블레이드(3)는 상기 액추에이터(actuator) 및 동력전달부(5)를 통해 회전각도가 조절되도록 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터(4)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 위치하는 링크 허브(41), 상기 샤프트 관통홀(211)에 삽입되어 상기 링크 허브(41)가 상기 허브 챔버(241) 내부에서 직선왕복운동을 하게 하는 연결축(43), 상기 연결축을 작동시키는 구동부(45, 47)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 연결축(43) 중 상기 하우징(1)의 외부에 노출된 일단에는 상기 연결축을 회전 가능하게 지지하는 연결축 베어링(431)이 구비된다. 상기 구동부(45)는 상기 하우징(1)의 외부에 위치하는 구동부 실린더, 상기 구동부 실린더 내부를 따라 왕복 가능한 구동부 피스톤, 및 상기 구동부 피스톤의 일단에 구비되어 상기 연결축 베어링(431)에 고정된 베어링 체결부(451)를 포함하도록 구비될 수 있다. 따라서, 상기 구동부 실린더에 의해 상기 구동부 피스톤이 왕복운동을 하면, 상기 링크 허브(41)는 상기 연결축(43)에 의해 상기 허브 챔버(241) 내부에서 직선 왕복운동을 하게 될 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연결축(43)의 타단은 상기 링크 허브(41)를 관통하여 상기 캡 연통홀(243)에 삽입되도록 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 캡 연통홀(243)은 상기 연결축(43)의 이동경로를 제공하는 가이드의 역할을 하게 될 것이다.

상기 링크 허브(41)의 직선운동은 상기 허브 챔버(241) 내부에 위치된 동력전달부(5)를 통해 상기 장착부들(313, 323, 333, 343)의 회전운동으로 변환된다. 즉, 상기 동력전달부(5)는 상기 허브 챔버(241) 내부에 위치하여 상기 링크 허브(41)와 상기 제1장착부(313)를 연결하는 제1링크(51), 상기 링크 허브(41)와 상기 제2장착부(323)를 연결하는 제2링크(52), 상기 링크 허브(41)와 상기 제3장착부(333)를 연결하는 제3링크(53), 및 상기 링크 허브(41)와 상기 제4장착부(343)를 연결하는 제4링크(54)를 포함하도록 구비될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1링크(51)는 일단은 상기 링크 허브(41)에 구비된 제1링크 체결홀(411)에 회전 가능하게 고정되고, 타단은 상기 제1장착부(313)의 제1체결홀(316)에 회전 가능하게 고정된다. 마찬가지로, 상기 제4링크(54)는 상기 링크 허브(41)에 구비된 제4링크 체결홀(414)과 상기 제4장착부(343)의 제4체결홀(346)을 연결하도록 구비된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2링크(52)는 상기 링크 허브(41)에 구비된 제2링크 체결홀(412)과 상기 제2장착부(323)의 제2체결홀(326)을 연결하도록 구비되고, 상기 제3링크(53)는 상기 링크 허브(41)에 구비된 제3링크 체결홀(413)과 상기 제3장착부(333)의 제3체결홀(336)을 연결하도록 구비된다.

상술한 구조를 가진 임펠러 유닛(100B)의 작동과정은 다음과 같다. 상기 동력전달부(5)에 구비된 구동부 피스톤이 상기 구동부 실린더 내부에서 왕복하면, 상기 링크 허브(41)는 상기 연결축(43)에 의해 상기 허브 챔버(241) 내부에서 직선 왕복운동을 하게 될 것이다.

상기 허브 챔버(241) 내부를 상기 링크 허브(41)가 왕복하면, 상기 링크들(51, 52, 53, 54)을 통해 상기 링크 허브(41)에 연결된 장착바디들(314, 324, 334, 344)은 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전하게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 장착바디들(314, 324, 334, 344)이 상기 허브 챔버(241) 내부에서 회전하면, 상기 각 장착바디에 고정된 베인들(311, 321, 331, 341)도 회전하게 될 것이다.

상기 링크 허브(41)가 상기 허브 캡(249)을 향해 이동하면 유체가 각 베인(311, 321, 331, 341)의 표면에 대해 형성하는 입사각(K)은 90도에 가까워지고, 상기 링크 허브(41)가 상기 허브 캡(249)에서 멀어지는 방향을 향해 이동하면 상기 입사각(K)은 0도에 가까워질 것이다.

상기 제1하우징(11)을 따라 이동하는 유체의 속도에 근거하여 상기 입사각(K)의 조절을 위해, 상기 제1하우징(11)에는 유체의 이동속도를 감지하는 유속감지부(P3, 도 13 참고), 및 상기 유속감지부가 측정한 값에 따라 상기 베인(311, 321, 331, 341)의 회전각도를 설정하거나 조절하는 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 허브 챔버(241)의 길이(링크 허브가 이동 가능한 길이)가 동일하다고 가정할 때, 상기 베인들(311, 321, 331, 341)의 회전범위는 상기 동력전달부(5)에 구비된 링크들(51, 52, 53, 54)의 길이에 의해 결정된다.

즉, 상기 링크들(51, 52, 53, 54)의 길이가 짧으면 상기 베인들(311, 321, 331, 341)의 회전범위는 넓어지고, 상기 링크들(51, 52, 53, 54)의 길이가 길어지면 상기 베인들(311, 321, 331, 341)의 회전범위는 좁아진다. 따라서, 상기 링크(51, 52, 53, 54)가 사용자의 선택에 따라 길이가 가변되는 구조로 구비된다면, 사용자가 상기 베인들의 회전범위를 임의로 설정 가능하다.

도 7은 길이의 변경이 가능한 링크(51, 52, 53, 54)의 일례를 도시한 것이다. 상기 제1링크(51)는 상기 링크 허브(41)와 상기 제1체결홀(316) 사이의 거리를 조절 가능한 구조로 구비되고, 상기 제2링크(52)는 상기 링크 허브(41)와 상기 제2체결홀(326) 사이의 거리를 조절 가능한 구조로 구비되며, 상기 제3링크(53)는 상기 링크 허브(41)와 상기 제3체결홀(336) 사이의 거리를 조절 가능한 구조로 구비되며, 상기 제4링크(54)는 상기 링크 허브(41)와 상기 제4체결홀(346) 사이의 거리를 조절 가능한 구조로 구비될 수 있다.

상기 제1링크(51)는 상기 제1체결홀(316)에 회전 가능하게 고정된 제1헤드(513, 제1링크 제1헤드)가 구비된 링크 제1바디(511, 제1링크 제1바디), 상기 링크 허브(41)의 제1링크 체결홀(411)에 회전 가능하게 고정된 제2헤드(514, 제1링크 제2헤드)가 구비된 링크 제2바디(512, 제1링크 제2바디), 상기 제1헤드(513)와 상기 제2헤드(514) 사이의 거리를 조절 가능한 거리조절부(517, 518, 제1거리조절부), 및 상기 링크 제1바디(511)와 상기 링크 제2바디(512)를 고정하는 고정부(519, 제1고정부)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 링크 제1바디(511)는 제1헤드(513)를 관통하도록 구비된 홀(515, 제1헤드 관통홀), 및 상기 홀(515)에 삽입되어 상기 제1체결홀(316)에 고정되는 제1핀을 통해 상기 제1장착바디(314)에 연결되고, 상기 링크 제2바디(512)는 상기 제2헤드(514)를 관통하도록 구비된 홀(516, 제2헤드 관통홀), 및 상기 홀(516)에 삽입되어 상기 제1링크 체결홀(411)에 고정되는 제2핀을 통해 상기 링크 허브(41)에 연결될 수 있다.

상기 거리조절부는 상기 링크 제1바디(511)가 제공하는 공간 중 상기 링크 제2바디(512)가 접촉하는 면에 구비되는 제1스레드(first thread, 517), 및 상기 링크 제2바디(512)가 제공하는 공간 중 상기 링크 제1바디(511)가 접촉하는 면에 구비되어 상기 제1스레드(517)에 체결되는 제2스레드(second thread, 518)를 포함하도로 구비될 수 있다.

상기 고정부(519)는 상기 링크 제1바디(511)와 상기 링크 제2바디(512)를 고정 가능한 한 어떠한 형태로도 구비될 수 있다. 도 7은 상기 고정부(519)가 상기 링크 제1바디(511)를 관통하도록 구비된 다수의 링크 제1관통홀(519a), 상기 제2링크 바디(512)를 관통하도록 구비된 다수의 링크 제2관통홀(519b), 상기 링크 제1관통홀과 링크 제2관통홀에 삽입되어 두 링크 바디(511, 512)를 고정하는 볼트(519c)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 링크 제1관통홀(519a)은 상기 링크 제1바디(511)의 길이방향을 따라 다수 개로 구비되고, 상기 링크 제2관통홀(519b)은 상기 링크 제2바디(512)의 길이방향을 따라 다수 개로 구비되며, 상기 볼트(519c)는 다수의 링크 제1관통홀들(519a) 중 어느 하나와 다수의 링크 제2관통홀들 중 어느 하나에 삽입되어 상기 링크 제1바디와 상기 링크 제2바디를 연결하도록 구비될 수 있다.

상기 제2링크, 제3링크, 및 제4링크의 구조는 상술한 제1링크의 구조와 동일하고, 각 링크에 구비된 제2거리조절부, 제3거리조절부, 및 제4거리조절부의 구조는 상기 제1거리조절부(517, 518)의 구조와 동일하게 구비되며, 각 링크에 구비된 제2고정부, 제3고정부, 및 제4고정부의 구조는 상기 제1고정부(519)의 구조와 동일하게 구비될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 발전유닛(100C)은 상기 하우징(1)의 외부에 고정된 케이스(6), 상기 케이스(6)에 회전 가능하게 고정되어 상기 샤프트(21)에 에 연결된 발전축(7), 및 상기 케이스 내부에 구비되어 상기 발전축(7)의 회전 시 전기에너지를 발생하는 제1발전모듈(8) 및 제2발전모듈(9)을 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 케이스(6)는 상기 제1발전유닛(8)이 고정된 제1케이스(61), 제2발전유닛(9)이 고정된 제2케이스(63), 상기 제1케이스와 제2케이스를 연결하는 제3케이스(65), 상기 케이스(6)의 전방면을 형성하는 전방커버(62), 상기 케이스의 후방면을 형성하는 후방커버(64)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 발전축(7)은 커플러(73)를 통해 상기 제1발전모듈(8)에 구비된 제1변환부 축(861)에 연결되고, 연결부(71)를 통해 상기 샤프트(21)에 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연결부(71)는 상기 샤프트(21)에 구비된 주동풀리(71a), 상기 발전축(7)에 구비된 종동풀리(71b), 상기 주동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트(71c)로 구비될 수 있다.

상기 발전유닛(100C)에는 상기 발전축(7)의 회전수를 측정하는 회전수 감지부(72, 도 1 참고)가 구비될 수 있다. 상기 회전수 감지부(72)는 상기 샤프트(21)의 회전수를 감지하도록 구비되어도 무방하다.

상기 제1발전모듈(8)은 상기 발전축(7)의 운동에너지(회전운동 에너지)를 전기에너지로 변환하는 수단이고, 상기 제2발전모듈(9)은 상기 제1발전모듈(8)에 구비된 제1케이지 회전축(869)의 운동에너지(회전운동 에너지)를 전기적 에너지로 변환하는 수단이다.

상기 제1발전모듈(8)은 상기 제1케이스(61) 내부에 고정된 제1스테이터(81), 상기 제1케이스 내부에 구비되어 회전 시 상기 제1스테이터(81)에 유도 기전력을 발생시키는 제1로터(84), 상기 발전축(7)에 연결되어 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터(84)의 회전운동으로 변환하는 제1변환부(86)를 포함한다.

상기 제1케이스(61)는 전방면과 후방면이 개방된 실린더 형상으로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1스테이터(81)는 상기 제1케이스(61)의 원주면에 고정되어 상기 제1케이스 내부에 위치한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1스테이터(81)는 링 형상으로 구비되어 상기 제1케이스(61)에 고정되는 제1스테이터 바디(811), 상기 제1스테이터 바디(811)에서 상기 제1스테이터 바디의 중심을 향해 돌출된 제1보빈(813), 상기 제1보빈(813)에 고정된 제1코일(815)을 포함한다.

상기 제1스테이터 바디(811) 및 상기 제1보빈(813)은 금속과 같은 전도체로 구비될 수 있다. 상기 제1보빈(813)은 상기 제1스테이터 바디(811)를 관통하는 홀의 원주면에서 상기 홀의 중심을 향해 돌출된 다수의 돌기로 구비될 수 있다. 상기 제1보빈(813)의 길이는 상기 홀의 반지름보다 짧게 설정되므로, 상기 제1스테이터 바디의 중심에는 다수의 제1보빈(813)에 의해 형성되는 제1스테이터 관통홀(812)이 형성된다.

상기 제1코일(815)은 상기 제1보빈(813)에 감김으로써 상기 제1스테이터 바디(811)에 고정될 수 있다. 상기 제1로터(84)의 회전 시 유도 전류가 발생할 수 있는 한 상기 제1코일(815)은 어떠한 재질로도 구비될 수 있는데, 구리와 같이 전도율 뛰어난 재질의 전도체로 구비됨이 바람직하다.

상기 제1로터(84)는 상기 제1스테이터 관통홀(812) 내부에서 회전 가능하게 구비되어야 한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1로터(84)는 전방면과 후방면이 개방된 실린더 형상의 제1로터 바디(841) 및 상기 제1로터 바디(841)의 원주면에 고정된 다수의 제1자력형성부(847)로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1로터 바디(841)의 중심에서 상기 제1자력형성부(847)의 자유단까지의 거리는 상기 제1스테이터 관통홀(812)의 반지름보다 작게 설정되어야 한다.

상기 제1로터 바디(841)의 중심에는 제1로터 관통홀(842)이 구비되는데, 상기 제1로터 관통홀(842)이 형성하는 제1로터 바디(841)의 내측 원주면에는 제1링 기어(845)가 구비된다. 상기 제1링 기어(845)는 상기 제1발전모듈(8)의 길이방향(X축 방향)에 평행한 다수의 기어 이(gear tooth)로 구비된다.

상기 제1자력형성부(847)는 상기 제1로터 바디(841)의 외측 원주면(제1스테이터 관통홀을 향하는 제1로터 바디의 일면)에 고정되어 자력을 형성하는 수단으로, 상기 제1자력형성부(847)는 상기 제1로터 바디(841)의 외측 원주면을 따라 배치된 다수 개의 영구자석으로 구비될 수 있다.

상기 제1자력형성부(847)가 영구자석으로 구비될 경우, 각 영구자석은 서로 다른 자기극(magnetic pole)이 교번적(alternately)으로 노출되도록 상기 제1로터 바디(841)에 고정되어야 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1변환부(86)는 상기 커플러(73)를 통해 상기 발전축(7)에 연결되는 제1변환부 축(861), 상기 제1변환부 축에 의해 회전하는 제1태양기어(862), 상기 제1태양기어의 회전력을 상기 제1링 기어(845)에 전달하는 제1유성기어(863), 상기 제1유성기어(863)가 회전 가능하게 고정되며, 상기 제1변환부 축(861)과 동심축이 구비된 제1케이지(C1)를 포함한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1변환부 축(861)은 일단은 상기 전방커버(62)를 관통하여 상기 발전축(71)에 연결되고, 타단은 상기 제1로터 관통홀(842) 내부에 위치한다. 상기 제1변환부 축(861)은 상기 발전축(7)과 동심을 형성하도록 구비된다.

상기 제1케이지(C1)는 상기 제1로터 관통홀(842) 내부에서 회전 가능하게 구비되며, 상기 제1유성기어(863)는 상기 제1케이지(C1)에 회전 가능하게 고정된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1케이지(C1)는 상기 제1태양기어(862)의 마주보는 양단에 각각 구비되는 제1케이지 제1바디(864) 및 제1케이지 제2바디(865), 상기 제1케이지 제1바디(864)와 제1케이지 제2바디(865)를 연결하며, 상기 제1유성기어(863)의 회전축을 형성하는 제1유성기어 회전축(866, 867, 868)을 포함한다.

상기 제1케이지 제1바디(864)에는 상기 제1변환부 축(861)이 삽입되는 제1케이지 관통홀(864a)이 구비되고, 상기 제1케이지 제2바디(865)에는 상기 제1변환부 축(861)과 동심축을 형성하도록 구비되어 상기 제1케이지(C1)의 회전중심을 형성하는 제1케이지 회전축(869)이 구비된다.

상기 제1케이지 회전축(869)의 일단은 상기 제1케이지 제2바디(865)에 고정되고, 상기 제1케이지 회전축(869)의 타단(자유단)은 제2발전모듈에 구비된 제2변환부 축(961)에 연결된다.

상기 제1유성기어(863)는 두 개 이상의 기어로 구비됨이 바람직한데, 도 11은 상기 제1유성기어(863)가 3개의 기어로 구비된 경우를 일례로 도시한 것이다. 즉, 본 발명에 구비된 제1유성기어(863)는 제1기어(863a, 제1변환부 제1기어), 제2기어(863b, 제1변환부 제2기어) 및 제3기어(863c, 제1변환부 제3기어)로 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 제1케이지 제1바디(864)와 제2바디(865)를 연결하는 제1유성기어 회전축은 상기 제1기어(863a)의 회전축을 형성하는 제1기어 회전축(866), 상기 제2기어(863b)의 회전축을 형성하는 제2기어 회전축(867), 상기 제3기어(863c)의 회전축을 형성하는 제3기어 회전축(868)으로 구비될 수 있다.

상술한 제1발전모듈(8)에는 상기 제1로터(84)가 회전하는 것을 막는 제1제동부(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제1제동부는 상기 제1코일(815)에 전류를 공급함으로써 상기 제1로터(84)의 회전을 방지하도록 구비될 수 있다. 상기 발전장치의 제어부(미도시)가 상기 제1제동부를 제어하여 상기 제1코일(815)에 전류를 공급하면, 상기 제1스테이터 관통홀(812) 내부에는 상기 각 제1보빈(813)들에 의해 자기장이 형성된다. 상기 제1로터(84)에는 제1자력형성부(847)가 구비돼 있으므로, 상기 제1스테이터 관통홀(812) 내부에 자기장이 형성되면, 상기 제1로터(84)는 회전하지 못하고 정지된 상태를 유지하게 될 것이다.

상기 발전유닛(100C)에는 제1축전부(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제1축전부는 상기 제1로터(84)의 회전 시 상기 제1코일(815)을 따라 흐르는 전기에너지를 저장하도록 구비될 수 있다.

상기 제2발전모듈(9)은 상술한 제1발전모듈(8)과 동일한 구조로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2발전모듈(8)은 상기 제1케이지 회전축(869)을 통해 상기 발전축(71)의 회전력을 전달 받을 수 있다. 동일한 구조의 발전모듈들이 서로 연결되도록 구비되면, 사용자는 발전기가 설치되는 지역의 조건에 따라 발전용량을 스스로 결정할 수 있고, 이를 통해 효율이 높은 발전기를 운용할 수 있을 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제2발전모듈(9)은 상기 제2케이스(63) 내부에 고정된 제2스테이터(91), 상기 제2케이스 내부에 구비되어 회전 시 상기 제2스테이터(91)에 유도 기전력을 발생시키는 제2로터(94), 커플러(961a)를 통해 상기 제1케이지 회전축(869)에 연결되어 상기 제1케이지 회전축(869)의 회전운동을 상기 제2로터(94)의 회전운동으로 변환하는 제2변환부(96)를 포함한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제2스테이터(91)는 제2케이스(63)에 고정된 링 형상의 제2스테이터 바디(911), 상기 제2스테이터 바디(911)의 내측 원주면에서 제2스테이터 바디의 중심을 향해 돌출되어 제2스테이터 관통홀(912)을 형성하는 다수의 제2보빈(913), 각 제2보빈(913)에 감긴 제2코일(915)을 포함한다. 상기 제2스테이터 바디(911), 제2보빈(913) 및 제2코일(915)의 기능 및 구조는 앞서 설명한 상기 제1스테이터 바디(811), 제1보빈(813) 및 제1코일(815)의 기능 및 구조와 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제2로터(94) 상기 제2스테이터 관통홀(912) 내부에서 회전 가능하게 구비된 실린더 형상의 제2로터 바디(941), 상기 제2로터 바디를 관통하도록 구비된 제2로터 관통홀(942), 상기 제2로터 관통홀(942)이 형성하는 상기 제2로터 바디의 내측 원주면에 구비되는 제2링 기어(945), 상기 제2로터 바디(941)의 외측 원주면을 따라 구비된 다수의 제2자력형성부(947)를 포함한다.

상기 제2로터 바디(941), 제2로터 관통홀(942), 제2링 기어(945), 제2자력형성부(947)의 구조 및 기능은 앞서 설명한 제1로터 바디(841), 제1로터 관통홀(842), 제1링 기어(845), 제1자력형성부(847)의 구조 및 기능과 동일한 바 자세한 설명은 생략한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2변환부(96)는 제2변환부 축(961), 상기 제2변환부 축에 의해 회전하는 제2태양기어(962), 상기 제2태양기어의 회전력을 상기 제2링 기어(945)에 전달하는 제2유성기어(963), 상기 제2유성기어(963)가 회전 가능하게 고정되며 상기 제2변환부 축(961)과 동심축을 형성하는 제2케이지(C2)를 포함한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제2변환부 축(961)의 일단은 커플러(961a)를 통해 상기 제1케이지 회전축(869)에 연결되고, 타단은 상기 제2로터 관통홀(942) 내부에 위치한다.

상기 제2케이지(C2)는 상기 제2로터 관통홀(942) 내부에서 회전 가능하게 구비되며, 상기 제2유성기어(963)는 상기 제2케이지(C2)에 회전 가능하게 고정된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2케이지(C2)는 상기 제2태양기어(962)의 마주보는 양단에 각각 구비되는 제2케이지 제1바디(964) 및 제2케이지 제2바디(965), 상기 제2케이지 제1바디(964)와 제2케이지 제2바디(965)를 연결하며, 상기 제2유성기어(963)의 회전축을 형성하는 제2유성기어 회전축(966, 967, 968)을 포함한다.

상기 제2케이지 제1바디(964)에는 상기 제2변환부 축(961)이 삽입되는 제2케이지 관통홀(964a)이 구비되고, 상기 제2케이지 제2바디(965)에는 상기 제2변환부 축(961)과 동심축을 형성하는 제2케이지 회전축(969)이 구비된다.

상기 제2케이지 회전축(969)의 일단은 상기 제2케이지 제2바디(965)에 고정되고, 상기 제2케이지 회전축(969)의 타단(자유단)은 상기 후방커버(64)에 구비된 후방커버 관통홀(미도시)을 통해 상기 케이지(6)의 외부에 노출될 수 있다. 이 경우, 상기 후방커버 관통홀에는 상기 제2케이지 회전축(969)을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.

상기 제2유성기어(963)는 제1기어(963a, 제2변환부 제1기어), 제2기어(963b, 제2변환부 제2기어) 및 제3기어(963c, 제2변환부 제3기어)로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2유성기어 회전축은 상기 제1기어(963a)의 회전축을 형성하는 제1기어 회전축(966, 제2변환부 제1기어 회전축), 상기 제2기어(963b)의 회전축을 형성하는 제2기어 회전축(967, 제2변환부 제2기어 회전축), 상기 제3기어(963c)의 회전축을 형성하는 제3기어 회전축(968, 제2변환부 제3기어 회전축)으로 구비될 수 있다.

상술한 제2발전모듈(9)에는 상기 제2로터(94)가 회전하는 것을 막는 제2제동부(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제2제동부는 상기 제2코일(915)에 전류를 공급함으로써 상기 제2로터(94)의 회전을 방지하도록 구비될 수 있다.

상기 발전유닛(100C)에는 제2축전부(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 상기 제2축전부는 상기 제2로터(94)의 회전 시 상기 제2코일(915)을 따라 흐르는 전기에너지를 저장하도록 구비될 수 있다.

상술한 구조를 가진 발전유닛(100C)은 다음과 같은 과정을 통해 발전한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 입력축의 샤프트(21)가 유체에 의해 회전하면, 상기 발전축(7)은 상기 연결부(71)에 의해 회전한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 발전축(7)이 회전하면 상기 제1발전모듈의 제1변환부 축(861)은 상기 발전축(7)과 함께 회전한다. 상기 제1변환부 축(861)이 시계방향으로 회전하면, 제1태양기어(862)는 시계방향으로 회전하고, 제1유성기어(863)를 구성하는 각 기어들(863a, 863b, 863c)은 반시계방향으로 회전한다. 상기 제1유성기어를 구성하는 각 기어들(863a, 863b, 863c)이 반시계방향으로 회전하면, 상기 제1케이지(C1)는 시계방향으로 회전하고, 제1로터(84)는 반시계방향으로 회전한다. 상기 제1로터(84)가 반시계방향으로 회전하면, 상기 제1스테이터의 제1코일(815)에는 유도 전류가 발생하며, 제1축전부는 이를 저장할 수 있다.

한편, 상기 제2발전모듈(9)에 구비된 제2변환부 축(961)은 커플러(961a)를 통해 상기 제1케이지의 회전축(869)에 연결되어 있으므로, 상기 제1케이지(C1)와 동일한 시계방향으로 회전할 것이다. 상기 제2변환부 축(961)이 시계방향으로 회전하면, 제2태양기어(962)는 시계방향으로 회전하고, 제2유성기어를 구성하는 각 기어들(963a, 963b, 963c)은 반시계방향으로 회전하며, 상기 제2케이지(C2)는 시계방향으로 회전하므로, 상기 제2로터(94)는 반시계방향으로 회전할 것이다. 상기 제2로터(94)가 반시계방향으로 회전하면, 상기 제2스테이터의 제2코일(925)에는 유도 전류가 발생하며, 제2축전부는 이를 저장할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발전장치(100)에는 상기 제1하우징(P1) 내부의 유체 또는 상기 제2하우징(P1) 내부의 유체를 상기 발전유닛으로 공급하여, 상기 발전유닛을 냉각시키는 냉각부(19)를 더 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 냉각부(19)는 유체가 저장되는 공간을 제공하는 챔버(199), 상기 제1하우징(P1) 내부의 유체를 상기 챔버(199)로 공급하는 공급유로(191), 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1하우징(P1)으로 배출하는 회수유로(192), 상기 제1발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제1냉각유로(193), 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1냉각유로로 안내하는 제1냉각유로 공급관(195), 상기 제1냉각유로(193)에서 배출되는 유체를 상기 챔버(199)로 안내하는 제1냉각유로 회수관(197), 상기 제2발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제2냉각유로(194), 상기 챔버(199) 내부의 유체를 상기 제2냉각유로(194)로 안내하는 제2냉각유로 공급관(196), 및 상기 제2냉각유로(194)에서 배출되는 유체를 상기 챔버(199)로 안내하는 제2냉각유로 회수관(198)을 포함하도록 구비될 수 있다.

유체는 제1펌프(미도시), 상기 공급유로(191), 및 상기 회수유로(192)를 통해 상기 챔버(199)와 상기 하우징(1) 사이를 순환하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 챔버 내부의 유체는 제2펌프(미도시), 상기 제1냉각유로 공급관(195), 및 상기 제1냉각유로 회수관(197)을 통해 상기 챔버와 제1발전모듈(8) 사이를 순환하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 챔버 내부의 유체는 제3펌프(미도시), 상기 제2냉각유로 공급관(196), 및 상기 제2냉각유로 회수관(198)을 통해 상기 챔버와 제1발전모듈(8) 사이를 순환하도록 구비될 수 있다.

도 14는 상술한 구조를 가진 발전장치(100)의 제어방법의 일례를 도시한 것이다.

발전장치의 제어방법은 상기 유속감지부(P3)가 상기 제1하우징(11)으로 유입되는 유체의 속력을 측정하는 유속감지단계(S10), 및 상기 유속감지단계(S10)에서 감지된 유속에 따라 기 설정된 각도로 상기 정류 블레이드(16)의 회전각도와 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도 중 적어도 어느 하나를 설정하는 각도설정단계(S20)를 포함하도록 구비될 수 있다.

상기 각도설정단계(S20)에서 설정되는 정류 블레이드(16)의 각도와 발전 블레이드(3)의 각도는 실험을 통해 데이터 베이스화 된 유속에 따라 각 블레이드(16, 3)의 각도를 조절하는 단계로 구비될 수 있다.

상기 정류 블레이드(16)의 각도 조절은 제어부(미도시)가 상기 조절부(17)를 제어함으로써 진행되고, 상기 발전 블레이드(3)의 각도 조절은 제어부가 상기 액추에이터(4)를 제어함으로써 진행될 수 있다.

상기 각도설정단계(S20)가 완료되면, 상기 제어방법은 상기 회전수 감지부(72)가 상기 발전축(7)의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계(S30)를 진행한다. 상기 회전수 측정단계에서 측정된 발전축의 회전수가 기 설정된 기준회전수 이상이면(S35), 상기 제어방법은 상기 제1발전모듈(8) 및 상기 제2발전모듈(9)을 모두 작동시키는 동시발전모드(S60)를 실행한다.

그러나, 상기 회전수 측정단계(S30)에서 측정된 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만인 것으로 판단(S35)되면, 상기 제어방법은 상기 제1발전모듈(8)과 상기 제2발전모듈(9) 중 어느 하나만을 작동시키는 일부발전모드(S70)를 실행할 수 있다.

다만, 상술한 바와 달리, 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만인 것으로 판단(S35)되면, 상기 제어방법은 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도와 상기 정류 블레이드(16)의 회전각도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 조절단계(S40)를 실행할 수 있다.

즉, 상기 조절단계(S40)는 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도를 조절하는 제1조절단계만으로 구비될 수도 있고, 상기 정류 블레이드(16)의 회전각도를 조절하는 제2조절단계만으로 구비될 수도 있으며, 상기 제1조절단계 및 제2조절단계를 모두 포함하도록 구비될 수도 있다.

상기 제1조절단계만 구비된 경우, 상기 제어방법은 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 동시발전모드(S60)를 진행하고, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 일부발전모드(S70)를 실행하도록 구비될 수 있다.

상기 조절단계(S40)가 상기 제2조절단계만으로 구비된 경우라면, 상기 제어방법은 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 동시발전모드(S60)를 진행하고, 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 일부발전모드(S70)를 실행하도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 조절단계(S40)가 제1조절단계 및 제2조절단계를 모두 포함하도록 구비된 경우라면, 상기 제어방법은 상기 회전수 측정단계(S30)에서 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도를 조절하는 제1조절단계를 진행하고, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 정류 블레이드(16)의 회전각도를 조절하는 제2조절단계를 실행하도록 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 동시발전모드(S60)는 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수 또는 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 이상인 때 실행되고, 상기 일부발전모드(S70)는 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만인 때 실행되도록 구비될 수 있다.

상기 동시발전모드(S60) 및 상기 일부발전모드(S70)의 실행 중, 상기 제어방법은 충전단계(S80)를 실행한다. 동시발전모드(S60)가 진행될 경우 상기 충전단계(S80)는 제1축전부 및 제2축전부 각각에 전기에너지를 축전하는 단계가 될 것이고, 일부발전모드(S70)가 진행될 경우 상기 충전단계(S80)는 제1축전부와 제2축전부 중 작동 중인 발전모듈에 연결된 축전부에 전기에너지를 축전하는 단계가 될 것이다. 상기 충전단계(S80)는 발전소 등으로 전기에너지를 보내는 송전단계로 대체될 수도 있다.

도 15는 발전장치의 제어방법의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 15의 제어방법은 상기 유속감지부(P3)가 상기 제1하우징(11)으로 유입되는 유체의 속력을 측정하는 유속감지단계(S10), 측정된 유속의 변동값이 기 설정된 기준값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S11)를 포함할 수 있다.

측정된 유속이 상기 기준값보다 큰 것으로 판단되면(S11), 본 제어방법은 상기 정류 블레이드(16)의 회전각도를 변경(S13, 정류 블레이드 조절단계)하여 유속의 변화가 기준값 이하가 되도록 제어한다. 유속의 변화가 크면 안정적인 발전이 어려운데, 본 제어방법은 상술한 과정(S11, S13)을 통해 안정적인 발전을 유도할 수 있는 효과가 있다.

상술한 과정을 통해 유속의 변화량이 기준값 이하가 되면(S11), 본 제어방법은 상기 회전수 감지부(72)가 상기 발전축(7)의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계(S30)를 진행한다.

상기 회전수 측정단계에서 측정된 발전축의 회전수가 기 설정된 기준회전수 이상이면(S35), 상기 제어방법은 동시발전모드(S60)를 실행한다. 그러나, 상기 회전수 측정단계(S30)에서 측정된 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 미만인 것으로 판단(S35)되면, 상기 제어방법은 상기 발전 블레이드(3)의 회전각도를 조절하는 발전 블레이드 조절단계(S31)를 진행한다.

상기 발전 블레이드 조절단계(S31) 후 측정된 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수보다 크면, 본 제어방법은 동시발전모드(S60)를 실행한다. 그러나, 상기 발전 블레이드 조절단계(S31) 후 측정된 발전축(7)의 회전수가 상기 기준회전수 이하라면, 본 제어방법은 일부발전모드(S70)를 실행한다.

상기 동시발전모드(S60) 및 상기 일부발전모드(S70)의 실행 중, 본 실시예에 따른 제어방법은 충전단계(S80)를 실행한다. 동시발전모드(S60)가 진행될 경우 상기 충전단계(S80)는 제1축전부 및 제2축전부 각각에 전기에너지를 축전하는 단계가 될 것이고, 일부발전모드(S70)가 진행될 경우 상기 충전단계(S80)는 제1축전부와 제2축전부 중 작동 중인 발전모듈에 연결된 축전부에 전기에너지를 축전하는 단계가 될 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 발전장치(100) 및 그 제어방법은 입력 에너지의 크기에 비례하여 발전모듈의 작동 갯 수를 조절할 수 있으므로, 입력 에너지의 크기가 변화하는 조건 하에서도 안정적으로 발전 가능할 뿐 아니라 높은 효율로 발전 가능하다.

상술한 발전장치 및 발전장치의 제어방법은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다.

100: 발전장치 100A: 정류유닛 100B: 임펠러 유닛
100C: 발전유닛 1: 하우징 11: 제1하우징
12: 제2하우징 13: 연결바디 131: 연결유로
132: 지지바 133: 축 지지부 134: 축 지지부 관통홀
14: 제1베어링 15: 제2베어링 16: 정류 블레이드
161: 제1정류판 1611: 제1정류판 회전축
162: 제2정류판 1621: 제2정류판 회전축
163: 제3정류판 1631: 제3정류판 회전축
164: 제4정류판 1641: 제4정류판 회전축
165: 제5정류판 1651: 제5정류판 회전축
17: 조절부 17a: 작동바디 171: 제1정류판 링크
172: 제2정류판 링크 173: 제3정류판 링크 174: 제4정류판 링크
175: 제5정류판 링크 17b: 작동바디 제어부
19: 냉각부 191: 공급유로 192: 회수유로
193: 제1냉각유로 194: 제2냉각유로 195: 제1냉각유로 공급관
196: 제2냉각유로 공급관 197: 제1냉각유로 회수관 198: 제2냉각유로 회수관
199: 챔버 2: 입력축 21: 샤프트
211: 샤프트 관통홀 24: 허브 241: 허브 챔버
243: 캡 연통홀 244: 제1관통홀 245: 제2관통홀
246: 제3관통홀 247: 제4관통홀 248: 지지부
2481: 지지바디 2488: 연통홀 2482: 바디 챔버
2483: 제1홀 2484: 제2홀 2485: 제3홀
2486: 제4홀 249: 허브 캡 2491: 캡 챔버
3: 블레이드 31: 제1블레이드 311: 제1베인
312: 제1축 313: 제1장착부 314: 제1장착바디
315: 제1축 관통홀 316: 제1체결홀 32: 제2블레이드
321: 제2베인 322: 제2축 323: 제2장착부
324: 제2장착바디 325: 제2축 관통홀 326: 제2체결홀
33: 제3블레이드 331: 제3베인 332: 제3축
333: 제3장착부 334: 제3장착바디 335: 제3축 관통홀
336: 제3체결홀 34: 제4블레이드 341: 제4베인
342: 제4축 343: 제4장착부 344: 제4장착바디
345: 제4축 관통홀 346: 제4체결홀 4: 액추에이터
41: 링크 허브 411: 제1링크 체결홀 412: 제2링크 체결홀
413: 제3링크 체결홀 414: 제4링크 체결홀 43: 연결축
431: 연결축 베어링 45: 구동부 451: 베어링 체결부
5: 동력전달부 51: 제1링크 511: 링크 제1바디
513: 제1헤드 512: 링크 제2바디 514: 제2 헤드
517: 제1스레드 518: 제2스레드 519: 고정부
52: 제2링크 53: 제3링크 54: 제4링크
6: 케이스 7: 발전축 8: 제1발전모듈
9: 제2발전모듈

Claims

유체가 이동하는 통로를 형성하는 제1파이프; 유체가 이동하는 통로를 형성하는 제2파이프; 상기 제1파이프에 연결되는 제1하우징; 상기 제2파이프에 연결되는 제2하우징; 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디; 상기 연결바디에 회전 가능하게 구비되어 유속을 조절하는 정류 블레이드; 상기 정류 블레이드의 회전 각도를 조절하는 조절부; 상기 하우징을 관통하도록 구비되어 일단은 상기 하우징 외부에 위치하고 타단은 상기 제2하우징 내부에 위치하는 샤프트; 상기 샤프트에 고정되어 상기 제2하우징 내부에 위치하는 허브; 상기 허브에 회전 가능하게 고정된 발전 블레이드; 상기 발전 블레이드의 회전 각도를 조절하는 액추에이터; 상기 샤프트에 연결된 발전축; 원주면에 영구자석이 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 및 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부가 구비된 제1발전모듈; 및 원주면에 영구자석이 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 및 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부가 구비된 제2발전모듈;이 구비된 발전장치의 제어방법에 있어서,
유속감지부가 상기 제1하우징으로 유입되는 유체의 속력을 측정하는 유속감지단계; 및
상기 유속감지단계에서 측정된 유속에 따라 기 설정된 각도로 상기 정류 블레이드의 회전각도와 상기 발전 블레이드의 회전각도 중 적어도 어느 하나를 설정하는 각도설정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 각도설정단계의 완료 후, 회전수 감지부가 상기 발전축의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계;를 더 포함하고,
상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 기 설정된 기준회전수 이상이면, 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키는 것을 특징으로 하는 발전장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시키는 것을 특징으로 하는 발전장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 발전 블레이드의 회전각도를 조절하는 제1조절단계;를 더 포함하고,
상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키고, 상기 제1조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시키는 것을 특징으로 하는 발전장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 회전수 측정단계에서 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면, 상기 정류 블레이드의 회전각도를 조절하는 제2조절단계;를 더 포함하고,
상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 이상이면 상기 제1발전모듈 및 상기 제2발전모듈을 모두 작동시키고, 상기 제2조절단계의 완료 후 측정된 상기 발전축의 회전수가 상기 기준회전수 미만이면 상기 제1발전모듈과 상기 제2발전모듈 중 어느 하나만을 작동시키는 것을 특징으로 하는 발전장치의 제어방법.
유체가 통과하는 유로를 형성하는 제1파이프와 제2파이프 사이에 위치하여, 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치에 있어서,
상기 제1파이프에 연결되는 제1하우징, 상기 제2파이프에 연결되는 제2하우징, 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연결하는 연결바디, 상기 연결바디를 관통하여 상기 제1하우징과 상기 제2하우징을 연통시키는 연결유로, 및 상기 연결바디의 중앙에 위치하도록 상기 연결바디에 고정된 축 지지부가 구비된 하우징;
상기 연결바디에 회전 가능하게 고정되어 상기 연결유로의 중심을 향해 돌출된 정류 블레이드, 및 상기 정류 블레이드의 각도를 조절하는 조절부가 구비된 정류부;
일단은 상기 축 지지부를 관통하도록 구비되고 타단은 상기 제1하우징을 관통하도록 구비된 샤프트, 상기 샤프트의 일단에 고정되어 상기 제2하우징에 위치하는 허브, 상기 허브 내부에 구비된 허브 챔버, 및 상기 샤프트를 관통하여 상기 허브 챔버에 연결된 샤프트 관통홀이 구비된 입력축;
상기 허브 챔버 내부에 회전 가능하게 구비된 제1장착부, 및 상기 허브를 관통하여 상기 제1장착부에 고정된 제1블레이드, 및 상기 허브 챔버 내부에 회전 가능하게 구비된 제2장착부, 및 상기 허브를 관통하여 상기 제2장착부에 고정된 제2블레이드가 구비된 발전 블레이드;
상기 허브 챔버 내부에 위치하는 링크 허브, 상기 샤프트 관통홀에 삽입되어 상기 링크 허브가 상기 허브 챔버 내부에서 직선왕복운동을 하게 하는 연결축, 상기 연결축의 위치를 조절하는 구동부가 구비된 액추에이터;
상기 링크 허브와 상기 제1장착부를 연결하여 상기 링크 허브의 직선운동을 상기 제1장착부의 회전운동으로 변환하는 제1링크, 및 상기 링크 허브와 상기 제2장착부를 연결하여 상기 링크 허브의 직선운동을 상기 제2장착부의 회전운동으로 변환하는 제2링크가 구비된 동력전달부; 및
상기 샤프트의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
제6항에 있어서,
상기 정류 블레이드는 상기 연결유로의 원주면을 따라 동일한 각도로 이격된 다수의 정류판; 상기 연결바디를 관통하여 일단은 상기 정류판에 고정되고 타단은 상기 연결바디의 외부에 노출된 정류판 회전축;을 포함하고,
상기 조절부는 상기 연결바디의 원주면에 회전 가능하게 결합된 작동바디; 상기 작동바디의 회전각도를 조절하는 작동바디 제어부; 및 상기 작동바디와 상기 정류판 회전축을 연결하도록 구비되어 상기 작동바디의 회전운동을 상기 정류판 회전축의 회전운동으로 변환하는 정류판 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
제7항에 있어서,
상기 제1링크와 상기 제2링크는
상기 각 장착부에 회전 가능하게 고정된 제1헤드가 구비된 링크 제1바디;
상기 링크 허브에 회전 가능하게 고정된 제2헤드가 구비된 링크 제2바디;
상기 제1헤드와 상기 제2헤드 사이의 거리를 조절 가능한 거리조절부; 및
상기 링크 제1바디와 상기 링크 제2바디를 고정하는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1하우징 내부의 유체 또는 상기 제2하우징 내부의 유체를 상기 발전유닛으로 공급하여, 상기 발전유닛을 냉각시키는 냉각부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
제9항에 있어서,
상기 발전유닛은 상기 샤프트에 의해 회전하는 발전축; 영구자석으로 구비된 제1자력형성부가 고정된 제1로터, 상기 제1로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제1코일이 구비된 제1스테이터, 및 상기 발전축의 회전운동을 상기 제1로터의 회전운동으로 변환하는 제1변환부가 구비된 제1발전모듈; 및 영구자석으로 구비된 제2자력형성부가 고정된 제2로터, 상기 제2로터의 회전 시 유도 전류가 발생하는 제2코일이 구비된 제2스테이터, 및 상기 제1변환부의 회전운동을 상기 제2로터의 회전운동으로 변환하는 제2변환부가 구비된 제2발전모듈;을 포함하고,
상기 냉각부는 유체가 저장되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 제1하우징 내부의 유체를 상기 챔버로 공급하는 공급유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1하우징으로 배출하는 회수유로; 상기 제1발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제1냉각유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제1냉각유로로 안내하는 제1냉각유로 공급관; 상기 제1냉각유로에서 배출되는 유체를 상기 챔버로 안내하는 제1냉각유로 회수관; 상기 제2발전모듈의 원주면을 감싸도록 구비된 제2냉각유로; 상기 챔버 내부의 유체를 상기 제2냉각유로로 안내하는 제2냉각유로 공급관; 및 상기 제2냉각유로에서 배출되는 유체를기 챔버로 안내하는 제2냉각유로 회수관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.