KR102304938B1

KR102304938B1 - 풍향 추적 풍력발전기

Info

Publication number: KR102304938B1
Application number: KR1020200160734A
Authority: KR
Inventors: 방부현
Original assignee: 방부현
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-09-23

Abstract

본 발명은 풍향 추적 풍력발전기에 관한 것으로, 지면에 안착되는 하부프레임과 상기 하부프레임의 상부에 수직하게 연결된 복수개의 수직프레임과 상기 복수개의 수직프레임의 상부에 부착되는 상부프레임으로 이루어지고 내부에 공간이 형성되는 외부본체; 상기 외부본체 내에 결합되며, 상,하측 내부프레임과, 상기 상,하측 내부프레임을 연결하는 수직내부프레임으로 구성되며, 상기 외부본체의 내측에 회전가능하도록 상하에 회전축이 구비된 내부본체; 상기 내부본체의 상,하측내부프레임을 관통하여 외부본체의 상부프레임 및 하부프레임과 연결되는 중심축과, 상기 중심축의 양측에 수직하게 배치되는 복수의 제2보조수직축으로 구성된 수직지지부; 상기 중심축과 일측의 제2보조수직축을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제1회전날개가 장착되어 회전되는 제1회전축과, 상기 중심축과 타측의 제2보조수직축을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제2회전날개가 장착되어 회전되는 제2회전축과, 상기 제1회전축에 장착되는 제1발전기와, 상기 제2회전축에 장착되는 제2발전기;를 포함하고, 상기 제1발전기는 바람이 들어오는 쪽에 설치되고, 상기 제2발전기는 제1발전기의 후방에 설치된다.

Description

풍향 추적 풍력발전기{Wind direction tracking wind turbine}

본 발명은 풍향 추적 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍향을 자동으로 추적하는 기능, 유입되는 풍속을 조절하는 기능을 가지는 풍향 추적 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기는 바람을 기초로 전기에너지를 생산하는 장치이다. 바람이 회전날개를 회전시키면 그 회전력으로 발전기를 구동하여 전기를 생산한다.

일반적으로 풍력발전기는 회전블레이드, 발전기로 구성된다.

발전기는 중심의 회전자와 외부를 감싸는 고정자에 의해 자기장을 형성하면서 전기를 생산한다.

발전기 동작의 기본원리는 암페어 법칙과 패러데이의 전자기유도법칙을 따른다.

한편, 풍력발전기가 적합하게 작동할 조건으로는 평균 초속 4m/s 이상의 바람이 필요하며, 풍향은 회전에 수직방향이어야 최대 효율을 발휘할 수 있다.

본 발명자는 한국 특허출원 10-2016-0130477호 「풍향 추적 풍력발전기」를 출원하여 특허등록 받은 바 있다.

본 발명은 본 발명자의 선출원 특허를 개량하기 위한 것으로, 다중 발전유닛을 구비함으로써 발전 능력이 증대될 수 있고, 로터 회전시 발생되는 흔들림을 분산 및 완화시켜줄 수 있어 안정적인 작동이 보장될 수 있도록 하는 풍향 추적 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 지면에 안착되는 하부프레임과 상기 하부프레임의 상부에 수직하게 연결된 복수개의 수직프레임과 상기 복수개의 수직프레임의 상부에 부착되는 상부프레임으로 이루어지고 내부에 공간이 형성되는 외부본체; 상기 외부본체 내에 결합되며, 상,하측 내부프레임과, 상기 상,하측 내부프레임을 연결하는 수직내부프레임으로 구성되며, 상기 외부본체의 내측에 회전가능하도록 상하에 회전축이 구비된 내부본체; 상기 내부본체의 상,하측내부프레임을 관통하여 외부본체의 상부프레임 및 하부프레임과 연결되는 중심축과, 상기 중심축으로부터 이격되어 수직하게 장착되는 제1보조수직축과, 상기 중심축의 양측에 수직하게 배치되는 복수의 제2보조수직축으로 구성된 수직지지부; 상기 중심축과 일측의 제2보조수직축을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제1회전날개가 장착되어 회전되는 제1회전축과, 상기 중심축과 타측의 제2보조수직축을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제2회전날개가 장착되어 회전되는 제2회전축과, 상기 제1회전축에 장착되는 제1발전기와, 상기 제2회전축에 장착되는 제2발전기;를 포함하고, 상기 제1발전기는 바람이 들어오는 쪽에 설치되고, 상기 제2발전기는 제1발전기의 후방에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍향 추적 풍력발전기에 의해 달성될 수 있다.

상기 제1발전기의 전방에 설치되며, 과속 풍압시 전개되어 고압의 바람이 제1,2회전날개에 직접 압력을 가하지 않도록 하여 보호하는 과풍압방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과풍압방지부는 제1보조수직축에 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 전단부에는 내부본체의 상부와 제1탄성부재로 연결되고, 후단부에는 무게추가 장착되어 이루어지는 상부차단판과, 상기 제1보조수직축에 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 전단부에는 내부본체의 상부와 제2탄성부재로 연결되고, 후단부에는 무게추가 장착되어 이루어지며 상기 상부차단판의 하부에 장착되는 하부차단판;을 포함하고, 상기 상부차단판의 전단부와 하부차단판의 전단부가 서로 근접하여 모아지게 되면 과풍압 풍속의 바람이 직접 회전날개에 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 외부본체의 상부에 피뢰침이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 외부본체의 하부에 형성되어 진동을 흡수하고 분산하는 진동방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 진동방지부는 외부본체의 모서리 하부에 형성되거나 또는 외부본체의 중심 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다중 발전유닛을 구비함으로써 발전 능력이 증대될 수 있고, 로터 회전시 발생되는 흔들림을 분산 및 완화시켜줄 수 있어 안정적인 작동이 보장될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기에 대한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 작동예를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 부분 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기가 허용 풍압에서 작동을 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 과풍압 상태에서 '과풍압방지부'가 작동되는 예를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명 다른 실시예에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 상,하부 차단판을 나타낸 도면.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기에 대한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 작동예를 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 부분 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기가 허용 풍압에서 작동을 나타낸 정면도, 도 5는 본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 과풍압 상태에서 '과풍압방지부'가 작동되는 예를 나타낸 정면도, 도 6은 본 발명 다른 실시예에 따른 풍향 추적 풍력발전기의 상,하부 차단판을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이,
본 발명에 따른 풍향 추적 풍력발전기는, 지면에 안착되는 하부프레임(110)과,
상기 하부프레임(110)의 상부에 수직하게 연결된 복수개의 수직프레임(120)과,
상기 복수개의 수직프레임(120)의 상부에 부착되는 상부프레임(130)으로 이루어지고 내부에 공간이 형성되는 외부본체(100);

상기 외부본체(100) 내에 결합되며, 상,하측 내부프레임(210,220)과, 상기 상,하측 내부프레임(210,220)을 연결하는 수직내부프레임(230)으로 구성되며, 상기 외부본체(100)의 내측에 회전가능하도록 상하에 회전축(240)이 구비된 내부본체(200);
내부본체(200)의 상,하측 내부프레임(210,220)을 관통하여 외부본체(100)의 상부프레임(130) 및 하부프레임(110)과 연결되는 중심축(320)과,
상기 중심축(320)으로부터 이격되어 수직하게 장착되는 제1보조수직축(331)과, 상기 중심축(320)의 양측에 수직하게 배치되는 복수의 제2보조수직축(332)으로 구성된 수직지지부(300);
중심축(320)과 일측의 제2보조수직축(332)을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제1회전날개(46)가 장착되어 회전되는 제1회전축(41)과,
중심축(320)과 타측의 제2보조수직축(332)을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제2회전날개(47)가 장착되어 회전되는 제2회전축(42)과,
제1회전축(41)에 장착되는 제1발전기(43)와, 상기 제2회전축(42)에 장착되는 제2발전기(44);를 포함하여 구성된다.

전술한 제1발전기(43)는 바람이 들어오는 쪽에 설치된다.

또한 제2발전기(44)는 제1발전기(43)의 후방에 설치된다.

일 예에 따르면 제1발전기(43)는 2kw 용량이고, 제2발전기(44)는 3kw 용량이다. 물론 이는 하나의 예시일뿐이고 용량은 필요에 따라 동일 또는 상이하게 설정될 수 있음은 당연할 것이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 제1,2,3보조수직축(331,332,333)의 하단에 롤러(R)가 형성되고, 내부본체(200)의 하측 내부프레임(210,220)에는 롤러(R)가 주행될 수 있도록 링형상의 원형레일판(R2,R3)이 형성된다.

내부본체(200)의 하측 전방에는 무게추 역할을 하는 웨이트부재(28)가 부착 형성되어 후방의 제1,2회전축(41,42), 제1,2발전기(43,44), 제1,2회전날개(46,47)의 높은 하중과 균형이 맞도록 하여 하중 밸런스를 균형있게 유지될 수 있도록 한다.

한편 본 발명의 실시예에 따르면, 제1발전기(43)의 전방에 설치되며, 과속 풍압시 전개되어 고압의 바람이 제1,2회전날개(46,47)에 직접 압력을 가하지 않도록 하여 보호하는 과풍압방지부(500);를 포함한다.

과풍압방지부(500)는 상부차단판(520), 하부차단판(540)으로 구성된다.
도 4를 참조하면, 상부차단판(520)은 제1보조수직축(331)의 상부에 양측 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 일측에는 내부본체(200)의 프레임(202)과 제1탄성부재(522)로 연결되고, 후단부에는 무게추(524)가 장착된다.

하부차단판(540)은 상기 제1보조수직축(331)의 하부에 양측 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 일측에는 내부본체(200)의 프레임(203)과 제2탄성부재(542)로 연결되고, 후단부에는 무게추(524')가 장착되어 이루어지며 상기 상부차단판(520)의 하부에 대향되게 배치된다.

바람직하게는 상부차단판(520)은 허용 풍압 범위 내에서는 전단부가 후단부보다 약 1~2°의 경사각을 갖도록 하향 경사지게 설치된다.

상기 허용 풍압 내의 회전 반경을 현장 상황에 따라 적절한 범위로 설정될 수 있도록 상,하부에 각기 스토퍼(S)가 형성된다.

이러한 상부차단판(520)의 적정한 균형 상태는 제1탄성부재(522)의 탄력성과 무게추(524) 간의 균형에 의해 유지될 수 있는 것이다.

하부차단판(540)은 허용 풍압 범위 내에서는 전단부가 후단부보다 약 1°~2°의 경사각을 갖도록 상향 경사지게 설치된다.

이러한 하부차단판(540)의 적정한 균형 상태는 제2탄성부재(542)의 탄력성과 무게추 간의 균형에 의해 유지될 수 있는 것이다.

따라서 허용 풍압의 바람이 불때는 양측 상부차단판(520)과 하부차단판(540)이 개방된 상태이므로 그 사이를 통과하여 내부로 들어올 수 있고, 제1,2회전날개(46,47)를 회전시키게 된다.

그러나 허용 풍압을 넘는 강풍이 불 경우 과풍압에 의해 상부차단판(520)의 전단부와 하부차단판(540)의 전단부가 서로 근접하여 모아지게 되므로 대략 '＜' 형상이 되므로 과풍압 풍속의 바람이 직접 회전날개(46,47)에 전달되지 않게 된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상부차단판(520)과 하부차단판(540)은 사각형으로 형성되거나 또는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상부차단판(520')과 하부차단판(540')은 후미가 둥그런 호 형상으로 이루어질 수 있고, 후단부에 무게추(524,524')가 장착된다.

한편 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2회전축(42)의 후단에는 제3수직보조축(333)이 수직하게 결합되고, 제3수직보조축(333)에 부착되어 풍향판(49)이 수직으로 형성된다.

따라서 풍향판(49)이 바람이 불어오는 방향을 향하게 되므로 제2회전축(42), 중심축(320), 제1회전축(41), 제1,2회전날개(46,47) 및 과풍압방지부(500)가 모두 동반하여 회전되면서 항상 바람이 오는 방향을 향하도록 방향조정이 가능해진다.

한편 상기 외부본체(100)의 상부에 피뢰침(6)이 형성된다. 피뢰침(6)은 낙뢰로부터 파손을 보호하기 위해 작용될 수 있고, 피뢰침(6)의 전류를 흘려보내기 위해 외부본체(100)의 하부에 접지선(62)이 연결되어 지중에 매립된다.

한편 상기 외부본체(100)의 하부에 형성되어 진동을 흡수하고 분산하는 진동방지부(7);를 포함한다.

상기 진동방지부(7)는 외부본체(100)의 모서리 하부에 형성되거나 또는 외부본체(100)의 중심 하부에 형성된다.

진동방지부(7)는 상부패드(72)와, 상부패드(72)와 이격된 하부패드(74)와, 상부패드(72)와 하부패드(74) 사이에 형성되는 완충부(75)로 구성된다.

완충부(75)는 스프링이거나 또는 젤과 같은 용액이 충진되어 이루어지는 것일 수 있다.

삭제

한편 본 발명에 따르면 외부본체(100)에는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

통신부는 수평 감지부의 수평 정보를 수신하여 외부로 전달하도록 구성될 수 있다.

통신부는 와이어를 통해 감지체와 전기적으로 연결되어 수평 감지부의 수평 정보를 수신하도록 구성되는 통신모듈과, 통신모듈로부터 수신한 수평 감지부의 수평 정보를 표시하도록 구성되는 디스플레이부와, 수평 감지부의 수평 정보를 미리 저장된 설정 범위와 비교하여 수평 감지부(183)의 수평 정보가 설정 범위에 포함되지 않을 경우, 이를 소리 및 빛을 이용하여 외부에 알리도록 구성되는 이상감지부를 포함할 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 수납본체에 복수의 컴퓨터를 수납 가능하므로, 다수의 이용자가 동시에 컴퓨터를 사용 가능하여 편의성이 증대될 수 있다.

또한, 수납장치의 추가 설치가 불필요하므로, 비용을 절감할 수 있음은 물론, 하나의 수납장치만을 이용하기 때문에 부피를 최소화 하여 설치 공간 확보가 용이하고, 다양한 장소에 배치할 수 있다.

비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

6 : 피뢰침 7 : 진동방지부
41 : 제1회전축 42 : 제2회전축
43 : 제1발전기 44 : 제2발전기
46 : 제1회전날개 47 : 제2회전날개
72 : 상부패드 74 : 하부패드
75 : 완충부
100 : 외부본체 110 : 하부프레임
120 : 수직프레임 130 : 상부프레임
200 : 내부본체 210 : 상측 내부프레임
220 : 하측 내부프레임 230 : 수직프레임
300 : 수직지지부 320 : 중심축
331,332 : 제1,2보조수직축 500 : 과풍압방지부
522 : 제1탄성부재 520 : 상부차단판
540 : 하부차단판 542 : 제2탄성부재

Claims

지면에 안착되는 하부프레임(110)과 상기 하부프레임(110)의 상부에 수직하게 연결된 복수개의 수직프레임(120)과 상기 복수개의 수직프레임(120)의 상부에 부착되는 상부프레임(130)으로 이루어지고 내부에 공간이 형성되는 외부본체(100);
상기 외부본체(100) 내에 결합되며, 상,하측 내부프레임(210,220)과, 상기 상,하측 내부프레임(210,220)을 연결하는 수직내부프레임(230)으로 구성되며, 상기 외부본체(100)의 내측에 회전가능하도록 상하에 회전축(240)이 구비된 내부본체(200);
상기 내부본체(200)의 상,하측 내부프레임(210,220)을 관통하여 외부본체(100)의 상부프레임(130) 및 하부프레임(110)과 연결되는 중심축(320)과,
상기 중심축(320)으로부터 이격되어 수직하게 장착되는 제1보조수직축(331)과, 상기 중심축(320)의 양측에 수직하게 장착되는 복수의 제2보조수직축(332)으로 구성된 수직지지부(300);
상기 중심축(320)과 일측의 제2보조수직축(332)을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제1회전날개(46)가 장착되어 회전되는 제1회전축(41)과,
상기 중심축(320)과 타측의 제2보조수직축(332)을 수평하게 연결하며, 양단에 베어링이 결합되며 제2회전날개(47)가 장착되어 회전되는 제2회전축(42)과,
상기 제1회전축(41)에 장착되는 제1발전기(43)와,
상기 제2회전축(42)에 장착되는 제2발전기(44)를 포함하고,
상기 제1발전기(43)는 바람이 들어오는 쪽에 설치되고, 상기 제2발전기(44)는 제1발전기(43)의 후방에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍향 추적 풍력발전기.
제 1항에 있어서,
상기 제1발전기(43)의 전방에 설치되며, 과속 풍압시 전개되어 고압의 바람이 제1,2회전날개(46,47)에 직접 압력을 가하지 않도록 하여 보호하는 과풍압방지부(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍향 추적 풍력발전기.
제 2항에 있어서,
상기 과풍압방지부(500)는 상부차단판(520), 하부차단판(540)을 포함하고,
상기 상부차단판(520)은 제1보조수직축(331)의 상부에 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 일측에는 내부본체(200)의 프레임(202)과 제1탄성부재(522)로 연결되고, 후단부에는 무게추(524)가 장착되어 이루어지며,
상기 하부차단판(540)은 상기 제1보조수직축(331)의 하부에 중간부위가 힌지 결합되어 상하로 회전될 수 있고, 일측에는 내부본체(200)의 프레임(203)과 제2탄성부재(542)로 연결되고, 후단부에는 무게추(524')가 장착되어 이루어지며 상기 상부차단판(520)의 하부에 대향되게 배치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 풍향 추적 풍력발전기.