KR20050096696A - 풍력발전기용 가속장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전하는 메인날개(2)에 의해 발생된 회전속도를 가속체(10)를 통하여 보다 큰 속도로 증속시키면서 오랫동안 유지시키고, 또한 미풍에서도 지속적인 발전이 유지될 수 있게 하여 발전량이 보다 증가될 수 있게 하는 데에 그 목적이 있다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 메인날개(2)를 선단부에 결합한 회전축(4)과, 상기 회전축(4) 후미에 연결되는 회전증속부(6)와, 상기 회전증속부(6) 출력부에 연결되는 구동축(8)과, 상기 구동축(8) 후미에 연결되는 발전기(14)와, 상기 회전축(4)과, 회전증속부(6)와, 구동축(8)과, 발전기(14)를 내포하는 동체(16)로 된 것에 있어서, 상기 구동축(8)에는 고정된 칼라(24)와, 상기 칼라(24) 외주에 방사상으로 배치되면서 수직 설치되는 슬리브(28)와, 상기 슬리브(28) 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되는 이동자석(30)과, 상기 슬리브(28) 끝단부를 내주에 근접되게 내포하면서 동체(16)에 고정 되는 원통형의 본체(34))와, 상기 본체(34) 내주에 일정 간격을 두면서 다수개가 설치되는 고정자석(36)으로 이루어진 가속체(34)가 설치된 풍력발전기용 가속장치에 관한 것이다.

Description

풍력발전기용 가속장치{ACCELERATOR FOR WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력발전기용 가속장치에 관한 것으로서, 특히 회전하는 날개에 의해 발생된 회전속도를 가속체를 통하여 보다 큰 속도로 증속시키면서 오랫동안 유지시키고, 또한 미풍에서도 지속적인 발전이 유지될 수 있게 하여 발전량이 보다 증가될 수 있게 한 풍력발전기용 가속장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 바람의 에너지를 이용해 발전기를 구동하는 것이 보통인데, 풍력발전기에 사용되는 날개는 수평축 형태의 프로펠라형과 수직축 형태의 다리우스형이 흔히 쓰인다.
이러한 풍력발전기는 대규모 전력계통에 접속되는 것에 부터 외딴 섬과 산간 벽지 등의 독립 소전원까지 폭 넓게 이용되는데, 수직축인 다리우스형은 캐나다에서의 경우에 지름 26m, 높이 40m, 출력 200㎾의 예가 있다.
풍력은 시간적 변동이 크므로 특히 독립 전원으로 쓰이는 경우는 축전지를 충전하는 등의 저장이나 다른 발전 방식과 조합해서 사용하게 된다.
상기와 같은 풍력발전기는 작은 풍력에도 큰 발전기의 효과를 증대시키기 위해서 각종 보조장치가 적용되어 사용되고 있는 추세이다.
한편 종래의 기술은 선출원 되어 공개된 한국공개특허번호 제2003-66299호(명칭:풍력발전장치)를 도5에서 살펴보면 다음과 같다.
먼저 불어 오는 바람에 의해 회전력을 발생시키는 메인날개(3) 다수개가 등간격으로 배치되고, 상기 메인날개(3)에는 회전력에 의해 회전하는 회전축(31)이 선단부를 결합하면서 구성되며, 상기 회전축(31) 후미에는 전달되는 작은 회전속도를 보다 증가시키는 회전증속부(4)가 설치된다.
그리고 상기 회전증속부(4)의 출구측에는 회전력을 전달하는 구동축(11)이 설치된다.
상기 구동축(11) 중간부에는 전달되는 회전속도를 고르게 하기 위한 플라휠(12)이 설치되고, 상기 구동축(11) 끝단부에는 전달되는 회전력에 의해 전력을 생산하는 발전기(1)가 설치되며, 상기 발전기(1)에는 미 도시된 축전기가 연결된다
상기와 같이 구성되는 회전축(31)과 회전증속부(4)와 구동축(11)과 플라이휠(12)과 발전기(1)는 비행체 형상을 한 중공형 타입의 동체(2) 내부에 설치된다.
상기 동체(2) 후미에는 꼬리날개(6)와 보조날개(7)가 각각 설치되고, 상기 동체(2) 중간부 저면에는 지상에 수직으로 설치되는 타워(8)가 배치된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 기술을 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 바람이 일정 방향에서 불어오게 되면 꼬리날개(6) 부분은 동체(2)가 풍향 방향으로 향하도록 조정하게 되는데, 이로 인해 메인날개(3)와 보조날개(7) 부분은 바람에 의해 회전하게 된다.
상기와 같이 메인날개(3)가 회전하면 회전축(31)이 함께 회전하면서 동력을 회전증속부(4)에 전달하게 되고, 상기 동력은 회전증속부(4)에서 보다 큰 회전속도로 변속되면서 출력되어 구동축(11)과 플라휠(12)을 함께 회전시켜 발전기(1)를 작동시키게 된다.
이때 상기 플라휠(12)에 의해 회전속도가 고르게 되므로 정속도를 유지할 수 있게 되고, 또한 상기 발전기(1)는 전달되는 동력에 의해 작동하면서 전력을 생산하게 된다.
상기한 종래의 기술은 메인날개(3)의 회전에 의해 발생한 동력이 회전증속부(4)에 의해 보다 증가하지만, 이를 가속화시키면서 회전력을 보다 오랫동안 유지 시키지 못하게 되어 발전량을 증가시키는 것에는 한계를 가지는 결점이 있다.
이에 본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 회전하는 메인날개에 의해 발생된 회전속도를 가속체를 통하여 보다 큰 속도로 증속시키면서 오랫동안 유지시키고, 또한 미풍에서도 지속적인 발전이 유지될 수 있게 하여 발전량이 보다 증가될 수 있게 하는 데에 있다.
본 발명은 메인날개(2)를 선단부에 결합한 회전축(4)과, 상기 회전축(4) 후미에 연결되는 회전증속부(6)와, 상기 회전증속부(6) 출력부에 연결되는 구동축(8)과, 상기 구동축(8) 후미에 연결되는 발전기(14)와, 상기 회전축(4)과, 회전증속부(6)와, 구동축(8)과, 발전기(14)를 내포하는 동체(16)로 된 것에 있어서, 상기 구동축(8)에는 고정된 칼라(24)와, 상기 칼라(24) 외주에 방사상으로 배치되면서 수직 설치되는 슬리브(28)와, 상기 슬리브(28) 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되는 이동자석(30)과, 상기 슬리브(28) 끝단부를 내주에 근접되게 내포하면서 동체(16)에 고정 되는 원통형의 본체(34))와, 상기 본체(34) 내주에 일정 간격을 두면서 다수개가 설치되는 고정자석(36)으로 이루어진 가속체(34)가 설치된다.
본 발명을 보다 상세히 설명하면 도 1 에 도시된 바와 같이 불어 오는 바람에 의해 회전력을 발생시키는 메인날개(2)가 회전축(4) 선단부에 고정 설치되고, 상기 회전축(4) 후미에는 회전속도를 증가시키는 회전증속부(6)가 설치되며, 상기 회전증속부(6) 출력측에 회전력을 전달하는 구동축(8)이 설치 된다.
상기 구동축(8)에는 회전력을 오랫동안 유지시키면서 속도를 보다 증가시키는 가속체(10)와 회전속도를 고르게 하는 플라이휠(12)이 순차적으로 설치되고, 상기 구동축(8) 후미에는 전력을 생산하는 발전기(14)가 설치되며, 상기 발전기(14)에는 미 도시된 축전기가 연결된다.
상기 회전축(4)과 회전증속부(6), 구동축(8), 가속체(10), 플라이휠(12), 발전기(14)는 비행체 형상을 한 중공형 타입의 동체(16) 내부에 설치되고, 상기 동체(16) 후미에는 꼬리날개(18)와 보조날개(20)가 각각 설치되며, 상기 동체(16) 저부에는 지면에 수직으로 설치되는 타워(22)가 위치한다.
한편 상기 가속체(10)에는 도 2내지 4에 도시된 바와 같이 구동축(8)(도2참조)에 고정되는 원형 모양의 칼라(24)가 설치되고, 상기 칼라(24) 외측에는 다수개의 고정자석(26)이 자기장의 크기를 달리하면서 등간격으로 배치되는 동시에 매립되어 설치 된다.
상기 고정자석(26)(도4참조)은 A1 범위 내에서는 N극이 칼라(24) 외주측에 위치하도록 설치되고, A2 범위 내에서는 S극이 칼라(24) 외주측에 위치하도록 설치되는데, 이때 상기 A1 범위에 있는 고정자석(26)은 A2 범위 측으로 갈 수 록 N극의 자기장이 점차적으로 커지고, A2의 범위에 있는 고정자석(26)은 A1 범위 측으로 갈 수 록 S극의 자기장이 점차적으로 커지게 된다.
상기 A1 과 A2 범위를 벗어난 위치의 칼라(24)에는 고정자석(26)이 설치되지 않고 비어 있는 상태가 된다.
상기와 같이 고정자석(26)이 설치되는 칼라(24) 외주에는 가이드 역할을 하는 슬리브(28)(도2참조) 다수개가 방사상으로 배치되면서 후미가 용접되어 설치되고, 상기 슬리브(28) 내부에는 고정자석(26)의 자기장에 의해 밀려지거나 당겨지는 이동자석(30)이 S극을 칼라(24)측에 배치하면서 슬라이딩 가능하게 설치 된다.
상기 각각의 슬리브(28) 선,후단부에는 이동자석(30)이 외부로 이탈되거나 칼라(24)에 설치된 고정자석(26)에 붙지 않도록 하기 위한 걸림턱(32)이 각각 절곡되어 형성 된다.
상기와 같이 설치되는 칼라(24)와 슬리브(28)는 구동축(8)과 함께 회전할 수 있게 설치 된다.
그리고 상기 가속체(10)를 구성하면서 동체(2)(도1참조)에 고정되는 본체(34)(도2참조)가 원통형 모양을 하면서 구성되는데, 상기 본체(34) 내측에는 고정자석(36)이 자기장의 크기를 달리하면서 등간격으로 배치되는 동시에 내부에 매립되어 설치 된다.
상기와 같이 설치되는 고정자석(36)(도4참조)은 A3 범위 내에서 N극이 본체(34)의 내주 측에 위치하도록 설치되고 , A4 범위 내에서는 S극이 본체(34)의 내주 측에 위치하도록 설치되는데, 이때 상기 A3와 A4 범위를 벗어난 위치에는 고정자석(36)이 본체(34)에 설치되지 않고 비어 있는 상태가 된다.
이때 상기 A3측에 있는 고정자석(36)은 A4 측으로 갈 수 록 N측의 자기장이 점차적으로 커지게 되고, A4 측에 있는 고정자석(36)은 A1측으로 갈 수 록 S극의 자기장이 점차적으로 커지게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 바람이 불게 되면 꼬리날개(18)(도1참조)는 동체(16)가 풍향 방향으로 위치할 수 있게 조정 되는데, 이로 인해 메인날개(2)와 보조날개(20)가 불어오는 바람에 의해 회전하게 된다.
상기와 같이 메인날개(2)가 회전하면 회전축(4)이 함께 회전하면서 회전증속부(6)에 동력을 전달하게 되고, 상기 회전증속부(6)에서는 전달되는 동력을 보다 큰 회전동력으로 출력시켜 구동축(8)을 회전시키게 된다.
따라서 상기 구동축(8)은 가속체(10)와 플라이휠(12)을 함께 회전시키게 된다.
상기와 같이 가속체(10)를 이루는 칼라(24)(도4참조)가 회전하면서 슬리브(28)를 회전방향으로 이동시키면, 상기 슬리브(28)내에 설치된 이동자석(30)은 칼라(24)와 본체(34)에 각각 설치된 고정자석(26,36)의 자기장 영향으로 전, 후진하게 되는데, 그 과정을 어느 하나의 슬리브(28)에 설치된 이동자석(30)을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
먼저 이동자석(30)은 칼라(24)측으로 S극을 배치하고 있는 상태에서, 상기 칼라(24)의 A1측 시작점에 위치한 고정자석(26)의 N극에 의해 당겨지고, 본체(34)의 A3측 시작점에 위치한 고정자석(36)의 N극에 의해 밀려지게 된다.
이때 상기 칼라(24)의 A1 시작점에 위치한 고정자석(26)은 N극의 자기장의 크기가 작고, 상기 본체(34)의 A3 시작점에 위치한 고정자석(36)은 N극의 자기장 크기가 작은 관계로, 상기 이동자석(30)은 칼라(24)와 본체(34)에 설치된 고정자석(26,36)의 자기장 크기 정도에 비례하여 슬리브(28)내에 위치하게 되는데, 상기 위치는 칼라(24)측 고정자석(26)과 본체(34)측 고정자석(36)의 자기장 영향력이 상호 마주 접하는 곳이 된다.
상기와 같은 상태에서 구동축(8)에 의해 칼라(24)가 회전하면서 슬리브(28)를 회전 방향으로 이동시키면, 상기 칼라(24)와 본체(34)에 설치된 고정자석(26,36)의 N극은 점차적으로 자기장이 증가하는 관계로, 상기 이동자석(30)은 같은 극인 N극을 마주하고 있는 본체(34)의 고정자석(36)인 N극에 의해 더욱 밀려지게 되고, 동시에 칼라(24)에 설치된 고정자석(26)의 N극에 의해 다른 극인 S극을 마주하고 있는 이동자석(30)은 더욱 당겨지게 된다.
따라서 상기 이동자석(30)은 A1,A3 범위의 시작점에서 보다 칼라(24)측으로 이동하게 된다.
계속하여 상기 슬리브(28)가 칼라(24)의 회전방향으로 이동하게 되면, 상기 슬리브(28)내에 있는 이동자석(30)은 A1,A3 범위의 끝점으로 갈 수록 점차적으로 칼라(24)측에 밀착하게 되고, A2,A4 범위의 시작점에서 끝점으로 갈 수록 점차적으로 칼라(24)측에서 멀어지게 된다.
상기 이동자석(30)이 A2,A4 끝점에 도달하여 벗어나게 되면 고정자석(26,36)이 없는 관계로 자기장의 영향력으로 부터 벗어나게 되는데, 이로 인해 상기 이동자석(30)은 원심력에 의해 본체(34)측에 근접하여 있게 되고, 계속하여 상기 이동자석(30)이 A1,A3 시작점에 도달하면 전술한 바와 같이 동일한 과정을 거치면서 작용하게 된다.
상기와 같이 이동자석(30)이 슬리브(28)내에서 이동하는 상태에서 구동축(8)이 회전하면, 상기 이동자석(30)은 이동할 때 발생한 힘을 슬리브(28) 측벽에 영향을 주어 상기 구동축(8)의 회전방향으로 좀더 빠른 속도로 이동시키게 된다.
따라서 상기 구동축(8)은 전달된 회전속도 보다는 큰 속도로 가속되는 상태가 된다.
상기와는 반대로 불어오던 바람이 없게 되면 날개(2)(도1참조)의 회전은 멈추게 되는데, 이때 회전하는 구동축(8)의 동력 일부가 가속체(10)에 저장 되므로, 상기 이동자석(30)(도2참조)은 고정자석(26,36)으로 부터 제공되는 자기장의 영향력에 의해 지속적으로 전,후진 하면서 구동축(8)에 대해 회전력을 제공하게 된다.
계속하여 상기 구동축(8)이 회전하면서 가속체(10)에 의해 속도가 증가하여 회전하면, 상기 플라이휠(12)(도1참조)에 의해 정속도를 유지하면서 발전기(14)를 작동시키게 되고, 상기 발전기(14)에 의해 생산된 전력은 미 도시된 축전기측으로 이동하게 된다.
상기와는 달리 불어오던 바람이 멈추면서 날개(2)(도1참조)를 통하여 구동축(8)에 회전력이 전달되지 않으면, 상기 이동자석(30)(도1참조)의 전,후진에 의해 구동축(8) 회전 방향으로 제공되던 가속력은 회전증속부(6)와 발전기(14) 등으로 부터 발생되는 마찰저항 등으로 인해 점차적으로 소멸되어, 결국에는 상기 구동축(8)은 정지하게 됨과 아울러, 상기 이동자석(30)도 슬리브(28)내에서 정지한 상태로 머물러 있게 된다.
따라서 발전기(14)(도1참조)는 작동이 중지된 상태로 있게 된다.
본 발명은 회전하는 메인날개에 의해 발생된 회전속도를 가속체가 보다 큰 속도로 증속시키면서 오랫동안 유지시키므로, 미풍에서도 발전기가 지속적으로 작동되어 발전량을 증대시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예가 풍력발전기에 설치된 상태도.
도 2 는 본 발명의 실시 예를 나타낸 분리 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시 예를 나타낸 정면도.
도 4 는 본 발명이 자기장 영역 범위내에서 작용하는 상태도.
도 5 는 종래의 실시 예를 나타낸 사시도
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
2:메인날개 4:회전축 6:회전증속부
8:구동축 10:가속체 12:플라이휠
14:발전기 16:동체 18:꼬리날개
20:보조날개 22:타워 24:칼라
26,36:고정자석 28:슬리브 30:이동자석
32:걸림턱 34:본체

Claims (6)

  1. 메인날개(2)를 선단부에 결합한 회전축(4)과, 상기 회전축(4) 후미에 연결되는 회전증속부(6)와, 상기 회전증속부(6) 출력부에 연결되는 구동축(8)과, 상기 구동축(8) 후미에 연결되는 발전기(14)와, 상기 회전축(4)과, 회전증속부(6)와, 구동축(8)과, 발전기(14)를 내포하는 동체(16)로 된 것에 있어서,
    상기 구동축(8)에는 고정된 칼라(24)와,
    상기 칼라(24) 외주에 방사상으로 배치되면서 수직 설치되는 슬리브(28)와,
    상기 슬리브(28) 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되는 이동자석(30)과,
    상기 슬리브(28) 끝단부를 내주에 근접되게 내포하면서 동체(16)에 고정 되는 원통형의 본체(34))와,
    상기 본체(34) 내주에 일정 간격을 두면서 다수개가 설치되는 고정자석(36)으로 이루어진 가속체(34)가 설치된 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라(24) 외주에 슬리브(28) 후단가 위치하는 곳에 고정자석(26)이 각각 설치되는 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬리브(28) 양단부에 걸림턱(32)이 각각 형성되는 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 칼라(24)에 설치된 고정자석(26)은 A1 범위내에서는 N극이 외측을 향하여 배치되고, A2 범위내에서는 S극이 외측을 향하여 배치되며, 상기 슬리브(28)에 설치된 이동자석(30)은 S극이 칼라(24)측을 향하여 배치되고, 상기 본체(34)에 설치된 고정자석(36)은 A3 범위내에서는 N극이 내주 방향으로 배치되며, A4 범위내에서는 S극이 내주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 칼라(24)에 설치된 고정자석(26)과 본체(34)에 설치된 고정자석(36)은 자기장의 크기를 달리하며 설치되는 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 A1과 A3 범위내에 설치된 고정자석(26,36)은 A2와 A4 범위로 갈 수록 N극의 자기장이 점차적으로 커지고, A2와 A4 범위내에 설치된 고정자석(26,36)은 A1과 A3로 갈 수록 S극의 자기장이 점차적으로 커지는 것을 특징으로 한 풍력발전기용 가속장치.
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