KR20080081762A

KR20080081762A - 풍력 발전장치

Info

Publication number: KR20080081762A
Application number: KR1020070022222A
Authority: KR
Inventors: 김광식; 김응정
Original assignee: 김광식; 김응정
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-10

Abstract

본 발명은 자연의 바람, 실내를 환기시키기 위해 외부로 배출되는 바람 또는 이동하는 차량 및 기관차 등에 설치된 상태에서 주행시 유입되는 바람을 이용하는 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 자력의 전도가 차단되도록 결합되는 시동모터 및 발전기와, 상기 발전기의 축을 회전시키도록 연결되고 지지체 중앙에 설치되며 원활하게 회전되도록 비전도체에 의해 보호되는 동일 극성의 자석 반발력에 의해 부상된 상태에서 바람의 저항을 받는 바람받이원판을 가지는 회전체와, 가속된 공기를 분출하여 회전체에 바람을 분사시키는 안내관과, 발전기로부터 공급되는 전기를 제어하여 배터리를 충전 및 관리하는 충전부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 자기부상에 의하여 부하가 감소된 상태를 유지하고 있는 회전체에 가압 분사함으로써 원활한 회전을 통해 발전 효율을 극대화시키면서 부상용 자석, 발전기 또는 시동모터로부터 발생하는 자력의 전도(傳道)를 방지하여 회전력을 효율적으로 증속시키면서 유성기어 및 링기어를 갖는 기어부를 통해 발전기를 용이하게 적정회전수로 회전되도록 하여 충전 및 배터리를 전위차 충전부를 통해 효율적으로 관리할 수 있는 것이다.

Description

풍력 발전장치{WIND POWER GENERATOR}

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전체와 바람송풍부의 결합상태를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전체를 확대하여 나타낸 단면도

도 3은 도 2의 A-A선의 기어부를 확대하여 나타낸 단면도.

도 4는 도 2의 "B" 부분인 자력발생부를 일부 확대하여 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 배터리 충전부의 작동상태를 나타낸 회로구성도.

도 6은 바람송풍부의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 회전체가 차량 또는 기관차에 장착된 상태를 나타낸 부분 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 회전체 2 : 기어부

3 : 지지체 4, 4' : 바람송풍부

5 : 안내관 6 : 배터리

7 : 충전부 8 : 차량

9 : 기관차

본 발명은 자연 또는 인위적으로 얻어지는 풍력을 이용하는 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자연의 바람, 실내를 환기시키기 위해 외부로 배출되는 바람 또는 이동하는 차량 및 기관차 등을 이용하여 배출 또는 유입되는 바람을 자기부상에 의하여 부하가 감소된 상태를 유지하고 있는 회전체에 가압 분사함으로써 원활한 회전을 통해 발전 효율을 극대화시키면서 자력의 전도(傳道)를 방지하고 회전력을 효율적으로 증속하여 발전기를 회전시키며 충전을 효율적으로 관리할 수 있도록 한 풍력 발전장치에 관한 것이다.

풍력 발전기는 통상 프로펠러를 이용하는 수직식과, 바람받이용 유도판이 부착되어 회전되는 수평식으로 구분된다. 상기 풍력을 이용하는 수직식 또는 수평식 풍력 발전장치는 바람에 저항을 받는 각도에 대하여 연구하여 왔기에 바람의 세기가 약한 미풍인 경우에는 회전력을 얻지 못하여 발전을 할 수 없다.

이에, 바람을 최대한 많이 받아 미풍에서도 회전력을 얻을 수 있도록 다수의 프로펠러 또는 바람받이용 유도판을 설치하는 풍력 발전장치를 제안하게 되었다. 그 일예로서 미국특허 제 4382191 호 "풍력 발전시스템"이 제안되었으며, 상기 풍력발전시스템은 발전기와 연결된 축에 다수의 홈통형상 날개를 가지는 바람부재를 다층으로 설치하여 바람받이 날개를 증가시킨 것으로서, 바람받이 날개가 많아서 약한 바람에서도 회전 가능할 것이라는 판단과는 달리 하중이 증대되어 미풍으로는 초기 기동이 불가능하여 작동이 불가능한 문제점이 있다.

상기 종래의 문제점을 해소하기 위해서는 다수의 바람부재의 하중이 회전축에 집중되지 않도록 함은 물론 바람부재 자체가 미풍에서도 회전가능하도록 접촉에 대한 저항력을 최소화하는 것이 요구되어 근래에 와서는 수평회전 풍차의 바람부재가 자석의 반발력에 의한 부상을 통해 바람받이부재를 고정시킨 회전축에 가해지는 하중을 줄이고 자체의 저항력을 최소화함으로써 발전기와 연결된 회전축을 원활하게 회전시켜 발전효율을 높일 수 있도록 학회 등에서 다방면으로 연구하고 있으나 현재 실용화에 많은 어려움을 겪고 있는 현실이다.

상기 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인이 대한민국 특허 제0682411호 "풍력 발전장치"를 제안하게 되었다.

상기 특허 제0682411호 "풍력 발전장치는 자연의 바람 및 실내를 환기시키기 위해 외부로 배출되는 바람을 유도하는 바람송풍부와, 상기 바람송풍부로부터 공급되는 증속되는 바람에 의하여 원활하게 회전하는 자기부상 회전체의 바람받이원판과, 상기 바람받이원판의 회전력을 기어부를 통해 증속 회전되어 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 구성으로, 바람송풍부로부터 공급되는 증속된 바람이 자기부상에 위하여 부하가 감소된 상태로 유지하고 있는 회전체를 효율적으로 회전시킴으로서 회전체와 연결된 발전기를 통해 발전을 극대화 시키는 효과를 얻게 된다.

그러나 상기 풍력발전기는 회전체의 바람받이원판을 자기부상시키기 위한 자석이 노출된 상태이므로 자기장이 주변의 자석으로 전도되어 반발력이 약화하는 문제점이 있으며, 특히 발전기가 회전체의 지지체에 장착된 상태에서 발전을 시작하 면 자체에서 발생되는 전자력이 바람받이원판의 회전축 및 기어부에 전도(傳道)됨으로써 발전기의 회전력 감소와 동시에 부하가 발생하여 발전기의 손상을 일으키는 문제점이 있고, 발전기의 회전을 증속시키기 위하여 발전기에 장착된 기어보다 바람받이원판의 회전축에 장착된 기어를 크게 형성하였으나 큰기어가 작은 기어를 회전하기 위해 보다 큰 회전력이 요구되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 풍력발전기에서는 발전기로부터 얻어지는 전기를 충전하고, 충전된 전기를 이용하는 구성이 구체화되지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 선 등록된 본 출원인의 풍력 발전장치를 더욱 개선하여 향상되도록 창안한 것으로서, 본 발명의 목적은 자연의 바람, 실내를 환기시키기 위해 외부로 배출되는 바람 또는 이동하는 차량 및 기관차 등을 이용하여 배출 또는 유입되는 바람을 자기부상에 의하여 부하가 감소된 상태를 유지하고 있는 회전체에 가압 분사함으로써 원활한 회전을 통해 발전 효율을 극대화시키도록 자력의 전도(傳道)를 방지하고 회전력을 효율적으로 증속하여 발전기를 회전시키며 충전을 효율적으로 관리할 수 있도록 한 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은, 소정 간격으로 수평지지판 및 상부지지판을 배치하고 바닥에 발전기 및 시동모터를 각각 설치한 지지체, 상기 발전기와 맞물리는 기어부의 태영기어를 축설한 회전축, 상기 회전축에 설치되어 회전력을 증대시키는 플라이휠, 상기 플라이휠의 상부에 위치되면서 회전축에 설치된 바람받이원판, 상기 바람받이원판의 상하부 및 상기 지지체의 수평지지판과 상부지지판에 동일 극성 이 마주하도록 자석을 각각 배치하여 반발력에 의해 부상된 상태를 유지하고 자연 또는 인위적으로 공급되는 바람이 안내관으로부터 토출되어 상기 바람받이원판을 회전시키도록 이루어지는 회전체를 갖는 풍력 발전장치에 있어서. 상기 지지체의 수평지지판과 상부지지판에 동일 극성이 마주하도록 배치된 자석은 양측에 배치된 자석으로 자기력이 전도되지 않도록 자석의 높이보다 높게 돌출되도록 자석과 자석 사이에 비전도체를 배치하며; 상기 발전기를 회전시키는 기어부는 회전축의 하단에 결합된 태영기어가 중앙에 배치되고 상기 태영기어의 주변을 따라 회전하는 유성기어와 상기 유성기어와 내측이 맞물려 회전하는 링기어 및 상기 링기어의 외측에 맞물려 회전하는 발전기의 소기어 및 시동모터의 구동기어를 연동하도록 케이싱에 각각 배치하고; 상기 발전기 및 시동모터는 전자력이 상기 기어부 및 지지체에 전도(傳導)되지 않도록 소기어 및 구동기어를 내구성이 우수한 절연소재로 코팅 또는 일체로 형성하면서 절연판을 접촉부분에 개재하며; 상기 발전기로부터 얻어지는 전기 및 시동모터를 구동하기 위해 사용되는 전기를 배터리에 전위차 충전하도록 제어하는 충전부를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치에 의하여 달성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도 1 및 2는 본 발명의 풍력 발전장치에 대한 단면도로서, 부호 1은 회전체, 2는 기어부, 3은 지지체, 4는 바람송풍부, 5는 안내관, 6은 배터리, 7은 충전부, 10은 발전기, 20은 시동모터를 나타낸다.

발전기(10)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 사업현장에 적합한 용량을 선택하되 본 발명에서는 배터리(71)를 충전시키고 전기를 사용할 수 있도록 직류발전기(DC generator)를 사용하게 되며, 발전기(10)의 축에는 통상의 동력 연결 및 차단용 클러치(11)가 결합되고, 상기 클러치(11)를 통해 발전기(10)에 동력을 전달할 수 있도록 선단에 소기어(24)를 장착하게 된다.

또한, 시동모터(20)는 직류모터(DC moter)로서 배터리(71)에 충전된 전기를 사용하여 역으로 상기 회전체(1)를 기동시키기 위해 작동되는 것으로, 시동모터(20)의 축에는 통상의 동력 연결 및 차단용 클러치(11')가 결합되고, 상기 클러치(11')를 통해 전달된 동력은 구동기어(25)에 전달하도록 장착된다.

상기 발전기(10)와 시동모터(20)는 철골조 및 철판 등으로 만들어지는 지지 체(3)의 내부 하측에 설치되며, 상기 발전기(10)와 시동모터(20)의 소기어(24) 및 구동기어(25)는 상기 회전체(1)의 기어부(2)와 맞물려 회전하되 발전기(10)는 내부에 있는 미도시된 코일, 자석 등의 전기 발생용 부품과 연결되어 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키게 되고, 시동모터(20)는 전기를 공급받아 역으로 기어부(2)를 회전시키게 된다.

회전체(1)는 상기 발전기(10)의 축을 회전시키기 위해 지지체(3) 중앙에 설치되며, 상기 발전기(10)의 선단에 장착된 소기어(24)와 맞물려 회전하는 기어부(2)와, 회전력을 증대시키는 플라이휠(39)이 회전축(33)의 중앙부분에 고정 설치된다. 또한 상기 플라이휠(39)의 상측으로는 소정 간격으로 이격된 2개의 원형 상 하부판 사이에 등간격을 이루면서 둘레면 내측에 다수의 바람판(341)이 결합된 바람받이원판(34)을 배치하여 회전축(33)에 설치하게 되며, 상기 회전축(33)을 지지체(3)의 수평지지판(31) 중앙에 회전 가능하도록 베어링에 의하여 축설하게 되며, 상기 바람받이원판(24)의 상하부판 및 상기 지지체(3)의 수평지지판(31)과 상부지지판(32)에 동일 극성이 마주하도록 다수의 자석(35)을 각각 배치하여 회전체(1) 자체가 자기부상되어 부하를 감소시킨 상태를 유지할 수 있도록 이루어진다.

상기 자석(35)은 도 4의 요부 확대단면도에서와 같이 동일한 "N" 극성이 마주하도록 배치하게 되고, 자력은 5,000 ~ 10,000 가우스(gauss)이면서 이웃하는 자석(35)에 자기력이 전달되지 않도록 이격시키되 더욱 안정적으로 마주하는 자석(35)과 반발력이 작용하도록 비전도체(36)를 사이사이에 배치하게 된다. 상기 비전도체(36)는 자석(35)의 높이보다 약 1~5㎜ 정도 돌출되어 자석(35)을 감싸 보호하여 파손을 방지하면서 자기력이 이웃하는 자석(35)으로 전달됨을 방지하여 안정적으로 부상된 상태를 유지하게 된다. 또한 상기 비전도체(36)는 자석(35)으로부터 발생되는 자력이 회전축(33)으로 전달됨을 방지하도록 절연체로 형성되는 바람받이원판(34)에 하중이 가해지지 않도록 자중이 가벼운 목재 또는 합성수지로 형성하여 만들게 되고, 상기 자석(35)은 동일 극성이 마주하도록 배치됨으로써 항상 반발력이 작용되어 자기부상되고 회전을 위한 반발력을 제공하게 된다.

상기 발전기(10)를 회전시키거나 시동모터(20)에 의하여 회전되는 기어부(2)는 도 2의 단면도 및 도 3의 확대 단면도에서와 같이 상기 발전기(10)를 회전시키는 기어부(2)는 회전축(33)의 하단에 결합된 태영기어(21)가 중앙에 배치되고 상기 태영기어(21)의 주변을 따라 회전하는 유성기어(22)와 상기 유성기어(22)와 내측이 맞물려 회전하는 링기어(23)로 구성되고, 상기 링기어(23)의 외측의 기어에는 맞물려 회전하는 상기 발전기(10)의 소기어(24) 및 시동모터(20)의 구동기어(25)를 각각 연동하도록 배치하게 된다. 상기 기어부(2)는 상하 고정체(28)에 의하여 회전 가능하도록 결합되면서 소기어(24) 및 시동기어(25)와 맞물려 회전되도록 피봇(29)과 커버(27)에 위하여 지지되면서 지지체(3)에 고정되는 케이싱(26)에 의해 지지된다.

또한, 상기 발전기(10)를 작동하여 전기를 발생시키거나 전류의 사용으로 시동모터(20)에 회전력을 발생하게 되면 전자력(電磁力)이 발생하게 되고, 발생하는 전자력은 특히 기어부(2)에 전달되어 회전체(1)의 회전력을 저하시키는 부하로 변화하게 되므로 이를 방지하기 위하여 상기 기어부(2) 및 지지체(3)에 전도(傳導)되지 않도록 발전기(10)의 소기어(24) 및 시동모터(20)의 구동기어(25)를 절연소재로 코팅 또는 일체로 형성하면서 지지체(3)의 바닥면에 고정을 위한 접촉부위에 절연판(30)을 개재하게 된다. 상기 소기어(24) 및 구동기어(25)의 절연소재로는 내구성이 우수한 세라믹 분말 또는 아세탈을 표면에 코팅하거나 세라믹 분말을 소결시켜 압축 성형하여 형성 또는 아세탈을 가공하여 일체로 만들어 사용함으로써 발전기(10)와 시동모터(20)의 작동으로부터 발생하는 전자력이 외부로 전도됨을 방지하게 되고, 상기 전자력의 차단은 곧 원활한 회전체(1)의 작동으로 이루어진다.

상기 발전기(10)로부터 얻어지는 전기를 제어하는 충전부(7)는 배터리(6)를 충전하거나 전기를 사용할 수 있게 하고, 회전체(1)의 초기 기동을 위해 충전된 배 터리(6)의 전기를 사용하여 시동모터(20)를 구동하거나 충전된 배터리(6)의 전기를 전기용품에 연결하여 사용할 때 충전 또는 소모되는 전기량을 배터리(6)에 효율적으로 충전 및 관리하도록 이루어진다.

충전부(7)는 첨부된 도 1 및 도 5에서와 같이 상기 발전기(10)로부터 공급되는 전기를 배터리(6)에 충전하고 출력단(71)으로 전기를 사용하도록 이루어지되 발전기(10)로부터 공급되는 전기는 정전류 & 정전압회로부(72)를 통해 소정의 정전류 및 정전압 상태로 공급되도록 배치되고, 상기 정전류 & 정전압회로부(72)를 통해 전달되는 충전전류를 배터리(6)의 제1 배터리(6a) 및 제2 배터리(6b)에 충전시키는 충전회로부(73a, 73b)를 배치하하고, 상기 제1 배터리(6a) 및 제2 배터리(6b)의 충전전압을 비교하여 충전전류의 공급방향을 전환시키는 전압비교회로부(74)를 배치하고, 상기 제1 배터리(6a)의 과열충전을 방지하는 과열방지부(75)가 배치되며, 제1 배터리(6a)의 사용으로 전압이 감소되면 충전 안전상태를 유지시키기 위해 완전 충전되어 있던 제2 배터리(6b)를 접속시켜 전위차충전을 통해 제1 배터리(6a)를 충전 안전상태로 유지시키는 전위차충전부(76)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 발전기(10)를 회전시켜 전기를 얻기 위한 회전체(1)의 바람받이원판(34)에 공기를 전달하기 위하여 배치된 안내관(5)과 연결되어 바람을 전달하는 것은 본 출원인이 선행하여 등록받은 기술적 구성으로서 첨부된 도 1의 바람송풍부(4)와, 도 6의 바람송풍부(4'), 도 7a의 차량(8) 또는 도 7b의 기관차(9)에 연결되어 가압, 가속 공기를 제공받게 된다.

상기 바람송풍부(4)의 구성을 도 1를 참고하여 개략적으로 살펴보면 지지 체(3) 상부에 설치되어 일체로 사용하거나, 미도시되었지만 이격된 상태에서 공장 및 공공장소의 환기를 위하여 지붕 위에 설치되어 바람을 유입 및 배출하면서 바람을 증속하여 분출시키기 위한 것이다. 상기 바람송풍부(4)는 통공이 천공된 기초 베이스판의 상측에 바람의 저항을 받아 회전력을 제공하는 바람컵(41)을 축에 부착하고 내측에는 바람을 하측에서 상부 관통공으로 유도하여 배출시키는 나선깃을 가지는 하광상협한 깔때기형상의 바람개비원통(42)과, 상기 바람개비원통(42)의 외부를 감싸면서 외부 바람이 유입되어 상기 바람컵(41)에 전달되도록 통공을 둘레면에 천공한 지지외통(43) 및 상기 지지외통(43)의 상단에 설치되면서 상기 바람개비원통(42)의 상부 관통공으로 배출되는 공기를 유도시켜 흐름을 증속시키기 위한 내부가이드판 및 외부케이스로 구분되는 고정형 흡출식 벤치레이터(44)를 포함하여 이루어진다.

상기 고정형 흡출식 벤치레이터(44)는 외부케이스와 내부가이드판으로 이루어지는 고정타입이며, 내부가이드판의 중앙 통로로는 상기 바람개비원통(42)으로부터 배출되는 바람을 통과시키게 되면 상기 내부가이드판과 외부케이스 사이의 통로로는 외부 바람의 대류작용으로 상승하면서 내부가이드판의 중앙 통로로 배출되는 바람의 배기 능력을 배가하여 최종적으로 상부의 배출구(45)로 바람을 배출하게 된다. 상기 고정형 흡출식 벤치레이터(44)의 상부 중앙에 위치된 배출구(45)는 깔때기를 뒤집어 놓은 모양으로 중앙부분으로 모아진 상태에서 배출통로를 좁게 형성함으로써 바람의 배출속도가 증속되고, 상기 배출구(45)에 안내관(5)의 입구가 연결되며 안내관(5)의 출구는 증속된 바람을 상기 회전체(2)의 바람받이원판(34)에 가 압 분사하도록 이루어진다.

또한, 첨부된 도 6에서와 같이 바람송풍부(4')는 상기 고정형 흡출식 벤치레이터(44)를 내측에 위치시켜 감싸도록 회전형 흡출식 벤치레이터(46)를 추가 배치한 구성으로서. 상기 회전형 흡출식 벤치레이터(46) 하부로부터 공기가 유입되면서 회전형 흡출식 벤치레이터(46) 외부로 공기가 배출될 때 하부로 유입되는 공기 흡입량이 증가하게 되고. 그 일부 공기가 상기 바람송풍부(4)의 고정형 흡출식 벤치레이터(44)로부터 배출되는 바람과 함께 혼합 안내되면서 안내관(5)으로 배출됨으로써 바람량의 증대를 통해 흐름속도를 더욱 증대시킬 수 있도록 이루어진다.

또한, 자연적인 바람을 이용하여 공기를 가압, 가속시키는 상기 바람송풍부(4, 4') 이외에 인위적인 방법으로서 첨부된 도 7a 및 7b에서와 같이 차량(8) 또는 기관차(9)에 발전장치를 설치하고 차량(8) 또는 기관차(9)가 운행할 때 얻어지는 가속 공기를 안내관(5)으로 유도하여 회전체(1)의 바랍받이원판(34)에 전달함으로써 회전력을 얻을 수 있도록 한 것이다.

상기 구성의 설명에서 각 부품의 고정 및 결합을 위한 고정용 볼트들은 생략하였으며, 기어부(2)는 케이싱(26) 및 회전축(33)에 통상의 베어링으로 결합되어 회전가능하면서 지지되는 구성은 동 분야에서 누구나 실시할 수 있는 정도이므로 상세한 설명은 생략한다.

다음은 본 발명의 풍력 발전장치의 작동에 대하여 설명한다.

발전장치의 지지체(3)를 필요한 소정의 장소 또는 차량 및 기관차 등에 설치하되 도 1 및 도 6에서와 같이 회전체(1)가 설치된 지지체(3)의 상부에 바람송풍 부(4)를 설치한 상태 또는 회전체(1)가 설치된 지지체(3)와 바람송풍부(4')를 분리 형성하고 상기 바람송풍부(4')를 환기를 요구되는 미도시된 건물의 지붕 등에 설치하게 된다.

상기 바람송풍부(4) 또는 바람송풍부(4')의 바람컵(421)은 외부의 자연 바람이 지지외통(43)에 천공된 통공(431)으로 유입되어 바람개비원통(42)의 하단에 부착된 상태에서 회전하게 되고, 베이스판의 통공으로 통과된 외부 바람 또는 환기를 위하여 지붕에 설치된 경우에는 배출되는 바람이 바람개비원통(42)의 내부로 유입된 후 상측 관통공으로 배출될 때 내부의 나선깃에 의하여 바람개비원통(42)이 회전하게 된다.

상기 바람개비원통(42)이 회전하기 시작하면 내부의 나선깃(422)에 의하여 저면으로 유입되는 자연 바람 또는 실내의 환기를 통해 유입되는 바람의 흐름이 빨라지면서 관통공(423)으로 안내되어 배출 면적이 좁아진 관통공(423)을 통해 분출되어 대기에서 작용되는 바람의 풍속보다 증가된 상태로 토출된다.

상기 바람개비원통(42)의 관통공으로 토출되는 바람은 곧 고정형 흡출식 벤치레이터(44)의 내부가이드판 중앙 통로를 거처 상부의 배출구(45)로 안내된다. 이때 고정형 흡출식 벤치레이터(44) 외부는 대류형상이 발생되면서 외부케이스와 내부가이드판 사이로 외부 바람이 유입되면서 내부가이드판 중앙 통로로 유입되는 바람과 함께 유동되어 그 양이 증대됨으로써 배출구(45)로 가속 즉 흐름이 증속되면서 공기가 토출된다.

상기 바람송풍부(4)의 고정형 흡출식 벤치레이터(44) 상부의 배출구(45)로 속도가 증속되어 토출되는 바람은 안내관(5)을 통해 회전체(2)의 바람받이원판(34)둘레면에 형성된 바람판(341)에 분사되고, 상기 바람판(341)에 전달된 바람의 충돌 힘이 자석(25)에 의해 부상되어 있는 바람받이원판(34)을 회전시키게 되고, 상기 과정에서 회전축(33) 하측에 고정되어 있는 플라이휠(39)은 관성력이 작용되어 발전에 필요한 회전력을 안정적으로 제공하게 된다.

또한, 상기 고정형 흡출식 벤치레이터(44)의 외부에 도 6에서와 같이 회전형 흡출식 벤치레이터(46)를 부가하면 상기 바람송풍부(4)의 고정형 흡출식 벤치레이터(44)를 감싸면서 외측에 배치된 상태에서 배출되는 바람의 양의 증대가 이루어진다. 상기 배출 바람의 양의 증대는 회전형 흡출식 벤치레이터(46)가 회전되면 하부로부터 공기가 유입되면서 회전형 흡출식 벤치레이터(45) 외부로 배출될 때 하부로 유입되는 공기 흡입량의 일부가 상기 바람송풍부(4)의 고정형 흡출식 벤치레이터(44)로부터 배출되는 바람과 함께 혼합 안내되면서 안내관(5)으로 배출됨으로써 바람량의 증대가 이루어지는 것이다. 이는 곧 안내관(5)을 통해 토출되어 회전체(1)의 바람받이원판(34)에 공급되는 바람의 힘 증대로 변화되므로 바람받이원판(34)을 더욱 가속하여 회전시킬 수 있는 것이다.

또한, 첨부된 도 7a 및 7b에서와 같이 차량(8) 또는 기관차(9)에 설치되면, 차량(8) 또는 기관차(9)의 주행에 의하여 유입되는 공기가 안내관(5)으로 전달된 후 회전체(1)의 바람받이원판(34)을 회전시키는 것으로 차량(8) 또는 기관차(9)의 운행 속도에 따라 유입되는 공기의 가속력이 다르므로 차량(8)의 경우는 시속 60~90㎞, 기관차(9)의 경우는 100~300㎞ 내에서 얻어지는 가속 공기를 이용하게 된 다.

상기 바람송풍부(4, 4'), 차량(8), 또는 기관차(9) 등 자연의 바람을 인위적으로 집약하여 전달받고, 전달된 가속 공기를 이용하여 회전체(1)의 바람받이원판(43)을 회전시키면 바람받이원판(34)을 고정하고 있는 회전축(33)이 회전됨과 동시에 회전축(33) 하단에 고정된 기어부(2)의 태영기어(21)가 회전되어 맞물려 있는 유성기어(22)를 회전시키고 유성기어(22)는 링기어(23)을 회전시킴과 동시에 링기어(23)의 둘레에 맞물려 있는 소기어(24)와 구송기어(24)와 함께 회전하게 되고, 최종적으로 소기어(24)의 회전력으로 발전기(10)를 회전하여 소망하는 전기를 쉽게 얻을 수 있다. 상기 기어부(2)는 적은 힘의 회전력이 최종적으로 발전기(10)를 효율적으로 회전시키도록 작은 태영기어(21)가 2~3배 큰 유성기어(22)를 회전시키고, 다시 유성기어(22)는 2~3배 큰 링기어(23)를 회전시키며, 링기어(23)은 원활하게 회전되면서 가속력을 얻게 되고, 가속력을 받은 링기어(23)는 6~10배 작은 소기어(24)를 증속 회전시켜 발전기(10)의 정격회전수인 2,000~ 3000rpm으로 회전되도록 이루어진다.

상기 발전기(10)의 회전으로 얻어지는 전기는 첨부된 도 5에서와 같이 12~36V 배터리(10)를 충전 및 사용하기 위한 적합한 용량의 정전압과 정전류를 발생시키는 정전류 & 정전압회로부(72)로 입력된 후 배터리(10)의 표준 전압 및 전류보다 약 1.3배 큰 전압 및 전류가 출력되도록 한다. 상기 정전류 & 정전압회로부(72)로부터 출력되는 충전전류는 일차적으로 충전회로(73a)를 통해 제1 배터리(6a)에 공급되어 충전이 이루어지고, 소정 시간 충전을 통해 표준 상태가 되면 제1 배터리(6a)와 제2 배터리(6b)의 충전전압을 비교하는 전압비교회로부(74)의 비교 판단이 이루어진 후 충전회로(73b)를 작동시켜 충전전류를 제2 배터리(6b)로 공급하여 충전을 실행하게 된다. 상기 과정에서 제1 배터리(6a)가 과열충전이 이루어지면 과열방지부(75)가 작동하여 제1 배터리(6a)를 안전상태로 보호하게 되고, 상기 제1 배터리(6a) 및 제2 배터리(6b)의 충전이 완료되거나 출력단(77)을 통해 전기를 소모하지 않을 경우에는 전압 비교회로(74)가 작동하여 발전기(10)의 축에 장착된 전자식 동력 전달장치인 클러치(11)를 작동시켜 소기어(24)의 회전력이 발전기(10)의 축으로 전달됨을 차단하므로 더 이상의 충전 전류 또는 사용 전기를 발생시키지 않게 된다.

상기 발전기(1)의 정지 또는 회전체(1)의 작동이 정지되어 충전용 전기를 얻을 수 없을 때 우선하여 제1 배터리(6a)를 출력단(77)를 통해 사용하게 되고, 일정 시간 제1 배터리(6a)를 사용하여 전압이 표준의 50~60% 감소하면 재충전 시간이 길어지고 전극 및 전해액이 손상되므로 충전 안전상태를 유지시키기 위해 전위차충전부(76)가 제1 배터리(6a)와 제2 배터리(6b)의 전위차를 비교 판단하여 출력단(77)으로의 전류공급을 차단하면서 완전 충전상태인 제2 배터리(6b)를 제1 배터리(6b)에 접속시켜 전위차 충전을 통해 제1 배터리(6a)를 충전 안전상태로 유지시킴으로써 배터리(6)를 장기간 사용할 수 있다.

상기 충전부(7)의 출력단은 제1 배터리(6a)로부터 충전된 전류를 시동모터(20)에 연결된 상태이므로 미풍 또는 가속 공기의 유입이 약하여 회전체(1)의 초기 기동이 어려울 때에 전류를 공급하여 시동모터(20)를 작동시키면 축의 회전에 의해 클러치(11')를 통해 구동기어(25)를 회전시키고, 구동기어(25)는 링기어(23), 유성기어(22), 태영기어(21) 그리고 태영기어(21)을 고정하고 있는 회전축(33)을 회전시켜 플라이휠(39)이 정상 관성력이 발생되면, 반대로 공급전류를 차단함과 아울러 클러치(11')의 동력 전달을 차단하여 시동모터(20)의 작동을 정지시키게 된다. 상기 제1 배터리(6a)를 사용하여 시동모터(20)를 작동시켜 링기어(23)을 회전시키는 것은 곧 발전기(10)을 작동시키는 것이므로 배터리(6)를 충전할 수 있는 전기를 병행하여 얻게 된다.

상기 발전기(10)와 시동모터(20)의 작동은 곧 전자력의 발생으로 이루어지나 회전체(1)의 가속력을 저하시키는 자력의 전달을 절연판(30) 및 절연소재인 아세탈 및 세라믹 분말을 코팅 또는 일체로 성형한 소기어(24) 및 구동기어(25)에 의해 차단되므로 회전체(1)는 더욱 부하의 증가 없이 안정적으로 회전되어 최종적으로 발전기(10)의 회전을 원활하게 한다.

또한, 회전체(1)의 부하를 감소시키면서 회전을 원활하게 하기 위하여 부상상태를 유지시키는 수평지지판(31), 상부지지판(32) 그리고 바람받이원판(34)의 상하부판에 부착되는 자석(25)으로부터 발생되는 자기력은 자중이 가벼운 목제 또는 합성수지로 성형된 비전도체(36)에 의하여 전도됨을 방지함으로써 부상 및 반발력에 의한 회전력의 증대할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 발전장치는, 자연의 바람, 실내를 환기시키기 위해 외부로 배출되는 바람 또는 이동하는 차량 및 기관차 등을 이용하여 배출 또는 유입되는 바람을 자기부상에 의하여 부하가 감소된 상태를 유지하고 있는 회전체에 가압 분사함으로써 원활한 회전을 통해 발전 효율을 극대화시키면서 부상용 자석, 발전기, 또는 시동모터로부터 발생하는 자력의 전도(傳道)를 방지하여 회전력을 효율적으로 증속시키면서 유성기어 및 링기어를 갖는 기어부를 통해 발전기를 용이하게 적정회전수로 회전되도록 하여 충전 및 배터리를 전위차 충전부를 통해 효율적으로 관리할 수 있는 것이다.

Claims

소정 간격으로 수평지지판(31) 및 상부지지판(32)을 배치하고 바닥에 발전기(10) 및 시동모터(20)를 각각 설치한 지지체(3), 상기 발전기(10)와 맞물리는 기어부(2)의 태영기어(21)를 축설한 회전축(33), 상기 회전축(33)에 설치되어 회전력을 증대시키는 플라이휠(39), 상기 플라이휠(39)의 상부에 위치되면서 회전축(33)에 설치된 바람받이원판(34), 상기 바람받이원판(34)의 상하부 및 상기 지지체(3)의 수평지지판(31)과 상부지지판(32)에 동일 극성이 마주하도록 자석(35)을 각각 배치하여 반발력에 의해 부상된 상태를 유지하고 자연 또는 인위적으로 공급되는 바람이 안내관(5)으로부터 토출되어 상기 바람받이원판(34)을 회전시키도록 이루어지는 회전체(1)를 갖는 풍력 발전장치에 있어서.

상기 지지체(3)의 수평지지판(31)과 상부지지판(32)에 동일 극성이 마주하도록 배치된 자석(35)은 양측에 배치된 자석(35)으로 자기력이 전도되지 않도록 자석(35)의 높이보다 높게 돌출되도록 자석(35)과 자석(35) 사이에 비전도체(36)를 배치하며;

상기 발전기(10)를 회전시키는 기어부(2)는 회전축(33)의 하단에 결합된 태영기어(21)가 중앙에 배치되고 상기 태영기어(21)의 주변을 따라 회전하는 유성기어(22)와 상기 유성기어(22)와 내측이 맞물려 회전하는 링기어(23) 및 상기 링기어(23)의 외측에 맞물려 회전하는 발전기(10)의 소기어(24) 및 시동모터(20)의 구동기어(25)를 각각 연동하도록 케이싱(26)에 각각 배치하고;

상기 발전기(110) 및 시동모터(20)로부터 발생하는 전자력이 상기 기어부(2) 및 지지체(3)에 전도(傳導)되지 않도록 소기어(24) 및 구동기어(25)를 내구성이 우수한 절연소재로 코팅 또는 일체로 형성하면서 절연판(30)을 접촉부분에 개재하며;

상기 발전기(10)로부터 얻어지는 전기 및 시동모터(20)를 구동하기 위해 사용되는 전기를 배터리(6)에 전위차 충전하도록 제어하는 충전부(7)를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 자석(35)과 자석(35) 사이에 배치되는 비전도체(36)는 자중이 가벼운 목재 또는 합성수지인 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 발전기(110) 및 시동모터(20)의 소기어(24) 및 구동기어(25)는 아세탈 또는 세라믹 분말을 표면에 코팅하거나 일체로 성형하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 회전체(1)는 지면, 차량(8) 또는 기관차(9) 중 어느 한 장소에 설치하되 회전체(1)의 바람받이원판(34)을 회전시키도록 토출되는 바람을 안내하는 안내관(5)은 바람컵(41), 원추형 바람개비원통(42), 고정식 벤치레이터(43), 회전형 흡 출식 벤치레이터(44)로 이루어지는 바람송풍부(4)의 배출구(45) 및 이동하는 차량(8) 또는 기관차(9)로부터 공기가 유입되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.
제1항에 있어서,

상기 발전기(10)로부터 공급되는 전기를 배터리(6)에 충전하고 출력단(71)으로 전기를 사용하는 충전부(7)는 정전류 & 정전압회로부(72)를 통해 전달되는 충전전류를 제1 배터리(6a) 및 제2 배터리(6b)에 충전시키는 충전회로부(73a, 73b)와, 상기 제1 배터리(6a) 및 제2 배터리(6b)의 충전전압을 비교하여 충전전류의 공급방향을 전환하는 전압비교회로부(74)와, 상기 제1 배터리(6a)의 과열충전을 방지하는 과열방지부(75)와, 제1 배터리(6a)의 사용으로 전압이 감소되면 충전 안전상태를 유지시키기 위해 완전 충전상태인 제2 배터리(6b)를 접속시켜 전위차 충전을 통해 제1 배터리(6a)를 충전 안전상태로 유지시키는 전위차충전부(76)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치.