KR20030028047A - 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 날개의 형성이 개선됨으로써, 날개의 회전을 방해하는 공기의 저항이 작아지므로 고효율의 발전을 이룰 수 있도록 한 풍력 발전기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전기는 풍력 발전기에 있어서, 바람의 방향에 따라 회전 운동되도록 설치됨으로써, 바람과 대향되는 면을 형성하여 구동력을 발생시키고, 나머지 부위는 공기 저항이 최소화되도록 바람과 동일한 방향으로 회전되는 다수의 날개가 설치된 풍차 조립체와, 상기 풍차 조립체의 구동력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기와, 상기 풍차 조립체와 발전기 사이에 설치되어 상기 풍차 조립체의 구동력을 상기 발전기에 전달하도록 하는 동력전달수단이 포함되어 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

풍력 발전기 {A wind type dynamo}

본 발명은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 날개의 형성이 개선됨으로써, 공기의 저항이 작아지므로 고효율의 발전을 이룰 수 있도록 한 풍력 발전기에 관한 것이다.

일반적인 풍력 발전기는 주로 바람개비 모양의 풍차를 이용하여 바람에 의해 회전 운동되는 풍차의 구동력을 벨트나 체인, 기어 등의 동력전달수단으로 발전기의 회전자를 구동시켜 회전자의 둘레면 내지는 내주면에 설치되는 고정자와의 전기적인 마찰에 의해 전기가 생성되도록 한다.

아울러, 종래의 풍력 발전기는 바람의 방향에 따라 상기 풍차가 지지되는 베이스 전체가 구동될 수 있도록 하는 장치가 설치되어 바람의 방향이 바뀌어도 이에 호환될 수 있도록 하는 방향전환장치가 구비되기도 한다.

그러나, 종래 기술에 의한 풍력 발전기는 바람개비 모양의 풍차 및 풍차의 방향을 변환시키는 구동장치 등이 설치되고, 이에 의해 연동되는 하나의 발전기에 의해 전기 에너지가 생성되기 때문에 바람의 운동이 풍차의 회전운동으로 변환되는 효율이 높지 않으므로 바람의 세기가 6 ~ 7 ㎧가 되어야 발전을 이룰 수 있는 문제점이 있다.

아울러, 종래 기술에 의한 풍력 발전기는 초기 설치비용이 많이 소요되며, 폭풍 시에 파손의 위험이 크고, 풍량의 변화에 따라 전압이 가변되어 발전을 이루는데 소요되는 설치비용, 생산비용, 관리비용을 절감키 어려운 고가의 생산을 이루어야 하며, 일정한 전압의 전기가 생성되는 안정된 발전을 이루기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바람의 운동량을 전기 발전에 필요한 회전운동으로 변환시키는 풍차에 다수개의 날개가 회전 가능하게 설치됨으로써, 바람이 불규칙적으로 진행 방향을 바꾸어도 바뀐 진행 방향에 의해 구동될 수 있으므로 높은 효율의 발전을 이룰 수 있어 풍속이 3㎧만 되어도 발전을 이룰 수 있고, 설치 및 수리에 소요되는 비용 또한 절감할 수 있도록 한 풍력 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력 발전기가 도시된 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 풍력 발전기의 풍차 조립체가 도시된 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 풍력 발전기의 날개가 도시된 작동도,

도 4는 본 발명에 의한 풍력 발전기의 발전기가 도시된 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 풍차 조립체 12 : 풍차 본체

14 : 날개 16 : 보조축

18 : 회전축 20 : 발전기

22 : 구동축 24 : 권선코일

25 : 영구자석 26 : 전자석 코일

28 : 저항 29 : 전자 접속기

30 : 동력전달수단 32 : 벨트

34 : 기어박스

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전기는 풍력 발전기에 있어서, 바람의 방향에 따라 회전 운동되도록 설치됨으로써, 바람과 대향되는 면을 형성하여 구동력을 발생시키고, 나머지 부위는 공기 저항이 최소화되도록 바람과 동일한 방향으로 회전되는 다수의 날개가 설치된 풍차 조립체와, 상기 풍차 조립체의 구동력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기와, 상기 풍차 조립체와 발전기 사이에 설치되어 상기 풍차 조립체의 구동력을 상기 발전기에 전달하도록 하는 동력전달수단이 포함되어 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 풍력 발전기의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력 발전기가 도시된 구성도이다.

본 발명에 따른 풍력 발전기는 다수개의 풍차가 동시에 구동될 수 있도록 설치된 풍차 조립체(10)와, 상기 풍차 조립체(10)에 의해 구동되어 발전을 이루며, 다수개가 병렬로 연결되어 설치되는 발전기(20)와, 상기 풍차 조립체(10)와 발전기(20) 사이에 설치되어 풍차 조립체(10)의 구동력을 발전기에 전달하는 동력전달수단(30)이 포함되어 구성된다.

도 2는 본 발명에 의한 풍력 발전기의 풍차 조립체가 도시된 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 풍력 발전기의 풍차 조립체가 도시된 작동도이다.

상기 풍차 조립체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 회전축(18)과, 원판으로 형성되고, 상기 회전축(18)에 일정 간격을 유지하도록 설치되어 바람에 의해 회전 운동되는 다수개의 풍차 본체(12)와, 상기 풍차 본체(12)의 상면에 회전 중심으로부터 원의 법선 방향으로 일정 간격을 유지하며 형성된 다수개의 보조축(16)에 회전 가능하게 설치되어 바람의 운동을 상기 풍차 본체(12)의 회전 운동으로 변환시키는 날개(14)가 포함되어 구성된다.

여기서, 상기 날개(14)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 보조축(16)에 회전 운동이 가능하도록 설치되기 때문에 바람의 방향과 대향되는 면의 날개(14)는 풍차 조립체의 내측으로 접혀짐으로써, 다음 보조축(16)에 맞닿아지므로 바람의 방향과 대향되는 면을 형성하여 상기 풍차 조립체(10)가 회전 운동되도록 한다.

이후, 상기 날개(14)는 도 3에 도시된 B점을 지날 때까지는 내측으로 접혀진상태를 유지하고, B점을 지나면 바람의 방향과 같은 방향을 유지하도록 풍차 조립체의 외측으로 펼쳐지므로 풍차 조립체가 회전 운동함에 있어 반작용이 생성되는 것을 방지하도록 한다.

아울러, 상기 날개(14)는 도 2에 도시된 A점을 지나면서 다시 풍차 조립체의 내측으로 접혀져 풍차 조립체가 회전 운동되도록 한다.

도 4는 본 발명에 의한 풍력 발전기의 발전기가 도시된 회로도이다.

상기 발전기(20)는 상기 풍차 조립체(10)에서 생성되는 구동력을 전달하는 구동축(22)과, 상기 구동축(22)에 설치되어 회전 운동되는 다수개의 권선 코일(24)과, 상기 권선 코일(24)의 둘레면에 일정 간격을 유지하며 설치되어 상기 권선 코일(24)의 구동으로 전기가 생성되도록 하는 다수개의 전자석 코일(26)과, 상기 전자석 코일(26) 및 권선 코일(24)과 직렬로 연결되어 발전기에서 생성되는 전기의 전압이 일정하도록 하는 다수개의 저항(28)과, 상기 구동축(22)의 구동에 따라 접속 또는 단락되어 각각의 권선 코일(24)과, 전자석 코일(26) 사이에서의 발전 여부를 결정하는 다수개의 전자 접속기(29)와, 상기 구동축의 일 측 단부에 설치되어 발전을 행하는 영구자석(25)이 포함되어 구성된다.

이로써, 상기 풍차 조립체(10)가 구동되어 그 회전력에 의해 상기 구동축(22)이 회전되면 상기 구동축(22)과 같이 구동되는 권선 코일(24) 및 전자석 코일(26), 영구자석(25)의 작용에 의해 발전 작용이 이루어진다.

상기 저항(28)은 각각의 전자석 코일(26)과 각각의 권선 코일(24) 사이에 다수개가 설치되는 바, 상기 권선 코일(24)로 전달되는 회전력의 크기가 변화되어도일정한 전압의 전기를 생산하도록 한다.

상기 동력전달수단(30)은 각각의 상기 풍차 조립체(10)에 설치된 회전축(18)이 동시에 그 구동력을 전달할 수 있도록 회전축(18)의 하단부에 베벨기어가 설치되고, 이 베벨기어에 의해 방향이 전환된 구동력이 발전기(20)로 전달되도록 각각의 종동기어를 연결하는 벨트(32)가 설치되며, 상기 발전기(20)의 입력축에는 상기 벨트(32)에 의해 전달되는 회전 운동을 발전기에 적당한 회전 속도로 제어하는 기어 박스(34)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 풍력 발전기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 바람이 불면 상기 날개(14)가 회전 운동되어 풍차 조립체(10)의 내측으로 접혀지고, 이로써, 바람과 대향되는 면이 형성되어 풍차 조립체(10)가 구동되고, 바람과 대향되는 면을 형성하여 풍차 조립체(10)를 구동시킨 날개(14)는 도 2에 도시된 B점을 지나면서 풍차 조립체(10)의 외측으로 회전 운동된다.

상기 날개(14)는 도 2에 도시된 B에서 A점까지 바람의 방향과 동일한 방향으로 보조축(16)을 중심으로 회전되면서 이동되어 풍차 조립체(10)의 구동에 저해되는 공기 저항을 최소화시킨다.

이때, 상기 날개(14)는 상기 보조축(16)을 중심으로 회전 운동이 가능하도록 설치되기 때문에 상기한 바와 같이 공기 저항이 저감되어 고효율의 발전을 이룰 수 있음과 동시에 상기 풍차 조립체(10)가 구동 중에 바람의 방향이 급변하여도 상기 날개(14)가 바람의 방향과 동일한 위치로 상기 보조축(16)을 중심으로 회전 운동되어 원활한 풍차 조립체(10)의 구동을 이룰 수 있다.

이러한 작동에 의해 생성된 구동력은 상기 벨트(32)를 통해 상기 발전기(20)의 권선 코일(24)을 회전시키고, 구동되는 권선 코일(24)과 전자석 코일(26)과 영구자석(25)이 전기적 작용에 의해 발전을 행한다.

여기서, 상기 발전기(20)의 작동을 살펴보면 먼저, 상기 구동축(22)이 회전되면 구동축(22)과 동시에 구동되는 영구자석(25)에 의해 전기가 발생되고, 발생된 전기는 각각의 전자석 코일(26)에 전기를 공급하고, 전기가 공급된 전자석 코일(26)은 상기 구동축(22)에 설치된 권선 코일(24)과의 사이에 부하가 생성되어 발전을 행한다.

이때, 바람의 세기가 작아져 풍차 조립체(10)의 회전이 줄고, 이로써, 상기 구동축(22)의 회전력이 작아지면 상기 영구자석(25)으로부터 공급되는 전압이 낮아지므로 도 4에 도시된 전자 접속기(29)는 우측에서부터 단계적으로 오프됨으로써, 상기 전자석 코일(26)과 권선 코일(24) 사이의 부하가 단계적으로 제거되어 일정치 이상의 전압으로 전기가 생성되고, 아울러, 바람의 세기가 높아지면 영구자석(25)에서 공급되는 전기의 전압이 상승되어 도 4에 도시된 전자 접속기(29)는 좌측으로부터 온 되어 상기 전자석 코일(26)에 전기가 공급되고, 상기 권선 코일(24)과의 사이에 부하가 발생되어 발전 작업을 행하도록 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 풍력 발전기는 풍차 본체의 상면에 다수개의 보조축에 의해 회전 가능하게 설치되어 바람의 방향에 따라 회전되는 날개가 설치됨으로써, 바람의 진행 방향과 대향되는 면을 형성하여 풍차 본체를 구동시킴과 동시에 다른 측에 설치된 날개는 바람의 진행 방향과 동일한 방향으로 회전되면서 이동되므로 공기 저항을 최소화할 수 있어 고효율의 발전을 이룰 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 풍력 발전기에 있어서;

   바람의 방향에 따라 회전 운동되도록 설치됨으로써, 바람과 대향되는 면을 형성하여 구동력을 발생시키고, 나머지 부위는 공기 저항이 최소화되도록 바람과 동일한 방향으로 회전되는 다수의 날개가 설치된 풍차 조립체와;

   상기 풍차 조립체의 구동력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기와;

   상기 풍차 조립체와 발전기 사이에 설치되어 상기 풍차 조립체의 구동력을 상기 발전기에 전달하도록 하는 동력전달수단이 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 풍력 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 풍차 조립체는 원판 모양으로 형성되어 구동되는 다수개의 풍차 본체와; 상기 풍차 본체가 동시에 구동될 수 있도록 상기 풍차 본체 각각의 회전 중심을 연결하는 회전축과; 상기 풍차 본체 각각의 상면에 형성된 다수개의 보조축에 회전 가능하게 설치된 날개가 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 풍력 발전기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 보조축은 상기 풍차 본체의 회전 중심으로부터 둘레면까지의 직선, 즉 법선 상에 설치되는 바, 다수의 법선 상에 다수개가 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 날개는 상기 보조축과 보조축 사이의 거리와 비교하여 상대적으로 길게 형성되어 바람에 의해 상기 풍차 본체 내측으로 회전되면 근접한 상기 보조축에 지지되어 바람과 대향되는 면을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 발전기는 상기 풍차 조립체에 의해 구동되는 구동축과; 상기 구동축의 일 측 단부에 설치되어 발전을 행하는 영구자석과; 상기 구동축에 설치되어 회전되면서 발전을 행하는 다수개의 권선 코일과; 상기 영구자석에서 발생된 전기가 공급되어 발전을 행하도록 상기 권선 코일의 둘레에 일정 간격을 유지하며 설치된 다수개의 전자석 코일과; 상기 구동축의 구동력이 감소되면 단계적으로 오프됨으로써, 상기 권선 코일과 전자석 코일 사이에 생성되어 발전을 이루는 부하가 단계적으로 제거되고, 이로써, 상기 구동축의 회전수가 유지되어 설정치 이상의 전압이 발생되도록 상기 영구자석과 다수개의 상기 전자석 코일 사이에 설치되는 다수개의 전자접속기가 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 풍력 발전기.