KR200392171Y1 - 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍력발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 날개를 갖춘 풍차형 발전장치에서 내부 코일부분과 외부 자석부분이 서로 양방향으로 회전하면서 발전하는 발전기 2개를 나란히 날개의 회전축에 직결하여 발전량을 획기적으로 향상시킨 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템에 관한 것이다.

Description

풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템{Double electric generating system directly coupled to wings of a windmill}

본 고안은 풍력발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 날개를 갖춘 풍차형 발전장치에서 내부 코일부분과 외부 자석부분이 서로 양방향으로 회전하면서 발전하는 발전기 2개를 나란히 날개의 회전축에 직결하여 발전량을 획기적으로 향상시킨 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템에 관한 것이다.

풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전장치는 종래부터 많은 종류가 있었다. 특히, 최근에는 풍차에 2개의 날개를 설치하고, 이들 날개를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 그 회전력을 발전기의 내부의 전기자와 외측의 자극부에 전달함으로써 전기자와 자극부를 서로 반대방향으로 회전시키면서 발전량을 증가시킨 양방향 발전기가 개발되었는바, 그 일례로는 대한민국 특허출원 2002-12965호의 "풍력발전장치"가 있다.

상기 특허출원에서 설명한 장치는, 2개의 회전날개의 회전력을 복잡한 구동기어를 통해 지면에 설치된 발전기에 전달하는 구성으로 되어있으므로, 회전력을 전달하는 도중에 어쩔 수 없이 생기는 마찰손실로 인한 많은 동력손실이 발생할 수 밖에 없다. 또한, 이 고안에서는 전기자와 자극부를 서로 반대 방향으로 회전하기 위한 구체적인 구성에 대한 설명은 전혀 없다. 그러나, 실질적으로는 이렇게 전기자와 자극부를 서로 반대 방향으로 회전시키는 구성을 구현하기가 상당히 곤란한 것이 사실이다.

일반적으로, 양방향 발전기의 발전량은 중심 회전축 부분만 회전하는 일방향 발전기의 발전량에 비해 1.6 내지 1.8배의 발전량 상승효과를 가져오지만, 전술한 바와 같이 실제적으로 풍차발전기에 이를 적용하기가 간단치 않은 문제가 있다.

본 고안은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 2개의 날개를 이용해 양방향으로 회전하는 발전기를 별도의 동력전달기구를 거치지 않고 곧바로 날개의 회전축에 직결하면서도 종래의 일반 발전기에 비해 효율이 훨씬 높은 양방향 발전기를 2개 나란히 배치하여 발전효율을 획기적으로 향상시키는 이중 발전시스템을 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 고안의 다른 목적은, 풍력발전기의 2개의 날개중 하나의 회전축을 이중 발전기의 회전축으로 그대로 채택함으로써, 전체적인 구성을 대폭 단순화하는데 있다.

본 고안의 이와 같은 목적은, 풍력발전기의 전방 끝단에 설치된 2개의 앞날개와 뒷날개에 의해 서로 역방향으로 구동하는 2개의 회전축에 의해 발전기(G)의 자극부와 전기자가 서로 역방향으로 회전하면서 발전을 하는 풍력발전기용 양방향 발전기에 있어서:

2개의 날개중 앞날개에 직결되어 회전하고, 풍력발전기의 지지기둥 상단에 설치된 하우징(1) 내부를 관통하며 2개의 발전기(G1,G2)의 회전축을 이루는 내축(S1);

2개의 날개중 뒷날개에 직결되어 내축(S1)과는 반대방향으로 회전하고, 회전 내축(S1)의 중간 위치에서 내축과 동심으로 내축 둘레에 배치되는 외축(S2);

상기 내축(S1)과 외축(S2) 사이에서 일정 간격으로 배치되어 외축을 내축에 대해 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(10);

상기 외축(S2)을 중심으로 전방에 배치되고, 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전하는 제1 발전기(G1); 및

상기 외축(S2)을 중심으로 후방에 배치되고, 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전하는 제2 발전기(G2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 이중 발전시스템에 있어서, 제1 발전기(G1)는 하우징(1)의 외부에 배치되고, 제2 발전기(G2)는 하우징(1) 내부에 배치되며 베어링에 의해 하우징에 지지되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 이중 풍력발전 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 측단면도이다.

전술한 양방향 발전을 위해 풍력발전기의 전방 끝단에는 2개의 날개가 설치되는데, (도시되지 않은) 앞날개 연결부(3)에 장착되고, (도시되지 않은) 뒷날개는 후술하는 외축(S2)에 장착된다. 각각의 날개는 연결부(3)와 외축(S2)의 도면에 표시된 홈에 끼워맞춤된다. 앞날개 연결부(3)는 내축(S1)에 직결되므로, 앞날개의 회전은 곧바로 내축으로 전달된다. 즉, 내축(S1)은 앞날개에 직결되어 회전하고, 풍력발전기의 지지기둥 상단에 설치된 하우징(1) 내부를 관통하면서 후술하는 2개의 발전기(G1,G2)의 회전축을 이룬다.

뒷날개에 직결된 외축(S2)은 내축(S1)과는 반대방향으로 회전하고, 회전 내축(S1)의 중간 위치에서 내축과 동심으로 내축 둘레에 배치된다. 이때, 내축(S1)과 외축(S2) 사이에는 일정 간격으로 베어링(10)이 배치되고, 이 베어링에 의해 외축은 내축에 대해 상대회전이 가능하게 지지된다.

외축(S2)을 중심으로 전후방에 각각 발전기가 하나씩 배치되는데, 전방에 배치된 제1 발전기(G1)의 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전한다. 즉, 내부 코일부분과 외부 자석부분은 서로 반대방향으로 회전하면서 양방향 발전기를 형성한다. 마찬가지로, 외축(S2)에 대해 후방에는 제2 발전기(G2)가 배치되는데, 역시 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전한다.

이렇게 2개의 발전기를 하나의 회전축에 나란히 배치할 때, 한쪽 발전기, 즉 제1 발전기(G1)는 하우징(1)의 외부에 배치하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 하우징 내부에 배치하면 하우징과 발전기 외부케이스 사이에 회전을 유지하기 위한 베어링을 별도로 설치해야 하여 구조가 복잡해지기 때문이다. 반면에 나머지 발전기, 즉 후방의 제2 발전기는 무게분산을 위해 하우징(1) 내부에 배치하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 제2 발전기(G2)는 하우징(1) 내부에 배치되며 베어링에 의해 하우징에 지지되어야 한다.

이상의 설명에서는 발전기의 코일부분이 내부에 있고 자석부분에 외부에 있는 구성을 예로 들어 설명하였지만, 그 구성을 반대로 한 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 코일부분과 자석부분의 내외부 위치를 바꾸어 코일부분이 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전하며 자석부분이 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하도록 구성된 2개의 발전기를 나란히 배치한 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템에 의하면, 2개의 날개를 이용해 양방향으로 회전하는 발전기를 별도의 동력전달기구를 거치지 않고 곧바로 날개의 회전축에 직결하면서도 종래의 일반 발전기에 비해 효율이 훨씬 높은 양방향 발전기를 2개 나란히 배치하여 발전효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 양방향 발전기의 발전량은 중심 회전축 부분만 회전하는 일방향 발전기의 발전량에 비해 1.6 내지 1.8배의 발전량 상승효과를 가져오지만, 실험에 의하면 본 고안의 양방향 이중발전 시스템은 종래의 싱글 양방향 발전기보다 발전량에 있어서 약 1.5배 정도의 향상효과를 볼 수 있다.

또, 전술한 바와 같이 풍력발전기의 2개의 날개중 하나의 회전축을 이중 발전기의 회전축으로 그대로 채택함으로써, 전체적인 구성을 대폭 단순화하게 되므로, 종래의 풍력발전기를 2대 설치하는 것에 비하면 그 제작비용이나 설치비용 등 전체적인 비용에 있어서 획기적인 절감효과를 가져올 수 있다.

또한, 풍력발전기의 내축을 중심으로 2개의 발전기의 2개의 회전자와 외축이 공통의 중심축에 고정되어 내부 회전 구동체들의 축 정렬이 결합과 동시에 해결되어 축 정렬 부정확에 의한 베어링의 불균형 마모나 손상의 위험성이 없어짐은 물론, 양방향 풍력발전기의 성능에 큰 영향을 미치는 회전체들의 축정렬 부정확성에 의해 발생하는 진동이 2개의 회전축을 갖는 양방향 풍력발전기에 비해 크게 향상된다.

도 1은 본 고안에 따른 이중 발전시스템의 전체적인 측단면도.

Claims (2)

1. 풍력발전기의 전방 끝단에 설치된 2개의 앞날개와 뒷날개에 의해 서로 역방향으로 구동하는 2개의 회전축에 의해 발전기(G)의 자극부와 전기자가 서로 역방향으로 회전하면서 발전을 하는 풍력발전기용 양방향 발전기에 있어서:

   2개의 날개중 앞날개에 직결되어 회전하고, 풍력발전기의 지지기둥 상단에 설치된 하우징(1) 내부를 관통하며 2개의 발전기(G1,G2)의 회전축을 이루는 내축(S1);

   2개의 날개중 뒷날개에 직결되어 내축(S1)과는 반대방향으로 회전하고, 회전 내축(S1)의 중간 위치에서 내축과 동심으로 내축 둘레에 배치되는 외축(S2);

   상기 내축(S1)과 외축(S2) 사이에서 일정 간격으로 배치되어 외축을 내축에 대해 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(10);

   상기 외축(S2)을 중심으로 전방에 배치되고, 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전하는 제1 발전기(G1); 및

   상기 외축(S2)을 중심으로 후방에 배치되고, 내부 코일부분(C)은 내축(S1)에 연결되어 내축과 함께 회전하며, 외부 자석부분(M)은 외축(S2)에 연결되어 외축과 함께 회전하는 제2 발전기(G2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 날개 직결형 이중 발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 발전기(G1)가 하우징(1)의 외부에 배치되고, 제2 발전기(G2)는 하우징(1) 내부에 배치되며 베어링에 의해 하우징에 지지되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 날개직결형 이중 발전시스템.