KR102531194B1 - 수직형 휴대용 풍력 발전 장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르는, 휴대용 풍력 발전 장치는, 발전기를 내장하며 날개의 회전에 중심축이 되는 수직형 회전축과, 복수의 날개를 포함하는 날개부를 구비한 풍력발전기에 있어서, 상기 수직형 회전축 측의 제1 연결부 및 상기 날개부 측의 제2 연결부를 가지는 연결부와, 상기 연결부의 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 휴대시 날개를 수직으로 접힐수 있도록 하는 접철부를 구성함을 특징으로 하도록 구성됨을 특징으로 한다.

Description

수직형 휴대용 풍력 발전 장치 및 제어방법{CONTROL METHOD AND APPARATUS IN VERTICAL PORTABIE WIND POWER GENERATOR}
다양한 실시예들은 수직형 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 날개를 접을 수 있는 수직형 휴대용 풍력 발전 장치에 관한 것이다
최근 친환경 발전설비들이 많이 개발되었는데, 그러한 예로 수력발전, 풍력발전, 태양광발전, 조력발전 등이 있다. 상기 풍력발전장치를 살펴보면, 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 전력을 발생시키는 장치로서, 불어오는 바람이 풍력 발전장치의 날개를 회전시키도록 하여 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 여기서 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력 발전기로 구분된다. 상기 수직축 풍전기는, 회전축이 바람의 방향과 관계없이 운전할 수 있어 요잉 시스템이 필요 없고, 증속기 및 발전기가 지상에 설치되어 그 하중이 비교적 적어 설치비용이 적다는 장점이 있는 반면, 단점으로는 시스템 종합 효율이 낮고 자가 기동이 불가능하며, 어느 정도 시동 토크가 요구된다. 이런 이유로 소형 풍력 발전기는 이방식을 주로 적용하고 있다. 또한 상기 수직형 소형 풍력발전장치의 경우 야외활동 중에도 외부환경에서 손쉽게 전력을 얻을 수 있어, 스마트기기와 같은 휴대 단말기를 빈번하게 사용하는 현대인들에게 각광받고 있는 전력공급 수단이다. 그러나 수직형 소형 풍력발전기는 특히 날개에 의한 회전체에서 바람의 저항을 받기 쉽도록 해야 하기 때문에 평하고 두께가 얇은 날개를 사용한다. 이러한 부재는 이동시 파손 방지를 위한 적절한 보호가 요구되는 된다. 결국 분해해야 안전하나 그때 마다 번거로움이 따르며, 이동시 과부하 등 불편을 초래하며, 작은 충격에도 파손될 위험이 있다.
일 실시예는 수식으로 동시에 날개를 접을 수 있도록 하여 이동시 부피나 날개의 파손을 방지할 수 있어 수직형 풍력 발전기의 이동성을 높일 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
일 실시예에 따르는, 휴대용 풍력 발전 장치는, 발전기를 내장하며 날개의 회전에 중심축이 되는 수직형 회전축과, 복수의 날개를 포함하는 날개부를 구비한 풍력발전기에 있어서, 상기 수직형 회전축 측의 제1 연결부 및 상기 날개부 측의 제2 연결부를 가지는 연결부와, 상기 연결부의 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 휴대시 날개를 수직으로 접힐수 있도록 하는 접철부를 구성함을 특징으로 하도록 구성됨을 특징으로 한다.
일 실시 예는 휴대용 풍력 발전 장치에 있어 수직으로 날개를 접을 수 있도록 하여 이동시에 분해에 따른 불편을 없애며, 날개의 파손을 방지할 수 있어 전체적으로 휴대에 따른 이동성을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1a은, 일 실시예에 따른, 수직형 휴대용 풍력발전기의 날개를 펴서 발전 시 정상 외형 사시도이다.
도 1 b는, 일 예에 따른 수직형 휴대용 발전 장치에서 이동 휴대를 위해 날개를 접은 상태를 도시한 예를 보인 도면이다.
도 2a는 도 1a에서 경첩부(100)을 도시한 예이다
도 2b는 도 2a의 경첩부(100)와 잠금장치(240)를 구체적으로 나타낸 한 결합예를 나타낸 사시도이다.
도 3a, 3b는 도 2a의 잠금장치(240)의 수직형 풍력충전시 날개를 펼친상태에서 잠금장치에 의해 체결과 이동시 날개를 접기 위해 잠금 장치의 해제된 상태를 표시한 도면이다.
도 4a, 4b는 날개측에 힌지(450)를 추가설치하여 날개를 접거나 펼시 작동에서 시 더 부드럽고 자유롭게 하도록 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 수직형 휴대용 풍력 발전기의 제어 블록도이다.
도 6은, 일 실시예에 따른, 수직형 휴대용 풍력발전기의 제어 흐름도이다.
개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “사이에”와 “바로~사이에” 또는 “에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 1a는 일실예에 따른 수직형 휴대용 풍력 발전기의 충천시 날개를 편 상태의 사시도이다. 수직형 풍력 발전 장치는, 회전에 의해 전기를 발생하는 발전기를 포함하며, 날개(150,160,170)의 회전의 중심축이 되는 수직회전축(130)은 연결부(154,152,162,164)에 의해 결합된다. 상기 날개(150,160,170)은 상기 연결부(152,154,162)의 각각의 사이에 날개(150,160,170)를 접을시 수직회전축(130)의 방향으로 접히도록 하기 위해 접철부인 경첩부(230)를 설치한다. 접철부(230)는 경첩 또는 힌지등 이와 같은 동일기능의 여러가지 사용될 수 있다.
따라서 도1a의 예와 같이 날개(150,160,170)가 펼쳐 질시 연결부(152,154,162)는 경첩부(230)에 의해 수평으로 펼쳐지며, 연결부(142,154,162)의 한단 즉 경첩부(230)의 반대측에 설치된 고정장치(240)에 의해 결착고장 되어 날개가 안정적으로 회전 유지하도록 한다. 따라서 바람이 불어 날개(150,160,170)에 닿으면 수직 회전축(130)을 기준으로 회전되어 일정 속도 및 시간 이상이 되면, 발전기는 발전되어 충전기(도시하지 않았음)에 충전되거나 전기를 필요로 하는 기기에 전력을 제공한다. 통상 풍력 발전 상태는 도 1a의 예와 같은 경우이나 휴대용이라 날개는 이동이나 보관을 용이토록 하기에는 불편하기 때문에 날개(150,160,170)를 접어야 한다.
도 1b는 수직 휴대용 풍력발전기를 이동이 필요시 날개(150.160.170)을 접었을 예이다. 상기 도 1b의 접힌 상태의 날개(150,160,170)는 소정 조작에 의해 상기 경첩부(230)에 의해 수직축 방향으로 접혀진다. 도 2a는 수직회전축(130)과 연결되는 연결부(210)와 날개(150,160,170)와 연결되는 연결부(220)의 사이에 경첩부(230)의 설치 예를 도시 것이며, 상기 경첩부(230)의 반대편 연결부(210,220)의 하단에 잠금장치(240)를 설치한 예이다. 이는 도 2b에서 상기 연결부(210)와 (220)에 경첩부(230)과 잠금 장치(240)를 설치한 구조 결합사시도이다. 상기 잠금장치(240)은 상기 연결부(210,220)의 하단에 브라켓(340,310)를 사용하여 고정시키되, 상기 브라켓(340)의 일측에 고정볼트(355)를 사용하고, 상기 타측부라켓(310)에 회전볼트(366)를 사용하여 잠금바(330)을 설치한다. 상기 고정볼트(355)는 브라켓(340)에 결착되지만 잠금바(240)의 움직임에 따른 유격이 있도록 하며, 회전볼트(366)는 사용자에 의해 수동으로 돌려 결착/해제 조절할 수 있다. 상기 조절 볼트(366)측에 잠금바(330)의 일측 끝단의 돌기(367)를 이용하여 사용자가 잠금바(330)의 결착과 해제시 손잡이로 이용되어질 수 있다.
도 3a는 잠금바(330)의 결착으로 풍력 충전 정상상태 모드로서, 날개(150,160,170)를 펼침에 따라 경첩부(230)에 의해 연결부(210,220)이 수평으로 고정되며, 잠금바(330)에서 회전볼트(366)를 조절하여 잠기면 날개(150,160,170)가 회전시 흔들림 없이 안전한 회전을 도운다.
도 3b는 잠금바(330)의 해제로써, 휴대용 수직 풍력발진기를 이동시 날개(150,160,170)를 접고자 할시 회전볼트(35)을 풀어 사용자가 돌기(367)를 잡고 잠금바(330)를 타측으로 젖혀 잠금을 풀어 해제한 상태를 보인 예이다.
도 4a, 4b는 또다른 실시예로서, 수직회전축 방향의 각 날개(150)의 내측과 날개측 연결부(220)의 끝단에 힌지(450)를 설치하고, 힌지(450)의 반대측 연결부(152)의 하단에 날개(150)들의 지지를 위한 지지대(460)를 설치한다. 상기 지지대(460)는 푸쉬 버튼 록킹 형태로, 날개를 펼시 도 4a와 같이 돌출되어 날개(150)와 연결부(152)를 안전하게 지지토록 한 것이며, 도 4b와 같이 날개(150)를 펴칠 시 지지대(460)를 누르면 탈출 해제시킬 수 있다. 결국, 날개(15,160,170)와 고정을 위한 힌지(450)에 의해 날개를 접힐 시 유연한 동작과 접힘에 따른 날개의 결합 구속력을 높이기 위함이다.
도 5는 일 실시예에 따른 휴대용 수식형 풍력 발전기 제어 블럭도로서, 휴대용 수직 풍력발전기에서 작동 시 발생되는 모든 상태를 감지하는 센서(530)와, 상기 센서(530)의 감지상태를 읽어 조건 및 기준에 따라 처리하여 상기 휴대용 수직풍력발전기의 안정적인 구동을 제어하는 프로세서(520)와, 상기 프로세서(520)의 출력에 의해 상기 휴대용 수직풍력발전기에 각부에 부착된 구동부를 작동하는 엑츄에이터(510)로 구성된다.
상기 프로세서(520)는 예를 들어, ALU, FPGA 및/또는 CPU를 포함할 수 있다. 프로세서(520)의 개수는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 듀얼 코어, 쿼드 코어 또는 헥사 코어(hexa core)에 기반하여, 상기 프로세서(520)가 전자 장치(500) 내에 포함될 수 있다. 상기 센서(530)들은, 풍력 발전 장치의 날개 연결부 또는 날개부에 설치되어 이들에서 받는 힘 또는 압력에 대한 데이터를 측정하고 측정한 값을 데이터 또는 전기적 신호로 프로세서(520)로 전달할 수 있다.
상기 센서(530)들은, 압력 센서, 힘 센서, 중량 센서 등을 포함할 수 있다. 상기 액츄에이터(510)는, 복수로 구비되어 풍력 발전 장치의 연결부(210,220)의 각도를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 풍력 발전 장치의 동작 상태에서 바람이 강하게 불 경우, 풍력발전 장치의 복수의 날개들이 받는 힘 또는 복수의 날개 연결부들이 받는 힘은 풍력 발전 장치를 고장 나게 하는 원인일 수 있다.
예를 들어, 도 6의 예와 같이 판단 결과에 기반하여 복수의 연결부(210,220) 및 액츄에이터(510)를 제어할 수 있다(630). 프로세서(520)는, 상기 센서(530)로부터, 상기 복수의 날개들이 받는 힘 또는 압력값, 또는 복수의 날개 연결부(210,220)들이 받는 힘 또는 압력값에 대한 데이터를 획득할 수 있으며(610), 또한 프로세서(520)는, 현재 상태에서 센서(530)로부터 획득된 센싱 데이터와 미리 지정된 기준데이터를 비교할 수 있다(620).
상기 프로세서(520)는, 풍력 발전 장치의 복수의 날개(150) 복수의 날개 연결부들이 받는 힘이 미리 지정된 기준데이터 이상인 경우, 액츄에이터(510)를 제어하여, 날개 연결부들을 형성하는 연결부들이 이루는 각도를 일정 범위내로 최적의 상태로 각도로 조절할 수 있다
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 발전기를 내장하며 날개의 회전에 중심축이 되는 수직형 회전축과, 복수의 날개들을 포함하는 날개부를 구비한 휴대용 풍력 발전 장치에 있어서,
    상기 수직형 회전축 측의 제1 연결부 및 상기 날개부 측의 제2 연결부를 가지는 연결부와,
    상기 연결부의 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에 휴대시 날개를 수직으로 접힐 수 있도록 하는 접철부와,
    상기 연결부를 기준으로, 상기 접철부가 배치된 제1 면의 반대되는 제2 면에 배치되고, 상기 날개부의 펼침과 접을시 상기 접철부의 고정을 위한 잠금 장치를 포함하고,
    상기 잠금 장치는,
    상기 연결부의 상기 제2 면에 배치되는 제1 브라켓 및 제2 브라켓;
    상기 날개부의 펼침과 접을 시 상기 연결부의 고정을 유지도록 하는 잠금바;
    상기 잠금바를 상기 제1 브라켓에 고정하기 위한 제1 볼트; 및
    상기 날개부의 펼침 시, 상기 잠금바를 상기 제2 브라켓에 고정하고, 상기 날개부의 접힘 시, 상기 잠금바 및 상기 제2 브라켓과의 해제를 위한 위한 제2 볼트를 포함하는,
    휴대용 풍력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접철부는 경첩으로 구성되는 휴대용 풍력 발전 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 회전축의 각 날개의 내측과 상기 연결부의 끝단에 설치된 힌지 및 날개의 지지를 위한 지지대를 더 포함하고,
    상기 힌지의 적어도 일부는, 상기 제1 면에 배치되고,
    상기 지지대는 상기 연결부의 상기 제2 면에 배치되는,
    휴대용 풍력 발전 장치.

  6. 삭제
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