KR200326715Y1 - 조속수단을 갖는 풍력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 불균일하고 강한 해풍에 적절하게 대응하면서 기계적인 장치의 파손없이 풍력을 얻을 수 있도록 한 조속수단을 갖는 풍력 발전장치에 관한 것으로, 제1축(20)에 풍력을 받는 복수개의 풍차날개(24)를 회전가능하게 설치하고, 제1축을 중심으로 풍향에 따라 위상을 달리하여 회전되는 꼬리날개(26)가 포함된 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 꼬리날개(26)의 반대편에는 상기 풍차날개(24)와 연동회전 하여 유입되는 바람을 막아내고, 경우에 따라 상기 풍차날개로 유입되는 바람의 풍량을 조절할 수 있도록 원주방향으로 선회 조절되는 바람막이겸 풍량조절판(30)을 설치하고, 상기 바람막이겸 풍량조절판(30)의 선회 동작을 작동시키기 위한 구동수단을 구비하고, 상기 구동모터(M)를 상기 풍차날개(24)가 연결된 제1축(20)의 속도에 따라 온/오프 제어하기 위한 조속용 스위칭수단을 더 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

조속수단을 갖는 풍력 발전장치{Wind power device having speed regulator}

본 고안은 바람을 이용하여 전기에너지를 얻기 위한 풍력 발전장치에 관한 것으로, 특히 불균일하고 강한 해풍에 적절하게 대응하면서 기계적인 장치의 파손없이 풍력을 얻을 수 있도록 한 조속수단을 갖는 풍력 발전장치에 관한 것이다.

바람의 힘을 이용한 풍력 발전장치는 고갈되는 화석자원에 대체될 에너지 자원의 한 부분이 될 수 있다.

풍력발전장치를 구동시키는 바람은 그 세기나 풍향, 지형, 지역, 계절 등의 영향을 받는다.

따라서 풍력 발전장치는 이러한 바람의 영향 요소들에 유연하게 대처하면서 안정적으로 동작하여야 한다. 특히 해풍을 이용하는 경우 그 바람의 세기가 상당하여 풍력에 적절하게 대응하는 작동의 유연성 및 안정성이 필요하다.

종래, 공개된 풍력을 이용한 풍차 발전장치가 대한민국특허청 공개특허공보 특2000-0067567호(2000.11.25)에 개시되어 있다.

이는 일축상에 풍력을 받는 복수개의 풍차날개를 회전가능하게 설치하고, 그 동축상에 풍향에 따라 위상을 달리하는 꼬리날개를 설치하고, 이 꼬리날개의 반대편에는 풍차날개의 회전축을 중심으로 하여 한쪽 바람을 막아내는 유도판을 배치시킨 구조로 이루어져 있다.

따라서 바람이 어느 한쪽으로부터 불어오게 되면 꼬리날개는 그 반대편 쪽으로 위치하고 동시에 꼬리날개와 반대쪽에 연결된 바람막이 유도판이 불어오는 바람이 한쪽을 막아 풍차날개가 일방향으로 회전하게 되어 있다.

이와 같은 구조의 풍력 발전장치는 해풍을 이용하거나 돌풍을 받게 될 경우 풍력날개가 받는 힘은 급수적으로 증대된다.

따라서 풍력 발전 장치의 발전용량을 증가시키기 위해 풍차날개의 풍력을 받는 면적을 증가시키는 데에는 장치의 높이나 안정성을 고려하여 제한되어야만 한다.

이는 풍력을 많이 받기 위해 날개의 너비나 전체 높이를 증대시킬 경우 강한 해풍이나 돌풍에 의해 장치의 파손이 야기되기 때문이다.

따라서 본 고안은 강한 해풍이나 돌풍을 받게 되더라도 이를 적절하게 조절하여 장치의 안정성을 돌보면서 많은 발전을 할 수 있는 조속수단을 갖는 풍력 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 풍력발전장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 고안의 적용상태를 예시한 평면도.

도 3a,3b는 본 고안에 적용되는 조속용 스위칭 장치의 구성도로서 작동 상태도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

24 : 풍차날개

30 : 바람막이겸 풍량조절판

44 : 피니언기어

46 : 섹터기어

48 : 연결암

62 : 조속기축

63 : 무게추

64 : 회동레버

66 : 스위칭 작동핀

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 풍력발전장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 고안의 적용상태를 예시한 평면도이고, 도 3은 본 고안에 적용되는 조속용 스위칭 장치의 구성도로서 작동상태도이다.

본 고안은 도 1,2와 같이 동축상으로 제1축(20)과 제2축(22)이 구비된다. 상기 제2축(22)은 제1축(20)의 상단부에 삽입되어 베어링으로 회전지지되어 있다.

여기서 제2축(20)이라 함은, 후술할 구동모터(M)를 장착시키기 위한 충분한면적과 지지구조를 갖고, 제1축(20)을 중심으로 자유롭게 회전이 가능하도록 된 부분을 가리킨다.

따라서 제2축(20)은 제1축(20)의 회전 동작과 관계없이 독립적으로 움직일 수 있다.

상기 제1축(20)에는 풍력을 받는 복수개의 풍차날개(24)가 동일 간격 하에 연결 고정되어 있고, 상기 제1축(20)은 풍차날개(24)와 함께 회전하게 되어 있다.

상기 제2축(22)에는 풍향에 따라 위상을 달리하는 꼬리날개(26)가 연결 고정되어 있다. 이 꼬리날개(26)는 후술할 바람막이겸 풍량조절판(30)의 위치를 잡는 역할을 한다. 꼬리날개(26)는 바람이 불어오는 쪽의 반대쪽을 향하여 위치되며, 꼬리날개(26)의 위치가 바뀔 때마다 제2축(20)이 회전된다.

상기 꼬리날개(26)의 반대편에는 상기 제2축(22)에 연결되어 풍차날개(24)의 회전축(24)을 중심으로 하여 한쪽 바람을 막아내고 경우에 따라 상기 풍차날개로 유입되는 바람의 풍량을 조절할 수 있도록 원주방향으로 선회 조절되는 바람막이겸 풍량조절판(30)이 설치되어 있다.

상기 바람막이겸 풍량조절판(30)은 도 2의 평면도에서 본 경우 그 원호 길이를 이루는 각도가 적어도 90도 보다 크고 180도 이내가 바람직하다.

바람막이겸 풍량조절판(30)은 회전 동작시 마찰력을 줄이기 위해 일례로, 그 저면에 복수개의 롤러(32)가 설치되고, 이 롤러(32)는 가이드레일(34)을 따라 구름운동하도록 구성할 수 있다.

본 고안은 상기 바람막이겸 풍량조절판(30)의 선회 동작을 작동시키기 위한수단으로 구동장치를 갖는다.

상기 구동장치는 일실시예로, 상기 제2축(22)에 고정 장착된 구동모터(M)와, 상기 구동모터(42)의 출력단에 연결된 피니언기어(44)와, 상기 피니언기어(44)와 내접으로 이맞물림된 섹터기어(46)와, 상기 섹터기어(46)와 상기 바람막이겸 풍량조절판(30)과 연결된 연결암(48)으로 구성되어 있다.

상기 구동모터(42)는 바람직하게는 감속장치를 갖는 기어드 모터가 될 수 있다.

상기 섹터기어(46)는 내면에 치형이 형성되어 있어 피니언기어(44)와 동일한 회전방향으로 회전한다.

따라서 상기 구동모터(42)가 어느 일방으로 회전 구동하면 피니언기어(44)에 이맞물림된 섹터기어(46)가 동일 방향으로 회전하고, 섹터기어(46)에 연결된 연결함(48)을 매개로 바람막이겸 풍량조절판(30)을 회전 동작시키게 된다.

예로, 도 2에서 피니언기어(44)가 반시계방향으로 회전하면 바람막이겸 풍량조절판(30)도 반시계방향으로 회전하여 풍량의 유입을 감소시키고, 반대로 피니언기어(44)가 시계방향으로 회전하면 바람막이겸 풍량조절판(30)도 시계방향으로 회전하여 풍량의 유입이 증대된다.

본 실시예에서는 바람막이겸 풍량조절판(30)이 전체 원둘레의 1/2에 해당하는 원호길이를 가지고 있다. 따라서 바람막이겸 풍량조절판(30)은 풍차날개(24)로 유입되는 전체 바람을 막아낼 수 있다.

본 고안은 상기 구동모터(42)의 정역회전을 제어하여 제1축(20)의 속도를 조절하기 위한 조속용 스위치수단을 더 갖는다.

상기 조속용 스위칭수단은, 일실시예로 도 3a 및 3b와 같이 상기 제1축(20)에 연동하여 원주방향으로 회전하는 회전휠(60)에 대향되게 설치된 한쌍의 조속기축(62,62)과, 상기 조속기축(62,62)의 상단에 각기 힌지 설치되고 일단에 각기 무게추(63)를 갖는 회동레버(64)(64)와, 상기 조속기축(62,62)의 중앙에 상기 회전휠(60)을 관통하여 배치되고 상방으로 스프링(65)력을 받는 스위칭 작동핀(66)과, 상기 스위칭 작동핀(66)의 양단부에 배치되어 스위칭 작동핀(66)의 누름동작에 따라 스위칭 동작하여 상기 구동모터(M)를 정역회전 동작시키는 전기회로에 연결된 상,하 스위치(68,69)를 포함한다.

상기 조속기축(62,62)은 제1축(20)이 회전하는 속도에 비례하여 회전하는 축(100)에 연동하여 무게추(63)와 함께 회전하게 되어 있고, 상기 무게추(63)는 조속기축(62,62)이 스위칭 작동핀(66)을 중심으로 하는 원심력이 커질 때 상방으로 회동하고, 이에 의해 회동레버(64,64)가 힌지를 중심으로 상향 회동하며, 동시에 회동레버(64,64)의 내측 단부가 스위칭 작동핀(66)을 하방으로 눌러 하측 스위치(69)가 온 작동하게 되어 있다.

한편, 무게추(63)의 원심력이 작을 경우 즉, 스프링(65)력을 이기고 하강할 수 없는 정도에서는 상측 스위치(68)의 동작으로 구동모터(M)는 풍량 유입을 증가시키는 쪽으로 역회전하게 되어 있고, 이때 정지신호는 도시안된 감지센서로 감지하여 구동모터(M)를 정지 제어할 수 있다.

따라서, 본 고안은 강한 풍속으로 인해 풍차날개(24)에 연결된 제1축(20)이필요 이상의 회전수로 회전하게 되면 장치를 보호하기 위해 조속장치를 통해 하측 스위치(69)의 작동에 의해 구동모터(M)가 구동하고, 구동모터(M)의 동력을 받는 섹터기어(46)의 회전으로 바람막이겸 풍량조절판(30)을 도 2에서 반시계방향으로 회전시켜 풍차날개(24)로 유입되는 풍량을 감소시키는 원리를 갖는다.

미설명 부호 'G1~G4'는 기어이고, 'V'는 벨트이다.

다음, 본 실시예의 작용을 설명한다.

먼저, 도 2에서 화살표(K)로 도시한 어느 한 방향에서 바람이 불어오게 되면 타 방향으로 꼬리날개(26)가 위치한다. 꼬리날개(26)의 위치 동작에 의해 바람막이겸 풍량조절판(30)은 꼬리날개(26)의 반대편에 위치한다.

이 상태에서 바람막이겸 풍량조절판(30)은 제1축(20)을 중심선상으로 하여 2등분한 것 중에 한쪽 부분을 차단하게 된다. 따라서 풍량은 바람막이겸 풍량조절판(30)에 의해 차단되지 않는 쪽으로 유입되어 풍차날개(24)를 치게 된다.

풍차날개(24)는 풍력에 의해 제1축(22)을 중심으로 도 2에서 반시계방향으로 회전하고, 제1축(20)에 연결된 도시안된 발전장치를 구동시켜 전기를 생산하게 된다.

한편, 돌풍이나 강한 해풍이 발생하게 되면, 풍차날개(24)는 큰 풍력을 받게 되므로 제1축(20)의 회전수는 급수적으로 증가하게 된다.

따라서 제1축(20)에 연결된 조속기축(62,62)도 그 회전수가 증가하고 무게추(63)가 받는 원심력도 증가하여 스프링(65)력을 이기고 회동레버(64,64)가 상향 회전하고, 이에 연동적으로 스위칭 작동핀(66)이 하강하여 하측 스위치(69)를 누름하여 구동모터(42)를 구동시키게 된다.

상기 구동모터(42)의 회전으로 피니언기어(44)와 내접으로 이맞물림된 섹터기어(46)가 회전하고 연결암(48)을 매개로 바람막이겸 풍량조절판(30)이 도 2에서 반시계방향으로 회전시켜 풍차날개(24)로 유입되는 풍량을 감소시키게 된다.

풍차날개(24)로 유입되는 풍량이 감소되면 풍차날개(24)가 받는 바람의 세기는 약해져 제1축(20)의 회전수는 다시 감소하게 된다.

제1축(20)의 회전수가 감소하여 무게추(63)의 원심력이 작아지면 스프링(65)의 복원력에 의해 스위칭 작동핀(66)이 다시 상승하여 상측 스위치(68)가 온되고 구동모터(M)는 역회전하여 바람막이겸 풍량조절판(30)은 시계방향으로 역동작하고, 풍차날개(24)로의 풍량은 다시 증가하게 된다.

이와 같이 본 고안의 장치는 풍속의 세기에 따라 유동적으로 바람막이겸 풍량조절판(30)이 조절되어 과도한 풍속으로 인한 장치의 보호가 가능하다.

또한 이로 인해 본 고안은 풍차날개(24)의 면적에 영향을 주는 높이와 너비를 증대시킬 수 있다. 또한 강한 돌풍이나 해풍이 불 경우 바람막이겸 풍량조절판(30)의 이동 동작에 따른 유입 풍량을 조절하므로 안정되고 적정하게 제1축(20)이 회전 구동하므로 발전에너지를 얻는데 유리하다.

따라서 본 고안의 조속수단을 갖는 풍력 발전장치를 하나의 모듈로 본다면 일렬로 배열 설치되어 사용될 수 있다.

이럴 경우 본 고안의 풍력장치 모듈은 풍량이나 풍속의 상이로 인해 서로 다른 회전수를 얻을 수 있고, 이럴 경우 제1축(20)의 회전수도 서로 다르므로 바람막이겸 풍량조절판(30)은 각기 제어가 된다.

상술한 바와 같이 본 고안의 조속수단을 갖는 풍력 발전장치에 따르면 유입되는 풍량이 필요 이상일 경우 이를 감소시키고 그렇지 않을 경우 유입 풍량을 최대한 허용토록 하여 안정적으로 동작될 수 있다. 따라서 본 장치의 파손방지는 물론 풍량을 최대한 받을 수 있도록 장치를 실질적으로 구축할 수 있는 유용한 고안이다.

Claims (2)

1. 제1축(20)에 풍력을 받는 복수개의 풍차날개(24)를 회전가능하게 설치하고, 제1축을 중심으로 풍향에 따라 위상을 달리하여 회전되는 꼬리날개(26)가 포함된 풍력 발전 장치에 있어서,

   상기 꼬리날개(26)의 반대편에는 상기 풍차날개(24)와 연동회전 하여 유입되는 바람을 막아내고, 경우에 따라 상기 풍차날개로 유입되는 바람의 풍량을 조절할 수 있도록 원주방향으로 선회 조절되는 바람막이겸 풍량조절판(30)을 설치하고;

   상기 바람막이겸 풍량조절판(30)의 선회 동작을 작동시키기 위한 구동수단을 구비하고;

   상기 구동수단은,

   상기 제1축(20)에 회전 가능하게 지지 배치된 구동모터(M)와;

   상기 구동모터(M)의 출력단에 연결된 피니언기어(44)와;

   상기 피니언기어(44)와 내접으로 이맞물림된 섹터기어(46)와;

   상기 섹터기어(46)와 상기 바람막이겸 풍량조절판(30)을 연결하는 연결암(46)으로 구성되고,

   상기 구동모터(M)를 상기 풍차날개(24)가 연결된 제1축(20)의 속도에 따라 온/오프 제어하기 위한 조속용 스위칭수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 조속수단을 갖는 풍력 발전장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조속용 스위칭수단은,

   상기 제1축(20)에 연동하여 회전하고, 서로 대향되게 설치된 한쌍의 조속기축(62,62)과;

   한쌍의 상기 조속기축(62,62)의 상단에 각기 힌지 설치되어 일단에 무게추(63)를 갖는 회동레버(64)와;

   한쌍의 상기 조속기축(62,62)의 중앙에 배치되고, 상방으로 스프링(65)력을 받도록 설치된 스위칭 작동핀(66)과;

   상기 스위칭 작동핀(66)의 양단부에 배치되어 스위칭 작동핀(66)의 누름동작에 따라 스위칭 동작하여 상기 구동모터(M)를 정역회전 동작시키는 상,하 스위치(68,69)를 포함한 것을 특징으로 하는 조속수단을 갖는 풍력 발전장치.