KR20100003492U - 자기부상과 부력을 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 수직형 풍력 발전시스템중 바람을 받는 날개와 중심축의 무게를 N, S극의 반발력에 의한 자기부상과 액체(물, 기름)에 띄운 부력체에 의해 무게를 지탱함으로서 기계적 마찰의 최소화를 이루어 적은 바람에서도 날개의 회전이 가능케 되면서 날개를 포함한 회전축이 원활히 회전되어지도록 한 자기 부상과 부력을 이용한 수직축형 풍력발전장치에 관한 것으로서, 날개와 고정되어 날개의 회전에 따라 함께 회전되어지는 중심축, 날개의 하단과 중심축에 고정되어져 날개 및 중심축과 일체로 제작되어진 원통형 구조물, 원통형의 구조물 하단에는 원통형의 수조 위에 띄워져 원통형의 구조물 무게를 지탱하는 원통형의 부력체와, 원통형의 바깥쪽에 부착된 (N, S)극 자석과 부력체의 외곽 및 원통형 구조물의 바깥쪽에 부착된 (N, S)극 자석의 하단에 대칭으로 설치된 (S, N)극의 자석의 구조로 되어있다.
이 원통형 수조 및 수조내에 띄워진 부력체의 중심부는 부력과 (N, S) 및 (S, N) 자석의 반발력에 의한 자기 부상에 의해 날개가 고정된 중심축이 상하 이동 및 수조내에서 부력체가 회전할 수 있는 구조이다. 이렇게함으로서 무거운 중량의 날개, 날개를 지탱해주는 중심축과 원통형 구조물은 미풍에서도 회전하게 되고 회전되는 중심축과 연결된 제네레이터에서 전력을 생산케 되는 구조로, 기계적 마찰이 최소화됨으로서 미풍에서도 큰동력을 얻고 에너지 손실을 최소화하면서 발전수단이 원활히 회전되어 높은 효율의 전력 생산이 이루어지는 효과를 가지게 된다.
풍력발전, 수직풍력발전, 자기부상, 부력

Description

자기부상과 부력을 이용한 발전장치{a generator with magnetic levitation ＆ veyond}
본 고안은 자기부상과 부력을 이용한 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무거운 중량의 날개, 날개를 지탱해주는 중심축과 원통형 구조물은 미풍에서도 큰 동력을 얻고 에너지 손실을 최소화하면서 발전수단이 원활히 회전되어 높은 효율의 전력 생산이 이루어지는 효과를 가지게 된다.
일반적으로 풍력발전은 크게 수평날개 구조를 이용하는 수평식 풍력발전과 수직날개를 이용한 수직형 풍력발전으로 구분되는데, 이 중 수평날개를 이용하는 방식은 수평의 3개의 커다란 날개를 회전시킴으로서 발전을 하는 것으로, 바람의 세기가 강한 지역에서만 정격발전(10m/s 이상)이 가능하게 된다.
또한 비교적 저속의 바람에서도 풍력발전이 가능한 수직형 풍력발전의 경우 바람을 접촉하는 날개의 구조가 수평식 풍력발전에 비해 넓은 분포도를 가지며 다익인 관계로 과도한 날개의 무게로 말미암아 기계적 마찰로 인한 에너지 손실을 피할 수 없는등의 단점도 있으나, 이러한 과도한 무게에 의한 기계적 마찰 손실을 줄일 수 있다면 수평형 풍력발전에 비해 고효율의 발전을 꾀할 수 있는 것이다.
자기부상 열차가 궤도위에서 기계적 마찰을 갖는 열차보다 빠른 속도를 갖는 이유는 (N, S)극의 반발력인 자기부상으로 기계적 접촉 없이 열차가 달릴 수 있기 때문이다. 이와 마찬가지로 날개를 포함한 중심축의 무게가 일정 이상인 채로 회전되어야 고효율의 발전을 할 수 있는 풍력발전기의 현실에서 수조내의 액체위에 부력체를 띄워 바람을 받는 날개가 회전시 이 부력체를 회전토록 하여 기계적 마찰력을 줄이고 이와 병행하여 (N, S)극의 반발력을 이용한 자기부상으로 기계적 마찰력을 최소화 함으로서 수직형 풍력발전기의 최대 약점으로 지적된 날개를 포함한 중심축 중량의 제한을 갖지 않아도 된다.
이에, 본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 그 목적은 수직형 풍력발전기의 날개 및 날개와 일체로 결합되어 회전되는 중심축의 무게의 일부를 자석 N, S극의 반발력을 이용한 자기부상에 의해 공중부양시켜 기계적 마찰 손실을 최소화 시키고, 또 다른 무게의 일부는 수조에 띄운 부력체의 부력의 힘을 이용한 것으로, 이렇게 제작되어진 수직축 풍력발전기는 저속에서도 충분한 동력과 회전력을 얻음으로서 에너지 손실을 최소화하면서 발전수단이 원활히 회전되어 전력 생산이 이루어지도록 한 자기부상과 부력을 이용한 발전장치를 제공함에 있다.
① 날개(KG)+중심축(KG)+원통형구조물(KG) ＜ 부력(KG)+자기부상력(KG)
풍력발전에 부력과 자기부상을 이용하는 이유는 부력의 장점과 자기부상의 장점을 이용하여 날개와 중심축이 회전시의 기계적 마찰을 최소화 하고 수조와 부력체의 크기를 소형화하기 위한 것이다. 부력과 자기부상력의 힘(KG)중 자기부상력의 힘이 단위 면적당 부력의 힘보다 세기가 세다. 따라서 수조와 부력체의 체적을 줄임으로서 풍력발전기의 크기 특히 수조와 부력체의 크기가 필요이상으로 커지는 것을 제한 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 원통형의 구조물 하단에는 원통형의 수조 위에 띄워져 원통형의 구조물 무게를 지탱하는 원통형의 부력체와, 원통형의 바깥쪽에 부착된 (N, S)극 자석과 부력체의 외곽 및 원통형의 바깥쪽에 부착된 (N, S)극 자석의 하단에 대칭으로 설치된 (S, N)극의 자석의 구조로 한다.
이에, 본 고안은 자기부상력과 부력이 힘을 이용함으로서 수조와 부력체의 크기를 제한적으로 조정 할 수 있으며, 날개의 회전시 기계적 마찰을 극소화 함으로서 미풍에서도 회전속도와 일정 이상의 회전 토크를 얻게 하여 높은 효율의 전력 생산이 이루어지는 효과를 가지게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안 풍력발전기의 평면도
도 2는 본 고안 풍력발전기 A-A' Section 정면도
도 3은 본 고안 풍력발전기 B-B' Section 정면도
도 4는 본 고안 풍력발전기 A-A' Section 정면도(풍력발전기 하부)
도 5는 본 고안 풍력발전기 날개를 포함한 중심축 부분의 사시도(일체형)
도 6은 도 4와 5가 결합된 정면도
도 7은 본 고안 풍력발전기중 날개 부분의 사시도
도 8은 본 고안 풍력발전기중 자기부상 부분 상세도로서, 도시된 것과 같이 본 고안은 날개 및 날개와 일체로 구성된 중심축(100), 중심축과 일체로 체결된 원통형의 지지대(80), 원통형의 하단에는 자석(N, S극)(50)을 설치 고정하고, 자석(50)의 하단에는 자석(50)과 상반된 자석(40)을 설치하고, 수조(30)과 부력체(20)를 설치한다. 이렇게 함으로서 날개와 일체로 구성된 중심축(100), 중심축과 일체로 체결된 원통형의 지지대(80)는 부력과 자력의 반발력으로(40) 날개와 중심축의 무게가 최소화되고 따라서 바람에 의한 날개의 회전시 기계적 마찰을 적게 받는다. 기계적 마찰이 적은 날개의 회전은 미풍에서도 회전하게 되고 이렇게 회전되는 중심축과 연결된 전력생산 기구인 발전장치(Generator)로 동력을 보내어 전력의 생산이 이루어지도록 한 것이다.
상기 원형자석(N, S극) (40)은 지지대(60)와 일체의 구조
상기 원형자석(N, S극) (50)은 원통형 지지대(80)와 일체의 구조
상기 (70)은 지지대(60)와 수조(30)를 지탱키 위한 프레임
상기 부력체(20)는 수조(30)의 액체(물 or 부동액)에 띄워져 날개, 중심축과 원통형(80)이 회전할 때 함께 회전하는 구조
도 1은 본 고안 풍력발전기의 평면도
도 2는 본 고안 풍력발전기 A-A' Section 정면도
도 3은 본 고안 풍력발전기 B-B' Section 정면도
도 4는 본 고안 풍력발전기 A-A' Section 정면도(풍력발전기 하부)
도 5는 본 고안 풍력발전기 날개를 포함한 중심축 부분의 사시도(일체형)
도 6은 도 4와 5가 결합된 정면도
도 7은 본 고안 풍력발전기중 날개 부분의 사시도
도 8은 본 고안 풍력발전기중 자기부상 부분 상세도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 부력체
30 : 수조
31 : 수조에 담겨진 액체(물 or 부동액)
40 : N(S)극 자석
50 : S(N)극 자석
60 : 자석을 고정키위한 원통형의 서포트(지지대)
70 : 풍력발전기를 지탱키 위한 프레임
80 : 날개와 중심축과 일체로 제작한 원통형의 서포트
90 : 날개
100 : 중심축
101: 중심축(100)이 조립된 가상의 중심축(101)
110: 중심축(100)이 조립되어질 하단 베어링
111: 중심축(100)이 조립되어질 상단 베어링
120: 바람의 방향
121: 날개의 이동 방향

Claims (1)

  1. 자석의 (N, S극) 반발력에 의해 회전되는 날개(90) 및 날개와 일체로 구성된 중심축(100), 중심축과 일체로 체결된 원통형(80)에 고정된 자석(N, S극)(50)과, 이러한 날개와 중심축 및 원통형을 부상시키기 위해 하단에 수조(30)와 부력체(20) 그리고 자석(N, S극)(40)과 자석 지지대 (60)을 설치하고, 이렇게 함으로서 미풍에서도 마찰이 최소화되어 발전되는 부력 및 자기부상을 이용한 수직형 풍력발전기
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117803519A (zh) * 2024-03-01 2024-04-02 山西康泰金盾安防技术有限公司 一种具有长使用寿命的集群式微风发电装置
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