KR20070098287A - 풍력 발전기 - Google Patents

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KR20070098287A
KR20070098287A KR1020060029760A KR20060029760A KR20070098287A KR 20070098287 A KR20070098287 A KR 20070098287A KR 1020060029760 A KR1020060029760 A KR 1020060029760A KR 20060029760 A KR20060029760 A KR 20060029760A KR 20070098287 A KR20070098287 A KR 20070098287A
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최용대
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Abstract

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외력에 대해 수직날개가 서로 반대방향으로 회전되어 발전효율을 높일 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력 발전기는 조립 관통홀이 각각 형성된 상,하부 지지대와 상기 상,하부 지지대를 연결하는 수직대를 포함하는 지지수단과, 상기 상부 지지대의 조립 관통홀에 하부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제1 회전체와, 상기 제1 회전체와 간격을 두고 상기 하부 지지대의 조립 관통홀에 상부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제2 회전체와, 상기 제1,2 회전체의 사이에 구비되어 상기 제1,2 회전체의 반대회전을 통해 기전력을 발생시키는 발전기를 포함함을 특징으로 한다.
제1 수직날개, 제2 수직날개, 발전기, 지지수단

Description

풍력 발전기{Aerogenerator}
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 2의 B부 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4의 C부 확대도.
도 6은 종래의 풍력 발전기를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 지지수단
11 : 상부 지지대
111 : 조립 관통홀
12 : 하부 지지대
121 : 조립 관통홀
13 : 수직대
14 : 중간 지지대
141 : 조립 관통홀
2 : 제1 회전체
21 : 제1 회전축
22 : 제1 수직날개
221 : 함몰홈부, 222 : 굴곡부
3 : 제2 회전체
31 : 제2 회전축
311 : 브러쉬부
32 : 제2 수직날개
321 : 함몰홈부, 322 : 굴곡부
4 : 발전기
41 : 회전자
411 : 코일, 412 : 전력선, 413: 원형 권선체, 414 : 링형 권선체, 415 : 지지판
42 : 고정자
421 : 자석, 422 : 함몰홈, 423 : 중공부, 424: 개방부, 425 : 원통 링, 426 : 둘레판, 427 : 상부 반원통관, 428 : 하부 반원통관
5 : 가이드링
6 : 롤러부
61 : 롤러
7 : 볼트축
8 : 연결대
9 : 베어링
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외력에 대해 수직날개가 서로 반대방향으로 회전되어 발전효율을 높일 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기라함은 바람에 의한 풍력이 풍력 발전기의 구성인 로터 브레이드를 통해 운동에너지로 변환되었다가 발전기를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있도록 하는 장치를 말한다.
즉 석탄이나 석유등의 화석연료 사용으로 인해 다량의 이산화탄소가 대기 중에 쌓이면서 두꺼운 이산화탄소층을 형성함으로써 지구의 온난화가 발생하는 문제점이 있으며, 또한 급변하는 원유가격의 상승으로 인해 대체에너지의 필요성이 알려지면서 풍력발전에 관한 연구개발이 확대되고 있는 것이다.
이에 도 6은 종래의 풍력 발전기를 나타낸 도면으로서, 종래의 풍력 발전기는 지면에 대해 수직으로 구비되어 있는 회전축(100)과, 상기 회전축(100)의 외측 둘레에 돌출 구비되어 있는 연결대(101)를 통해 연결되어 풍력에 의해 회전하게 되는 다수의 수직날개(200)와, 상기 회전축(100)에 구비되어 기전력을 발생시키는 발전기(300)로 구성되는 것이다.
특히 상기 수직날개(200)들은 풍력을 수용할 수 있도록 반원형상의 홈부를 포함하는 수직판으로 구성되는 것이다.
즉 풍력에 의해 상기 회전축에 연결 구비된 다수의 수직날개가 회전하게 되면 발전기에 의해 발전이 이루어지는 것이다.
한편, 상기 발전기는 상기 회전축에 연결되어 회전축에 의해 회전하며 다수로 권선되어 있는 코일을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석을 포함하는 고정자로 구성됨을 특징으로 한다.
즉 외력에 의해 회전축이 회전하게 되면, 회전축에 연결된 회전자가 회전하게 되고 상기 고정자는 정지된 상태를 유지하게 되는 것이다.
따라서, 상기와 같이 종래의 풍력 발전기는 고정자가 정지되어 있는 상태에서 상기 회전자만 회전에 의한 유도전기가 발생되어 발전을 하게 됨으로써 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 외력에 대해 수직날개가 서로 반대방향으로 회전되어 발전효율을 높일 수 있는 풍력 발전기를 제공하는데 있다.
또한, 바람에 의한 저항을 감소시켜 수직날개의 회전 시 진동을 최소화할 수 있는 풍력 발전기를 제공하는 목적도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 조립 관통홀이 각각 형성된 상,하부 지지대와 상기 상,하부 지지대를 연결하는 수직대를 포함하는 지지수단과, 상기 상부 지지대의 조립 관통홀에 하부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제1 회전체와, 상기 제1 회전체와 간격을 두고 상기 하부 지지대의 조립 관통홀에 상부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제2 회전체와, 상기 제1,2 회전체의 사이에 구비되어 상기 제1,2 회전체의 반대회전을 통해 기전력을 발생시키는 발전기를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 2의 B부 확대도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기는 조립 관통홀(111,121)이 각각 형성된 상,하부 지지대(11,12)와 상기 상,하부 지지대(11,12)를 연결하는 수직대(13)를 포함하는 지지수단(1)과, 상기 상부 지지대(11)의 조립 관통홀(111)에 하부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제1 회전체(2)와, 상기 제1 회전체(2)와 간격을 두고 상기 하부 지지대(12)의 조립 관통홀(121)에 상부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제2 회전체(3)와, 상기 제1,2 회전체(2,3)의 사이에 구비되어 상기 제1,2 회전체(2,3)의 반대회전을 통해 기전력을 발생시키는 발전기(4)를 포함함을 특징으로 한다.
특히 상기 상,하부 지지대(11,12)는 날개들의 외부에 위치하게 되고 다수의 지지대가 상호 연결되어 구비되는 것으로 삼각형체나 사각형체로 이루어진다. 아울러 상기 수직대(13)의 일측에는 조립 관통홀(141)이 형성된 중간 지지대(14)가 더 구비된다.
그리고, 상기 제1 회전체(2)는 상기 상부 지지대(11)의 조립 관통홀(111)에 관통되어 외력에 의해 회전되는 제1 회전축(21)과, 일측에 반원형으로 형성된 함몰홈부(221)와 이 함몰홈부(221)의 후방으로부터 타측으로 돌출되도록 전방으로 굴곡된 다음 후방으로 굴곡되게 형성되는 곡선형의 굴곡부(222)로 구성되는 제1 수직날개(22)를 포함한다.
또한 상기 제2 회전체(3)는 상기 하부 지지대(12)의 조립 관통홀(121)에 관통되어 외력에 의해 회전되는 제2 회전축(31)과, 일측에 반원형으로 형성된 함몰홈부(321)와 이 함몰홈부(321)의 전방으로부터 타측으로 돌출되도록 후방으로 굴곡된 다음 전방으로 굴곡되게 형성되는 곡선형의 굴곡부(322)로 구성되는 제2 수직날개(32)를 포함한다.
이에 상기 제1,2 수직날개(22,32)에 구비된 함몰홈부(221,321)는 수직날개들의 전방으로 바람이 인가되게 되면 상기 제1,2 수직날개(22,32)의 주변에 바람의 압력이 분포되어 공기저항을 받게 되는 것이다.
그리고 상기 제1,2 회전축(21,31)의 외측과 상기 제1,2 수직날개(22,32)의 사이에는 다수의 연결대(8)가 구비된다.
또한 상기 조립 관통홀(111,121)에는 상기 제1,2 회전축(21,31)의 회전에 따른 마찰을 방지하도록 베어링(9)이 구비된다.
한편, 상기 발전기(4)는 상기 제1,2 회전체(2,3)에 연결되어 제1,2 회전체(2,3)에 의해 회전되며 다수로 권선되어 있는 코일(411)을 포함하는 회전자(41)와, 상기 회전자(41)의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석(421)을 포함하는 고정자(42)로 구성된다.
즉 상기 고정자(42)는 외부로부터 인가되는 발전수단을 통해 회전되는 제1 수직날개(22)와 접합되며, 내,외측벽에는 다수의 자석(421)들이 구비되어 사이 공간에서 자기장을 형성하는 함몰홈(422)을 포함한다.
아울러 상기 회전자(41)는 상기 제2 회전축(31)에 연결되고 상기 함몰홈(422)의 내부인 상기 자석(421)들 사이에 내,외측 공간을 두고 구비되며, 전력선(412)이 인출되는 원형 권선체(413)를 포함한다.
또한 상기 회전자(41)의 하부에는 중앙 내측에 구비된 베어링을 포함하는 지지판(415)이 더 구비되어 발전기(4)를 지지하게 된다.
특히, 상기 제2 회전축(31)은 외부 전력선이 통과할 수 있도록 중앙이 관통되는 관체로 구성되며, 상기 제2 회전축(31)의 하부에는 상기 회전자(41)를 통해 기전력을 인가받게 되는 브러쉬부(311)가 구비된다.
그리고 상기 발전기(4)와 상기 제1,2 수직날개(22,32)들의 접합은 용접을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 발전수단은 바람인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 고정자(42)와 회전자(41) 사이에는 가이드링(5)과, 상기 가이드링(5)을 타고 이동되어 제1,2 수직날개(22,32)의 회전을 안내하는 다수의 롤러(61)로 구성된 롤러부(6)가 더 구비된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력 발전기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 수직날개들의 방향으로 바람이 인가되게 되면 상기 제1,2 수직날개(22,32)의 주변에 바람의 압력이 분포되어 공기저항을 받게된다.
이때 상기 제1,2 수직날개(22,32)의 형상이 반원형으로 형성되어 있기 때문에 바람의 세기와 바람 방향의 변동에도 바람에 대한 항력계수가 작아 상기 제1,2 수직날개(22,32)에 발생되는 진동이 감소된다.
따라서 바람에 대한 항력값이 줄어들고 속도와 토크는 증가하게 되어 고속회전에서의 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 제1,2 수직날개(22,32)의 구성인 굴곡부(222,322)의 후방에 부딪히는 바람이 수직날개들의 중간으로 모이게 되어 수직날개들의 후방을 밀면서 외부로 빠져 나가고 함몰홈부(221,321)에 부딪히는 바람도 수직날개 중간으로 모이면서 수직날개들을 밀고 외부로 나가게 된다.
특히 상기 제1 수직날개(22)가 정방향으로 회전되면서 제1 회전축(21)은 물론 상기 제1 수직날개(22)와 접합된 고정자(42)도 동일방향으로 회전하게 된다.
반대로, 상기 제1 수직날개(22)와 이격 설치되어 외력에 의해 제2 수직날개(32)가 역방향으로 회전하게 된다.
이때 상기 제2 수직날개(32)의 회전과 동시에 상기 제2 회전축(31)은 물론 상기 제2 수직날개(32)에 접합된 회전자(41)도 동일방향으로 회전하게 된다.
따라서 바람의 진행방향에 대해 서로 반대방향으로 회전되는 제1,2 수직날개(22,32)와 접합된 상기 고정자(42)와 회전자(41)도 서로 반대방향으로 회전되게 됨으로써 발전효율을 높일 수 있는 것이다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4의 C부 확대도이다.
이에, 본 발명에 따른 다른 실시예의 발전기는, 고정자 및 회전자를 제외한 타 구성은 상기 일 실시예의 구성과 동일함을 전제한다.
따라서 본 발명의 다른 실시예의 발전기(4)는 상기 제1,2 회전체(2,3)에 연결되어 제1,2 회전체(2,3)에 의해 회전되며 다수로 권선되어 있는 코일(411)을 포함하는 회전자(41)와, 상기 회전자(41)의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석(421)을 포함하는 고정자(42)로 구성된다.
그리고 상기 고정자(42)는 외부로부터 인가되는 발전수단을 통해 회전되는 제1 수직날개(22)와 접합되며, 내부의 둘레면에 다수의 자석(421)들이 구비되어 중공부(423)를 형성하고 안쪽 둘레에 개방부(424)를 형성하는 원통 링(425)을 포함한다.
또한 상기 회전자(41)는 상기 제2 회전축(31)에 연결되며 상기 개방부(424)를 관통하여 상기 중공부(423)의 내부에 삽입되어 있고 전력선(412)이 인출되는 링형 권선체(414)를 포함한다.
특히 상기 제1 수직날개(22)의 하부에는 둘레판(426)이 더 구비되어 있으며, 상기 원통 링(425)은 상기 둘레판(426)의 하부에 고정되는 상부 반원통관(427)과, 상기 상부 반원통관(427)에 서로 마주보게 구비되는 하부 반원통관(428)으로 구성되어 상호 볼트로 체결된다.
아울러 가이드링(5)에 볼트축(7)이 구비되어 상기 개방부(424)를 관통하여 상기 링형 권선체(414)에 연결된다.
그러므로 상기 고정자(42)와 회전자(41)가 서로 반대방향으로 회전하면서 회전수를 2배로 증가시킴으로써 출력성능을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 풍력 발전기는 외력에 대해 수직날개가 서로 반대방향으로 회전되어 발전효율을 높일 수 있는 효과를 가지는 것이다.
또한, 바람에 의한 저항을 감소시켜 수직날개의 회전 시 진동을 최소화할 수 있는 효과를 가지는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (6)

  1. 조립 관통홀(111,121)이 각각 형성된 상,하부 지지대(11,12)와 상기 상,하부 지지대(11,12)를 연결하는 수직대(13)를 포함하는 지지수단(1)과,
    상기 상부 지지대(11)의 조립 관통홀(111)에 하부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제1 회전체(2)와,
    상기 제1 회전체(2)와 간격을 두고 상기 하부 지지대(12)의 조립 관통홀(121)에 상부로 돌출되어 회전 가능하게 구비되는 제2 회전체(3)와,
    상기 제1,2 회전체(2,3)의 사이에 구비되어 상기 제1,2 회전체(2,3)의 반대회전을 통해 기전력을 발생시키는 발전기(4)를 포함함을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 회전체(2)는 상기 상부 지지대(11)의 조립 관통홀(111)에 관통되어 외력에 의해 회전되는 제1 회전축(21)과, 일측에 반원형으로 형성된 함몰홈부(221)와 이 함몰홈부(221)의 후방으로부터 타측으로 돌출되도록 전방으로 굴곡된 다음 후방으로 굴곡되게 형성되는 곡선형의 굴곡부(222)로 구성되는 제1 수직날개(22)를 포함하며;
    상기 제2 회전체(3)는 상기 하부 지지대(12)의 조립 관통홀(121)에 관통되어 외력에 의해 회전되는 제2 회전축(31)과, 일측에 반원형으로 형성된 함몰홈부(321)와 이 함몰홈부(321)의 전방으로부터 타측으로 돌출되도록 후방으로 굴곡된 다음 전방으로 굴곡되게 형성되는 곡선형의 굴곡부(322)로 구성되는 제2 수직날개(32)를 포함함을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발전기(4)는,
    상기 제1,2 회전체(2,3)에 연결되어 제1,2 회전체(2,3)에 의해 회전되며 다수로 권선되어 있는 코일(411)을 포함하는 회전자(41)와, 상기 회전자(41)의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석(421)을 포함하는 고정자(42)로 구성되며;
    상기 고정자(42)는 외부로부터 인가되는 발전수단을 통해 회전되는 제1 수직날개(22)와 접합되며, 내,외측벽에는 다수의 자석(421)들이 구비되어 사이 공간에서 자기장을 형성하는 함몰홈(422)을 포함하며;
    상기 회전자(41)는 상기 제2 회전축(31)에 연결되고 상기 함몰홈(422)의 내부인 상기 자석(421)들 사이에 내,외측 공간을 두고 구비되며, 전력선(412)이 인출되는 원형 권선체(413)를 포함함을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 발전기(4)는,
    상기 제1,2 회전체(2,3)에 연결되어 제1,2 회전체(2,3)에 의해 회전되며 다수로 권선되어 있는 코일(411)을 포함하는 회전자(41)와, 상기 회전자(41)의 외측 둘레에 구비되며 내측에 설치된 자석(421)을 포함하는 고정자(42)로 구성되며;
    상기 고정자(42)는 외부로부터 인가되는 발전수단을 통해 회전되는 제1 수직날개(22)와 접합되며, 내부의 둘레면에 다수의 자석(421)들이 구비되어 중공 부(423)를 형성하고 안쪽 둘레에 개방부(424)를 형성하는 원통 링(425)을 포함하며;
    상기 회전자(41)는 상기 제2 회전축(31)에 연결되며 상기 개방부(424)를 관통하여 상기 중공부(423)의 내부에 삽입되어 있고 전력선(412)이 인출되는 링형 권선체(414)를 포함함을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 고정자(42)와 회전자(41) 사이에는,
    가이드링(5)과,
    상기 가이드링(5)을 타고 이동되어 제1,2 수직날개(22,32)의 회전을 안내하는 다수의 롤러(61)로 구성된 롤러부(6)가 더 구비됨을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 수직대(13)의 일측에는,
    조립 관통홀(141)이 형성된 중간 지지대(14)가 더 구비됨을 특징으로 하는 풍력 발전기.
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