KR102304777B1 - 풍력 발전장치 - Google Patents

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KR102304777B1
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안대균
한재호
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주식회사 윈스
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Abstract

본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 하단이 설치면에 고정되는 지주와, 하단이 지주의 상단에 결합되고, 상하 방향으로 연장되어 수직 회전중심을 형성하는 고정축과, 고정축의 측면을 따라 돌출되는 고정판과, 고정판의 하면에 결합되는 하부 스테이터와, 고정판의 상면에 결합되는 상부 스테이터와, 하부 스테이터와 상부 스테이터의 외부에 권선되는 코일이 구비되는 고정자와, 하부 스테이터의 하부에 위치되고, 고정축이 통과되도록 제1중공이 상하로 관통되는 하부 회전커버와, 상부 스테이터의 상부에 위치되고, 고정축이 통과되도록 제2중공이 상하로 관통되는 상부 회전커버와, 하부 회전커버의 상면에 결합되는 하부 마그네틱과, 상부 회전커버의 하면에 결합되는 상부 마그네틱과, 하부 회전커버와 상부 회전커버의 사이에 결합되어 고정자의 측면을 커버하는 외부커버를 구비한 회전자 및, 회전자의 외부에 결합되어 고정축을 기준으로 수평회전 가능하고, 풍력에 의해 회전시 회전자로 회전력을 전달하는 회전날개를 포함한다.

Description

풍력 발전장치{wind power generation apparatus}
본 발명은 풍력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자의 코일이 회전자의 내부에 위치되므로, 코일과 연결된 송전라인을 지주의 내부를 통해 외부로 용이하게 연장시킬 수 있는 풍력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전장치는 바람의 풍압을 이용하여 터빈을 회전시킴으로써, 터빈의 회전에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치이다.
이러한 풍력 발전장치는 지면에 고정적으로 설치되는 지주와, 지주의 상단에 설치되는 하우징과, 하우징에 회전 가능하게 설치되고 바람의 풍압에 의해 회전되는 임펠러와, 하우징에 설치되고 임펠러의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전부 등으로 구성된다.
풍력 발전장치 중에는 임펠러의 회전중심 방향에 따라 수직축 방식과 수평축 방식으로 구분된다. 수직축 방식은 임펠러의 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되고, 수평축 방식은 임펠러의 회전축이 지면에 수평으로 설치된다.
그런데, 종래의 풍력 발전장치는 회전자의 외부에 고정자가 위치되므로, 고정자의 코일과 연결된 송전라인을 지주의 내부로 삽입시키는데 어려움이 있었고, 고정자의 코일과 연결된 송전라인을 지주의 내부로 삽입시키기 위한 구조가 외부로 노출될 수 있어 장치의 구조를 단순화하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록실용신안공보 제20-0285677호(2002년 08월 01일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 풍력 발전장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 고정자의 코일이 회전자의 내부에 위치되므로, 코일과 연결된 송전라인을 지주의 내부를 통해 외부로 용이하게 연장시킬 수 있는 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전장치는 하단이 설치면에 고정되는 지주와, 하단이 상기 지주의 상단에 결합되고, 상하 방향으로 연장되어 수직 회전중심을 형성하는 고정축과, 상기 고정축의 측면을 따라 돌출되는 고정판과, 상기 고정판의 하면에 결합되는 하부 스테이터와, 상기 고정판의 상면에 결합되는 상부 스테이터와, 상기 하부 스테이터와 상기 상부 스테이터의 외부에 권선되는 코일이 구비되는 고정자와, 상기 하부 스테이터의 하부에 위치되고, 상기 고정축이 통과되도록 제1중공이 상하로 관통되는 하부 회전커버와, 상기 상부 스테이터의 상부에 위치되고, 상기 고정축이 통과되도록 제2중공이 상하로 관통되는 상부 회전커버와, 상기 하부 회전커버의 상면에 결합되는 하부 마그네틱과, 상기 상부 회전커버의 하면에 결합되는 상부 마그네틱과, 상기 하부 회전커버와 상기 상부 회전커버의 사이에 결합되어 상기 고정자의 측면을 커버하는 외부커버를 구비한 회전자 및, 상기 회전자의 외부에 결합되어 상기 고정축을 기준으로 수평회전 가능하고, 풍력에 의해 회전시 상기 회전자로 회전력을 전달하는 회전날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 마그네틱과 상기 상부 마그네틱은 상기 고정축을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있으며, 상기 하부 회전커버의 상면에 오목하게 형성되고, 상기 하부 마그네틱의 하단이 대응되게 삽입되는 다수의 하부 안착홈 및, 상기 상부 회전커버의 하면에 오목하게 형성되고, 상기 상부 마그네틱의 하단이 대응되게 삽입되는 다수의 상부 안착홈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 회전커버의 가장자리측 상단으로부터 상부로 돌출되어 상기 외부커버의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제1삽입구 및, 상기 하부 회전커버의 측면과 상기 제1삽입구의 측면 사이에 형성되고, 상기 외부커버의 하단이 안착되는 제1단턱을 포함할 수 있으며, 상기 상부 회전커버의 가장자리측 하단으로부터 하부로 돌출되어 상기 외부커버의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제2삽입구 및, 상기 상부 회전커버의 측면과 상기 제2삽입구의 측면 사이에 형성되고, 상기 외부커버의 상단이 안착되는 제2단턱을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1삽입구의 내주면에 오목하게 형성되는 하부 결합홈 및, 상기 제2삽입구의 내주면에 오목하게 형성되는 상부 결합홈을 포함할 수 있으며, 상기 외부커버의 내주면에 밀착된 상태로 결합되고, 하단이 상기 하부 결합홈에 대응되게 삽입되며, 상단이 상기 상부 결합홈에 대응되게 삽입되는 다수의 지지대를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부커버는 수직한 절개부를 기준으로 측방을 따라 다수가 분할될 수 있으며, 상기 지지대의 일측면으로부터 돌출되어 상기 절개부에 삽입되고, 상하 방향으로 길이를 갖는 간격돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 결합홈의 일측면에 오목하게 형성되고, 상기 간격돌기가 대응되게 삽입되는 제1보조 결합홈을 포함할 수 있으며, 상기 상부 결합홈의 일측면에 오목하게 형성되고, 상기 간격돌기가 대응되게 삽입되는 제2보조 결합홈을 포함할 수 있다.
본 발명은 고정자의 코일이 회전자의 내부에 위치되므로 코일과 연결된 송전라인을 지주의 내부를 통해 용이하게 인출시킬 수 있고, 코일과 연결된 송전라인이 외부로 노출되지 않으므로 장치의 구조를 단순화할 수 있으며, 고정자와 회전자의 각 부분을 개별적으로 교체할 수 있어 유지관리가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전날개를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 지주와 회전자를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 지주와 고정축 및 고정자를 결합시킨 후 일부분을 절개한 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 고정축과 고정자 및 회전자를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 하부 회전커버와 상부 회전 커버 및 지지대를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전날개를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 정단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전날개를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 지주와 회전자를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 지주와 고정축 및 고정자를 결합시킨 후 일부분을 절개한 상태를 보여주기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 고정축과 고정자 및 회전자를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 분리 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 하부 회전커버와 상부 회전 커버 및 지지대를 보여주기 위한 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전장치를 보여주기 위한 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전날개를 분리시킨 상태를 보여주기 위한 정단면도이다.
도 1 내지 8을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전장치는 지주(100)와, 고정축(200)과, 고정자(300)와, 회전자(400) 및, 회전날개(500)를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 풍력 발전장치는 전력변환부(910)와, 축전부(920) 및, 제어부(930)를 포함할 수 있다.
지주(100)는 후술될 고정축(200)과 고정자(300)와 회전자(400) 및 회전날개(600)를 일정 높이로 설치하기 위한 것으로, 상하 방향으로 길이를 갖고, 하단이 설치면(10)에 고정되며, 상부로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하는 형태를 가질 수 있다.
여기서, 지주(100)의 하단은 체결부재에 의해 설치면(10)에 고정적으로 결합될 수 있고, 지주(100)의 상단에는 후술될 고정자(200)의 하단과 결합시키기 위한 연결관(110)이 상부로 돌출될 수 있고, 연결관(110)은 지주(100)보다 상대적으로 적은 직경을 가질 수 있다.
고정축(200)은 고정자(300)와 회전자(400) 및 회전날개(600)를 지주(100)의 상부에 설치하기 위한 것으로, 하단이 지주(100)의 상단에 결합되고, 상하 방향으로 연장되어 수직 회전중심(C)을 형성한다. 여기서 고정축(200)은 별도의 연결부재에 의해 상하 방향을 따라 연속적으로 연결될 수 있고, 고정축(200)이 연결되는 개수를 조절하여 상하 방향의 길이를 가변적으로 조절할 수 있다.
그리고, 고정축(200)은 측면이 원주를 이루는 원통 형상을 가질 수 있고, 고정축(200)의 하단은 지주(100)의 상부로 돌출된 연결관(110)과 수직하게 암수로 결합될 수 있으며, 별도의 체결부재에 의해 고정축(200)의 하단과 연결관(110)이 결합될 수 있으나, 고정축(200)과 연결관(110)은 필요에 따라 다양한 방식으로 결합시킬 수 있다.
또한, 고정자(300)는 후술될 회전자(400)와의 상호 작용(전자기 유도: induced current)으로 자기장을 형성시켜 전기에너지를 발생시키는 것으로, 후술될 회전자(400)와 함께 고정축(200)의 상하 방향을 따라 다수가 이격된 상태로 배열어 다층 구조를 형성한다.
여기서, 고정자(300)는 고정축(200)의 측면을 따라 돌출되는 고정판(310)과, 고정판(310)의 하면에 결합되는 하부 스테이터(320)와, 고정판(310)의 상면에 결합되는 상부 스테이터(330)와, 하부 스테이터(320)와 상부 스테이터(330)의 외부에 권선되는 코일(340)이 구비될 수 있다.
고정판(310)은 고정축(200)의 측면을 따라 돌출되고, 가장자리가 원주를 이루도록 원판 형상을 가질 수 있다. 이때 고정판(310)의 중심 위치가 고정축(200)의 측면에 고정적으로 결합되고, 고정축(200)은 고정판(310)의 중심 위치에 수직하게 위치되어 수직 회전중심(C)을 형성한다.
하부 스테이터(320)는 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있고, 하부 스테이터(320)들은 인접하는 측면이 상호 밀착된 상태로 설치될 수 있으며, 하부 스테이터(320)들의 상단이 고정판(310)의 하면과 밀착된 상태로 결합될 수 있다. 여기서 하부 스테이터(320)와 고정판(310)에는 동일 선상에 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있고, 체결부재(미도시)을 하부 스테이터(320)와 고정판(310)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 하부 스테이터(320)를 고정판(310)의 하면에 결합시킬 수 있다.
또한, 하부 스테이터(320)들의 측면에는 회전자계를 형성시키기 위한 코일(340)이 권취될 수 있도록 오목한 홈부가 형성될 수 있고, 코일(340)은 하부 스테이터(320)들의 측면에 순차적으로 권취되면서 전기적으로 연결될 수 있으며, 하부 스테이터(320)들에 권취된 코일(340)은 지주(100)의 내부를 통해 외부의 전력변환부(910)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상부 스테이터(330)는 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있고, 상부 스테이터(330)들은 인접하는 측면이 상호 밀착된 상태로 설치될 수 있으며, 상부 스테이터(330)들의 하단이 고정판(310)의 상면과 밀착된 상태로 결합될 수 있다.
여기서, 상부 스테이터(330)와 고정판(310)에는 동일 선상에 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있고, 체결부재(미도시)를 상부 스테이터(330)와 고정판(310)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 상부 스테이터(330)를 고정판(310)의 하면에 결합시킬 수 있다.
또한, 상부 스테이터(330)들의 측면에는 회전 자계를 형성시키기 위한 코일(340)이 권취될 수 있도록 오목한 홈부가 형성될 수 있고, 코일(340)은 상부 스테이터(330)들의 측면에 순차적으로 권취되면서 전기적으로 연결될 수 있으며, 상부 스테이터(330)들에 권취된 코일(340)은 지주(100)의 내부를 통해 외부의 전력변환부(910)와 전기적으로 연결될 수 있다.
회전자(400)는 후술될 회전날개(500)의 회전력(회전에너지)을 전기에너지로 변환시키기 위한 것으로, 회전시 고정자(300) 코일(340)과의 상호 작용에 의해 전압을 발생시킨다. 회전자(400)는 하부 스테이터(320)의 하부에 위치되는 하부 회전커버(410)와, 상부 스테이터(410)의 상부에 위치되는 상부 회전커버(420)와, 하부 회전커버(410)의 상면에 결합되는 하부 마그네틱(430)과, 상부 회전커버(420)의 하면에 결합되는 상부 마그네틱(440)과, 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420)의 사이에 결합되어 고정자(300)의 측면을 커버하는 외부커버(450)를 구비할 수 있다.
하부 회전커버(410)는 가장자리가 원주를 이루도록 원판 형상을 가질 수 있고, 고정축(200)이 통과되도록 제1중공(411)이 상하로 관통되고, 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 수평회전 가능하게 설치된다.
여기서, 하부 회전커버(410)의 상면에는 후술될 하부 마그네틱(430)의 하단이 안착되도록 다수의 하부 안착홈(412)이 오목하게 형성될 수 있다. 하부 안착홈(412)은 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있다.
그리고, 하부 안착홈(412)의 바닥면과 후술될 하부 마그네틱(430)에는 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있고, 체결부재(미도시)를 하부 마그네틱(430)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 하부 마그네틱(430)을 하부 안착홈(412)에 결합시킬 수 있다.
상부 회전커버(420)는 후술될 외부커버(450)에 의해 하부 회전커버(420)와 회전 가능하게 결합되는 것으로, 하부 회전커버(410)와 대응되는 형상을 갖고, 상부 회전커버(420)의 가장자리가 원주를 이루도록 원판 형상을 가질 수 있다. 여기서 상부 회전커버(420)의 중심 위치에는 고정축(200)이 통과되도록 제2중공(421)이 상하로 관통되고, 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 수평회전 가능하게 설치된다.
그리고, 상부 회전커버(420)의 하면에는 후술될 상부 마그네틱(440)의 상단이 안착되도록 다수의 상부 안착홈(422)이 오목하게 형성될 수 있다. 상부 안착홈(422)은 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있다.
또한, 상부 안착홈(422)의 바닥면과 후술될 상부 마그네틱(440)에는 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있고, 체결부재(미도시)를 상부 마그네틱(440)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 상부 마그네틱(440)을 상부 안착홈(422)에 결합시킬 수 있다.
하부 마그네틱(430)은 회전자계를 형성시키기 위한 것으로, N극과 S극을 갖는 영구자석(permanent magnet)을 사용할 수 있고, 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있다. 여기서 하부 마그네틱(430)의 상단은 하부 스테이터(320)의 하단과 일정 간격으로 이격 위치될 수 있고, 하부 마그네틱(430)은 하부 스테이터(320)와 동일한 개수로 대응되게 마주할 수 있다.
그리고, 하부 마그네틱(430)의 하단이 하부 회전커버(410)의 하부 안착홈(412)에 대응되게 안착되며, 하부 마그네틱(430)에는 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있다. 즉 체결부재(미도시)를 하부 마그네틱(430)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 하부 마그네틱(430)을 하부 안착홈(412)에 결합시킬 수 있다.
상부 마그네틱(440)은 하부 마그네틱(430)과 함께 회전자계를 형성시키기 위한 것으로, N극과 S극을 갖는 영구자석(permanent magnet)을 사용할 수 있고, 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 방사상에 다수가 배열될 수 있다. 여기서 상부 마그네틱(440)의 하단은 상부 스테이터(330)의 상단과 일정 간격으로 이격 위치될 수 있고, 상부 마그네틱(440)은 상부 스테이터(330)와 동일한 개수로 대응되게 마주할 수 있다.
그리고, 상부 마그네틱(440)의 상단이 상부 회전커버(420)의 상부 안착홈(422)에 대응되게 안착되며, 상부 마그네틱(440)에는 하나 이상의 체결홀(미도시)이 수직하게 관통될 수 있다. 즉 체결부재(미도시)를 상부 마그네틱(440)의 체결홀을 통해 관통 결합시켜 상부 마그네틱(440)을 상부 안착홈(422)에 결합시킬 수 있다.
외부커버(450)는 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420)를 결합시키기 위한 것으로, 외부커버(450)의 하단이 하부 회전커버(410)의 가장자리측 상단에 결합되고, 외부커버(450)의 상단이 상부 회전커버(420)의 가장자리측 하단에 결합될 수 있으며, 고정축(200)이 형성하는 수직 회전중심(C)을 기준으로 하부 회전커버(410) 및 상부 회전커버(420)와 함께 회전 가능하다.
여기서, 외부커버(450)는 측방을 따라 원주를 이루는 원통 형상을 가질 수 있고, 외부커버(450)에 의해 고정판(310)과 하부 스테이트(320) 및 상부 스테이터(330)의 측방이 커버될 수 있으며, 외부커버(450)는 하부 회전커버(410) 및 상부 회전커버(420)와 동일한 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 하부 회전커버(410)의 가장자리측 상단으로부터 상부로 돌출되어 외부커버(450)의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제1삽입구(413) 및, 하부 회전커버(410)의 측면과 제1삽입구(413)의 측면 사이에 형성되고, 외부커버(450)의 하단이 안착되는 제1단턱(414)을 포함할 수 있다.
제1삽입구(413)는 측방을 따라 원주를 이루는 원통 형상으로 돌출될 수 있고, 제1삽입구(413)의 외주면이 외부커버(450)의 내주면에 동일한 직경으로 밀착될 수 있으며, 제1삽입구(413)를 외부커버(450)의 내부로 수직하게 삽입시키는 경우 외부커버(450)의 하단이 제1단턱(414)에 안착된다.
또한, 상부 회전커버(420)의 가장자리측 하단으로부터 하부로 돌출되어 외부커버(450)의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제2삽입구(423) 및, 상부 회전커버(420)의 측면과 제2삽입구(423)의 측면 사이에 형성되고, 외부커버(450)의 상단이 안착되는 제2단턱(424)을 포함할 수 있다.
제2삽입구(423)는 측방을 따라 원주를 이루는 원통 형상으로 돌출될 수 있고, 제2삽입구(423)의 외주면이 외부커버(450)의 내주면에 동일한 직경으로 밀착될 수 있으며, 제2삽입구(423)를 외부커버(450)의 내부로 수직하게 삽입시키는 경우 외부커버(450)의 상단이 제2단턱(424)에 안착된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 도 5, 6에서처럼 제1삽입구(413)의 내주면에 오목하게 형성되는 하부 결합홈(413a)과, 제2삽입구(423)의 내주면에 오목하게 형성되는 상부 결합홈(423a) 및, 외부커버(450)의 내주면에 밀착된 상태로 결합되고, 하단이 하부 결합홈(413a)에 대응되게 삽입되며, 상단이 상부 결합홈(423a)에 대응되게 삽입되는 다수의 지지대(460)를 포함할 수 있다.
지지대(460)는 외부커버(450)의 내주면을 따라 다수가 이격된 상태로 배열될 수 있고, 지지대(460)의 지지력에 의해 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420)가 일정 간격을 유지할 수 있다. 이때 지지대(460)의 상단과 하단이 상부 결합홈(423a)과 하부 결합홈(413a)에 각각 삽입된 상태로 결합되므로, 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420) 및 지지대(460)의 결합 강도를 증가시킬 수 있다.
또한, 외부커버(450)는 도 5, 6에서처럼 수직한 절개부(G)를 기준으로 측방을 따라 다수가 분할될 수 있고, 지지대(460)의 일측면으로부터 돌출되어 절개부(G)에 삽입되고, 상하 방향으로 길이를 갖는 간격돌기(461)를 포함할 수 있다. 간격돌기(461)는 절개부(G)에 삽입된 상태로 결합되므로, 지지대(460)와 외부커버(450)의 결합력을 향상시킬 수 있고, 절개부(G)를 기준으로 외부커버(450)을 선택적으로 결합 및 분리시킬 수 있다. 즉 외부커버(450)의 일부분 만을 선택적으로 결합 및 분리시킬 수 있어 회전자(400)의 내부에 설치된 고정자(300)의 각 구성들을 용이하게 관리할 수 있다.
아울러, 하부 결합홈(413a)의 일측면에 오목하게 형성되고, 지지대(460)의 간격돌기(461)가 대응되게 삽입되는 제1보조 결합홈(413b)을 포함할 수 있으며, 상부 결합홈(423a)의 일측면에 오목하게 형성되고, 지지대(460)의 간격돌기(461)가 대응되게 삽입되는 제2보조 결합홈(423b)을 포함할 수 있다. 이때 간격돌기(461)의 상단과 하단이 제1보조 결합홈(413b)과 제2보조 결합홈(423b)에 각각 삽입된 상태로 결합되므로, 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420) 및 지지대(460)의 결합 강도를 더욱 증가시킬 수 있다.
즉, 지지대(460)의 상단과 하단이 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420)의 회전 방향으로 걸림 위치되고, 간격돌기(461)가 외부커버(450)의 회전 방향으로 걸림 위치되므로, 회전자(400)가 회전시 하부 회전커버(410)와 상부 회전커버(420) 및 외부커버(450)의 견고하게 결합된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 고정자(300)의 코일(340)이 회전자(400)의 내부에 위치되므로, 코일(340)과 연결된 송전라인을 지주(100)의 내부를 통해 용이하게 인출시킬 수 있고, 코일(340)과 연결된 송전라인이 외부로 노출되지 않으므로 장치의 구조를 단순화할 수 있으며, 회전자(400)가 외부로 노출되므로 회전자(400)와 후술될 회전날개(500)를 다양한 형태로 용이하게 결합시킬 수 있다.
회전날개(500)는 고정축(200)을 기준으로 수평회전 가능하게 설치되는 것으로, 외부 풍력을 양/항력으로 변환하고, 풍력에 의한 회전력을 회전자(400)에 전달한다. 여기서 회전날개(500)는 양력을 최대화하고 항력을 최소화할 수 있는 유선형의 날개 형태를 가질 수 있다. 즉 회전날개(500)는 비행기 날개처럼 공기의 움직임에 따라 반동력이 생기는 에어포일(airfoil) 형태를 가질 수 있다.
그리고, 회전날개(500)는 상하 방향으로 길이를 가질 수 있고, 회전자(400)의 측방을 따라 다수가 이격된 상태로 배열될 수 있으며, 회전날개(500)는 연결부재(510)에 의해 회전자(400)의 외부에 결합될 수 있다. 연결부재(510)는 회전날개(500)들의 측부로부터 연장되어 상부 회전커버(420)의 상단에 연결되는 상부 연결부재와, 상부 연결부재의 하부에 이격 위치되고, 회전날개(500)들의 측부로부터 연장되어 지주(100)의 외부에 수평회전 가능하게 연결되는 하부 연결부재로 구분될 수 있다.
또한, 상부 회전커버(420)의 상단에는 별도의 상부 결합부재(520)가 결합될 수 있고, 지주(100)의 외부에는 별도의 하부 결합부재(530)가 수평회전 가능하게 결합될 수 있다. 이 경우 상부 연결부재의 일측은 상부 결합부재(520)의 상단에 결합되고, 하부 연결부재의 일측은 하부 결합부재(430)의 하단에 결합으며, 하부 결하부재(530)에는 지주(100)가 통과될 수 있도록 관통홀이 상하로 관통될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치는 제1삽입구(413)의 일측면에 수평하게 형성되는 다수의 제1체결홀(417)과, 제2삽입구(423)의 일측면에 수평하게 형성되는 다수의 제2체결홀(427)과, 외부커버(450)의 내부와 외부를 통해 수평하게 관통되는 제3체결홀(451)과, 제3체결홀(451)의 상부에 이격 위치되고, 외부커버(450)의 내부와 외부를 통해 수평하게 관통되는 제4체결홀(452)과, 외부커버(450)의 외부에서 제3체결홀(451)을 통해 제1체결홀(417)에 관통 결합되는 다수의 제1메인 체결부재(710)와, 외부커버(450)의 외부에서 제4체결홀(452)을 통해 제2체결홀(427)에 관통 결합되는 다수의 제2메인 체결부재(720)를 포함할 수 있다.
또한, 외부커버(450)의 내부와 외부를 통해 수평하게 관통되는 다수의 제1보조 체결홀(453)과, 지지대(460)의 일측면에 수평하게 형성되는 다수의 제2보조 체결홀(462) 및, 외부커버(450)의 외부에서 제1보조 체결홀(453)을 통해 제2보조 체결홀(462)에 관통 결합되는 다수의 보조 체결부재(810)를 포함할 수 있다.
제1메인 체결부재(710)는 나사결합 방식에 의해 제1체결홀(417)에 결합될 수 있다. 이 경우 제1메인 체결부재(710)의 전단에는 외주면에 나사산이 형성된 나사부가 구비되고, 제1메인 체결부재(710)의 후단에는 나사부보다 상대적으로 큰 직경으로 형성되어 외부커버(450)의 외주면에 걸림 위치되는 머리부가 구비될 수 있으며, 공구 등을 이용해 머리부를 결합 및 분리되는 방향으로 회전시킬 수 있다.
제2메인 체결부재(720)는 나사결합 방식에 의해 제2체결홀(427)에 결합될 수 있다. 이 경우 제2메인 체결부재(720)의 전단에는 외주면에 나사산이 형성된 나사부가 구비되고, 제2메인 체결부재(720)의 후단에는 나사부보다 상대적으로 큰 직경으로 형성되어 외부커버(450)의 외주면에 걸림 위치되는 머리부가 구비될 수 있으며, 공구 등을 이용해 머리부를 결합 및 분리되는 방향으로 회전시킬 수 있다.
보조 체결부재(810)는 나사결합 방식에 의해 제2보조 체결홀(462)에 결합될 수 있다. 이 경우 보조 체결부재(810)의 전단에는 외주면에 나사산이 형성된 나사부가 형성되고, 보조 체결부재(810)의 후단에는 나사부보다 상대적으로 큰 직경으로 형성되어 외부커버(450)의 외주면에 걸림 위치되는 머리부가 형성될 수 있으며, 공구 등을 이용해 머리부를 결합 및 분리되는 방향으로 회전시킬 수 있다.
전력변환부(910)는 전술한 고정자(300)의 코일(340)과 전기적으로 연결되고, 코일(340)로부터 전달되는 전력을 변환(DC/AC)시키면서 전력 사용처로 이송시킨다. 축전부(920)는 전력변환부(910)와 전기적으로 연결될 수 있고, 전력변환부(910)로부터 전달되는 전력을 저장할 수 있다. 제어부(930)는 전력변환부(910) 및 축전부(920)와 전기적으로 연결될 수 있고, 풍력 발전장치의 작동 여부 등을 모니터링할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 고정자(300)의 코일(340)이 회전자(400)의 내부에 위치되므로 코일(340)과 연결된 송전라인을 지주(100)의 내부를 통해 용이하게 인출시킬 수 있고, 코일(340)과 연결된 송전라인이 외부로 노출되지 않으므로 장치의 구조를 단순화할 수 있으며, 고정자(300)와 회전자(400)의 각 부분을 개별적으로 교체할 수 있어 유지관리가 용이하다.
지금까지 본 발명에 따른 풍력 발전장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 설치면 100: 지주
200: 고정축 300: 고정자
310: 고정판 320: 하부 스테이터
330: 상부 스테이터 340: 코일
400: 회전자 410: 하부 회전커버
411: 제1중공 412: 하부 안착홈
413: 제1삽입구 413a: 하부 결합홈
413b: 제1보조 결합홈 414: 제1단턱
417: 제1체결홀 420: 상부 회전커버
421: 제2중공 422: 상부 안착홈
423: 제2삽입구 423a: 상부 결합홈
423b: 제2보조 결합홈 424: 제2단턱
427: 제2체결홀 430: 하부 마그네틱
440: 상부 마그네틱 450: 외부커버
451: 제3체결홀 452: 제4체결홀
453: 제1보조 체결홀 460: 지지대
461: 간격돌기 462: 제2보조 체결홀
500: 회전날개 510: 연결부재
520: 상부 결합부재 530: 하부 결합부재
710: 제1메인 체결부재 720: 제2메인 체결부재
810: 보조 체결부재 910: 전력변환부
920: 축전부 930: 제어부
C: 수직 회전중심 G: 절개부

Claims (6)

  1. 하단이 설치면에 고정되는 지주;
    하단이 상기 지주의 상단에 결합되고, 상하 방향으로 연장되어 수직 회전중심을 형성하는 고정축;
    상기 고정축의 측면을 따라 돌출되는 고정판과, 상기 고정판의 하면에 결합되는 하부 스테이터와, 상기 고정판의 상면에 결합되는 상부 스테이터와, 상기 하부 스테이터와 상기 상부 스테이터의 외부에 권선되는 코일이 구비되는 고정자;
    상기 하부 스테이터의 하부에 위치되고, 상기 고정축이 통과되도록 제1중공이 상하로 관통되는 하부 회전커버와, 상기 상부 스테이터의 상부에 위치되고, 상기 고정축이 통과되도록 제2중공이 상하로 관통되는 상부 회전커버와, 상기 하부 회전커버의 상면에 결합되는 하부 마그네틱과, 상기 상부 회전커버의 하면에 결합되는 상부 마그네틱과, 상기 하부 회전커버와 상기 상부 회전커버의 사이에 결합되어 상기 고정자의 측면을 커버하는 외부커버를 구비한 회전자; 및
    상기 회전자의 외부에 결합되어 상기 고정축을 기준으로 수평회전 가능하고, 풍력에 의해 회전시 상기 회전자로 회전력을 전달하는 회전날개;를 포함하며,
    상기 하부 마그네틱과 상기 상부 마그네틱은 상기 고정축을 기준으로 방사상에 다수가 배열되며,
    상기 하부 회전커버의 상면에 오목하게 형성되고, 상기 하부 마그네틱의 하단이 대응되게 삽입되는 다수의 하부 안착홈 및,
    상기 상부 회전커버의 하면에 오목하게 형성되고, 상기 상부 마그네틱의 하단이 대응되게 삽입되는 다수의 상부 안착홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 회전커버의 가장자리측 상단으로부터 상부로 돌출되어 상기 외부커버의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제1삽입구 및, 상기 하부 회전커버의 측면과 상기 제1삽입구의 측면 사이에 형성되고, 상기 외부커버의 하단이 안착되는 제1단턱을 포함하며,
    상기 상부 회전커버의 가장자리측 하단으로부터 하부로 돌출되어 상기 외부커버의 내부로 대응되게 삽입되는 원통 형상의 제2삽입구 및, 상기 상부 회전커버의 측면과 상기 제2삽입구의 측면 사이에 형성되고, 상기 외부커버의 상단이 안착되는 제2단턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1삽입구의 내주면에 오목하게 형성되는 하부 결합홈 및, 상기 제2삽입구의 내주면에 오목하게 형성되는 상부 결합홈을 포함하며,
    상기 외부커버의 내주면에 밀착된 상태로 결합되고, 하단이 상기 하부 결합홈에 대응되게 삽입되며, 상단이 상기 상부 결합홈에 대응되게 삽입되는 다수의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부커버는 수직한 절개부를 기준으로 측방을 따라 다수가 분할되며,
    상기 지지대의 일측면으로부터 돌출되어 상기 절개부에 삽입되고, 상하 방향으로 길이를 갖는 간격돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 결합홈의 일측면에 오목하게 형성되고, 상기 간격돌기가 대응되게 삽입되는 제1보조 결합홈을 포함하며,
    상기 상부 결합홈의 일측면에 오목하게 형성되고, 상기 간격돌기가 대응되게 삽입되는 제2보조 결합홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
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