KR20100067706A - 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기에 관한 것으로, 일정 방향으로 회전하면서, 발전기의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주와 하부 지주로 나누어질 수 있으며, 상기 상부 지주가 하부 지주에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주, 마주오는 바람을 맞받음과 더불어, 상기 중앙 회전봉의 지름 방향으로 일측면이 서로 마주보게 배치되어, 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 날개와 제 2 날개, 및 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레면을 따라 감겨져 있으면서, 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 동력 전달 수단을 구비한다. 또한, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에는 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 수직 방향으로 배치되면서, 일측이 상기 동력 전달 수단과 연결되어 풍력에 의해 상기 동력 전달 수단을 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 회전시킬 수 있는 버켓이 장착된다. 또, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에는 상기 제 1 날개와 제 2 날개를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에 관통된 상태로 상기 동력 전달 수단에 의해서 좌,우 회전할 수 있고, 상기 동력 전달 수단에 의해 전달된 회전력을 상기 중앙 회전봉에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축의 상하단에는 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축을 붙잡아 지주의 외주 면에 장착시킬 수 있는, 상·하부 연결 수단이 설치된다. 또, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기에는 제 1 날개 또는 제 2 날개의 일측에 장착되어 외부로부터 유입되는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서와, 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기, 및 상기 풍속 센서로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기를 조정할 수 있는 제어부가 갖추어진다. 또, 상기 하부 지주에는 상기 중앙 회전봉을 압박함으로써 상기 중앙 회전봉의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단이 장착될 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 바람이 불어오는 방향으로 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 회전될 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 이루는 내각이 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 상기 제 1 날개와 제 2 날개에 장착됨과 동시에, 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 버켓을 최적의 풍향과 풍속으로 회전할 수 있기 때문에 종래의 프로펠러식 풍력 발전에 비해 발전 효율을 높일 수 있다.
풍력 발전기, 풍향, 풍속, 풍속 센서, 역방향 기어
Description
본 발명은 풍력을 이용하여 일정량의 전기를 발생할 수 있는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기에 관한 것으로, 특히, 종래의 프로펠러식 회전 날개에서 벗어나 바람의 방향과 세기에 따라 회전 및 내각을 조절할 수 있는 V자형 날개에 상기 날개의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 버켓을 달아 바람의 방향과 세기에 따라 발전 효율을 극대화 시킬 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 사용되는 발전 방법으로는 대규모의 화석 연료를 사용하는 화력발전과, 우라늄을 이용하는 원자력 발전, 및 대규모의 담수 설비가 필요한 수력 발전 등을 제시할 수 있으나, 상기 제시한 발전 방법들은 대기 오염이나 온난화의 주범이 될 수 있고, 처리가 곤란한 방사선 폐기물을 발생할 수 있어, 근래에 들어서는 보다 친환경적인 발전 방식이 시급히 요구되고 있다.
이러한 요구 사항들을 충족하기 위하여 3면이 바다로 둘러 쌓인 우리 나라 는 바람의 힘을 이용한 풍력 발전에 지대한 관심을 보이고 있다.
상기 종래의 풍력 발전 형태는 통상 5M 이상의 높이로 지주를 고정 설치하고, 상기 지주의 상단에 2개 이상의 날개를 구비한 프로펠러형 블레이드를 설치하여 상기 블레이드의 회전력에 의해 전기를 발생할 수 있는 방식이다.
하지만, 상기 종래의 풍력 발전 형태는 일정 속도 이상을 가지고 있으면서, 공기 밀도가 높은 바람만이 상기 프로펠러형 블레이드를 회전시킬 수 있으므로, 미풍이 불어올 경우에는 발전이 불가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 바람의 방향이 일정치 않은 도서 지역 및 산간 지방에서는 효율성이 저하된다는 문제점이 있었고, 강풍 등에 쉽게 파손될 수 있어 유지 보수가 비경제적이며, 그 시설 비용에 경제성이 결여될 수 있다는 등의 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 풍력 발전기에 따른 구조상의 문제점을 해결하여 마주오는 바람의 방향과 세기에 따라 유동적으로 움직여 풍력에 의한 발전 효율을 극대화시킬 수 있으면서, 넓은 대지를 필요로 하는 프로펠러식 회전 날개 대신에 장소의 영향을 덜 받는 회전 날개 구조를 갖춘 풍력 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 일정 방향으로 회전하면서, 발전기의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉을 감쌀 수 있고, 상하 2등분으로 분할되어 상부 지주와 하부 지주로 나누어질 수 있으며, 상기 상부 지주가 상기 하부 지주에 끼워진 상태로 좌,우 회전할 수 있는 지주, 마주오는 바람을 맞받음과 더불어, 상기 중앙 회전봉의 지름 방향으로 일측면이 서로 마주보게 배치되어, 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 날개와 제 2 날개, 및 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레면을 따라 감겨져 있으면서, 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 동력 전달 수단을 구비한다.
또한, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에는 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 수직 방향으로 배치되면서, 일측이 상기 동력 전달 수단과 연결되어 풍력에 의해 상기 동력 전달 수단을 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 회전시킬 수 있는 버켓이 장착된다.
또, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에는 상기 제 1 날개와 제 2 날개를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 제 1 날개와 제 2 날개에 관통된 상태로 상기 동력 전달 수단에 의해서 좌,우 회전할 수 있고, 상기 동력 전달 수단에 의해 전달된 회전력을 상기 중앙 회전봉에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축의 상·하단에는 상기 제 1 동력 전달축과 제 2 동력 전달축을 붙잡아 지주의 외주면에 장착시킬 수 있는 상·하부 연결 수단이 설치된다.
또, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기에는 제 1 날개 또는 제 2 날개의 일측에 장착되어 외부로부터 유입되는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서와, 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기, 및 상기 풍속 센서로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기를 조정할 수 있는 제어부가 갖추어진다.
또, 상기 하부 지주에는 상기 중앙 회전봉을 압박함으로써 상기 중앙 회전봉의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단이 장착될 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 바람이 불어오는 방향으로 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 회전될 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 이루는 내각이 변경될 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 바람이 불어오는 방향으로 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 회전될 수 있고, 바람의 세기를 실시간으로 감지한 다음, 상기 바람의 세기에 따라 상기 제 1 날개와 제 2 날개가 이루는 내각을 변경할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 상기 제 1 날개와 제 2 날개의 둘레 방향으로 장착된 버켓을 약한 풍속에서도 효율적으로 회전시킬 수 있다.
또한, 종래의 프로펠러식 풍력 발전에 비해 발전 효율을 높일 수 있고, 종래의 회전 반경이 큰 프로펠러식 블레이드 대신에 제 1 날개와 제 2 날개에 고정된 버켓의 회전력을 이용하여 발전함으로, 좁은 공간안에서도 풍력에 의한 발전을 실행할 수 있다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로 서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 1은 본 발명의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 상태도이고, 도면 2는 본 발명에 갖추어진 상부 지주와 하부 지주의 상세도이며, 도면 3은 본 발명에 갖추어진 방향 전환 기어의 작동 원리를 설명하기 위한 상태도이다.
도면 4는 본 발명에 갖추어진 제 1 날개와 제 2 날개의 전방에 풍력 유도막을 추가 설치한 상태도이고, 도면 5는 본 발명에 갖추어진 제동 수단의 실시 예를 설명하기 위한 상태도이며, 도면 6은 본 발명에 갖추어진 제 1 날개와 제 2 날개의 후면에 각도 조절기를 연결한 상태도이다.
도면 7은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 상태도이고, 도면 8은 본 발명의 제어 블록도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 일정 방향으로 회전하면서, 발전기(1)의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉(2)과, 지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉(2)을 감쌀 수 있고, 상,하 2등분으로 분할되어 상부 지주(3a)와 하부 지주(3b)로 나누어질 수 있으며, 상기 상부 지주(3a)가 상기 하부 지주(3b)에 끼워져 좌,우 회전할 수 있는 지주(3), 마주오는 바람을 맞받음과 더불어, 상기 중앙 회전봉(2)의 지름 방향으로 일측면이 서로 마주보게 배치되어, 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5), 및 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5) 의 둘레면을 따라 감겨져 있으면서, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 동력 전달 수단(6)을 구비한다.
또한, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 수직 방향으로 배치되면서, 일측이 상기 동력 전달 수단(6)과 연결되어 풍력에 의해 상기 동력 전달 수단(6)을 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전시킬 수 있는 버켓(7)이 장착된다.
또, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에 관통된 상태로 상기 동력 전달 수단(6)에 의해서 좌,우 회전할 수 있고, 상기 동력 전달 수단(6)에 의해 전달된 회전력을 상기 중앙 회전봉(2)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)이 장착되고, 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 상·하단에는 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)을 붙잡아 지주의 외주면에 장착시킬 수 있는 상·하부 연결 수단(10a,10b)이 설치된다.
또, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기에는 제 1 날개(4) 또는 제 2 날개(5)의 일측에 장착되어 외부로부터 유입되는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서(11)와, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(12), 및 상기 풍속 센서(11)로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기(12)를 조정할 수 있는 제어 부(13)가 갖추어진다.
또, 상기 하부 지주(3b)에는 상기 중앙 회전봉(2)을 압박함으로써 상기 중앙 회전봉(2)의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단(2a)이 장착될 수 있다.
상기 상부 지주(3a)의 하단에는 도면 2에 도시한 바와 같이, 원기둥 형태를 이루고 있으면서, 상기 하부 지주(3b)의 직경보다 작은 끼움부(14)가 갖추어지고, 상기 끼움부(14)의 외주면에는 내주면이 회전할 수 있는 수직 이동 베어링(15)이 장착된다.
또, 상기 하부 지주(3b)의 내주면에는 상기 하부 지주(3b)의 안쪽 방향으로 돌출된 걸림턱(16)이 장착되고, 상기 걸림턱(16)의 상단에는 상기 중앙 회전봉(2)이 관통될 수 있으면서, 상단 또는 하단면이 수평 방향으로 회전할 수 있는 수평 이동 베어링(17)이 장착된다.
이러한 구조로 이루어진 상기 수직 이동 베어링(15)이 장착된 끼움부(14)는 상기 수평 이동 베어링(17)이 장착된 하부 지주(3b)에 끼워져 좌우 수평 방향으로 회전하게 된다.
한편, 상기 중앙 회전봉(2)의 외주면상에는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제 1 연결 기어(18)와 제 2 연결 기어(19)가 상기 중앙 회전봉(2)의 상·하 방향으로 고정 부착되고, 상기 제 1 동력 전달축(8)에는 상기 중앙 회전봉(2)에 갖추어진 제 1 연결 기어(18)와 연결되어, 상기 제 1 동력 전달축(8)의 회전력을 상기 중앙 회전봉(2)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달 기어(20)가 갖추어진다.
또한, 상기 제 1 연결 기어(18)와 제 1 동력 전달 기어(20) 사이에는 도면 1 에 도시한 바와 같이, 연결 수단(21a) 즉, 체인이나 벨트 또는 와이어를 연결하여 상기 제 1 동력 전달 기어(20)의 동력을 제 1 연결 기어(18)에 전달할 수도 있고, 제 1 연결 기어(18)와 제 1 동력 전달 기어(20)를 어떠한 연결 수단 없이 직결하여 사용할 수도 있다.
한편, 상기 제 2 동력 전달축(9)에는 도면 1과 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 중앙 회전봉(2)에 갖추어진 제 2 연결 기어(19)와 연결될 수 있는 기어 뭉치(22)가 설치될 수 있는 바, 상기 기어 뭉치(22)에는 상기 제 2 날개(5)에 갖추어진 버켓(7)에 의해서 회전할 수 있는 제 2 동력 전달 기어(23)와, 상기 제 2 동력 전달 기어(23)의 회전 방향을 역방향으로 전환시켜 줄 수 있는 방향 전환 기어(24)가 구비된다.
이때, 상기 방향 전환 기어(24)는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에 장착되어, 각각 상반된 방향으로 회전하는 버켓(7)의 운동 에너지를 하나의 방향을 가진 운동 에너지로 전환할 수 있다.
또한, 상기 방향 전환 기어(24)는 상기 중앙 회전봉(2)에 갖추어진 제 2 연결 기어(19)와 연결 수단(21b)을 통해 연결되어, 상기 제 1 동력 전달 기어(20)와 함께 상기 중앙 회전봉(2)을 일방향으로 회전시킬 수 있다.
한편, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 구조는 도면 1에 도시한 바와 같이, 상기 중앙 회전봉(2)의 지름 방향으로 서로 대칭적으로 같기 때문에 중복 설명을 피하기 위해 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 구조를 동시에 설명한다.
상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)는 도면 1에 도시한 바와 같이, 상기 중앙 회전봉(2)과 인접한 상하부면에 상기 중앙 회전봉(2) 방향으로 돌출된 연결단(25a,25b)을 갖고, 상기 각각의 연결단(25a,25b)에는 수직 방향으로 통공된 수직공(26a,26b)이 형성된다.
차후, 상기 수직공(26a,26b)에는 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)이 각각 수직 방향으로 끼워져 상기 수직공(26a,26b)상에서 좌,우 회전 가능하다.
또한, 상기 연결단(25a,25b)이 형성되지 않은 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 타측면에는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 안쪽 방향으로 절개된 기어 설치구(27a,27b)가 2개 이상 설치되고, 상기 기어 설치구(27a,27b)의 안쪽으로는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 수직 방향으로 장착된 회전축(28a,28b)이 구비되며, 상기 회전축(28a,28b)상에는 상기 회전축(28a,28b) 상에서 좌,우로 회전 가능한 회전 기어(29a,29b)가 장착된다.
또, 상기 연결단(25a,25b)의 사이에 배치된 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9) 상에는 2개 이상의 고정 기어(30a,30b)가 장착되고, 상기 각각의 고정 기어(30a,30b)와 회전 기어(29a,29b) 사이에는 동력 전달 수단(6) 즉, 체인이나 벨트 또는 와이어가 연결된다.
또한, 상기 고정 기어(30a,30b)와 회전 기어(29a,29b) 사이에 연결된 동력 전달 수단(6)에는 버켓(7)이 고정 연결되어, 풍력에 의해서 상기 버켓(7)이 회전할 때마다 상기 동력 전달 수단(6)이 버켓(7)을 따라 회전하고, 결과적으로 상기 동력 전달 수단(6)은 상기 동력 전달 수단(6)과 맞물려 있는 고정 기어(30a,30b)를 회전 시켜, 상기 고정 기어(30a,30b)에 의해 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)을 회전시킨다.
한편, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 전방으로는 도면 4에 도시한 바와 같이, 전방으로부터 불어오는 바람을 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)로 유도하기 위한 바람 유도막(31)이 설치되는바, 상기 바람 유도막(31)은 도면 4에 도시한 바와 같이, 상기 중앙 회전봉(2)의 전방으로 소정 간격 이격되어 설치됨과 동시에, 상기 중앙 회전봉(2) 방향에서 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5) 방향으로 경사지게 펼쳐진 형태로 이루어져, 전방으로부터 유입되는 바람을 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에 갖추어진 버켓(7)으로 유도할 수 있다.
또한, 상기 제동 수단(2a)은 도면 5에 도시한 제 1 실시예와 같이, 상기 중앙 회전봉(2a)을 감싸고 있는 지주(3)의 외주면에 너트(32)를 장착하고, 상기 너트(32)에 체결된 상태로 상기 지주(3)의 외주면을 관통하여 직선 운동할 수 있으면서, 상기 지주(3)내로 삽입된 일측 끝단에 원호 모양의 스톱퍼(33)를 갖춘 이송바(34)로 구성할 수 있다.
상기 제동 수단(2a)에 갖추어진 이송바(34)는 상기 지주의 지름 방향으로 직선 운동하면서, 상기 지주(3)내에 장착된 중앙 회전봉(2)의 외주면을 압박하여 결과적으로 상기 중앙 회전봉(2)을 정지할 수 있다.
또한, 상기 이송바(34)의 타측 끝단에는 유압 또는 공압식 실린더를 이용하여 직선 운동할 수 있는 브레이크 실린더(35)를 장착하여, 제어부(13)의 제어에 따라 상기 중앙 회전봉(2)을 정지할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제 1 날개(4) 또는 제 2 날개(5)의 일측에 현재 외부로부터 유입되는 바람의 속도를 실시간으로 검출할 수 있는 풍속 센서(11)를 추가 장착하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 풍속 센서(11)와, 상기 풍속 센서(11)로부터 검출된 데이터 값을 이용하여 타 장치를 제어할 수 있는 제어부(13)를 이용하여 도면 6에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(12)를 미세 조정할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 도면 7에 도시한 제 2 일실시예와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실시예에서 중앙 회전봉(2)을 제거하고, 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단이 상기 하부 연결 수단(10b)을 관통할 수 있도록 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단을 연장한 다음, 상기 각각의 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단에 발전기(1)를 연결하여 발전 양을 극대화시킬 수도 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기의 제 1 실시예가 동작되는 과정을 도면 1과 도면 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 풍력 발전기가 최초 동작되면, 바람이 불어오는 방향에 따라 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 장착된 상부 지주(3a)가 회전하게 된 다.
다음, 상기 풍속 센서(11)가 작동되어, 전방으로부터 불어오는 풍속을 측정하여 제어부(13)로 전송하고, 상기 제어부(13)는 상기 풍속 센서(11)로부터 입력된 풍속 데이터값을 이용하여 각도 조절기(12)를 확장하거나 축소한다.
다음, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)는 상기 각도 조절기(12)의 직선 운동에 의해서 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 이루는 내각을 조절하고, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에 장착된 버켓(7)은 전방으로부터 불어오는 풍력에 의해 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전하게 된다.
이때, 상기 버켓(7)은 상기 버켓(7)과 연결된 동력 전달 수단(6)을 회전시키고, 상기 동력 전달 수단(6)은 상기 동력 전달 수단(6)과 연결된 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)을 회전시킨다.
다음, 상기 버켓(7)에 의해 회전된 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)은 각각의 상반된 회전 방향을 방향 전환 기어(24)를 이용하여, 일방향으로 조정한 다음, 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 회전력을 상기 중앙 회전봉(2)에 전달한다.
다음, 상기 중앙 회전봉(2)은 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)으로부터 전달된 회전력을 발전기에 인가시켜 최종적으로 버켓(7)의 회전력이 전기 에너지로 변환될 수 있도록 한다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 바람이 불어오는 방향으로 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)를 회전시킬 수 있고, 바람의 세기에 따라 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 이루는 내각을 변경시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)에 장착되면서, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 버켓(7)을 최적의 풍향과 풍속으로 회전시킬 수 있기 때문에 종래의 프로펠러식 풍력 발전에 비해 발전 효율을 증대할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환과 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
도면 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 상태도,
도면 2는 본 발명에 갖추어진 상부 지주와 하부 지주의 상세도,
도면 3은 본 발명에 갖추어진 방향 전환 기어의 작동 원리를 설명하기 위한 상태도,
도면 4은 본 발명에 갖추어진 제 1 날개와 제 2 날개의 전방에 풍력 유도막을 추가 설치한 상태도,
도면 5는 본 발명에 갖추어진 제동 수단의 실시 예를 설명하기 위한 상태도,
도면 6은 본 발명에 갖추어진 제 1 날개와 제 2 날개의 후면에 각도 조절기를 연결한 상태도,
도면 7은 본 발명의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 상태도,
도면 8은 본 발명의 제어 블록도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1. 발전기 2. 중앙 회전봉
3. 지주 3a. 상부 지주
3b. 하부 지주 4. 제 1 날개
5. 제 2 날개 6. 동력 전달 수단
7. 버켓 8. 제 1 동력 전달축
9. 제 2 동력 전달축 10a. 상부 연결 수단
10b. 하부 연결 수단 11. 풍속 센서
12. 각도 조절기 13. 제어부
14. 끼움부 15. 수직 이동 베어링
16. 걸림턱 17. 수평 이동 베어링
18. 제 1 연결 기어 19. 제 2 연결 기어
20. 제 1 동력 전달 기어 21a. 연결 수단
22. 기어 뭉치 23. 제 2 동력 전달 기어
24. 방향 전환 기어 25a. 연결단
25b. 연결단 26a. 수직공
26b. 수직공 27a. 기어 설치구
27b. 기어 설치구 28a. 회전축
28b. 회전축 29a. 회전 기어
29b. 회전 기어 30a. 고정 기어
30b. 고정 기어 31. 바람 유도막
32. 너트 33. 스톱퍼
34. 이송바 35. 브레이크 실린더
Claims (9)
- 일정 방향으로 회전하면서, 발전기(1)의 발전에 필요한 동력을 제공하는 중앙 회전봉(2)과;지면의 수직 방향으로 세워지면서, 상기 중앙 회전봉(2)을 감쌀 수 있고, 상·하 2등분으로 분할되어 상부 지주(3a)와 하부 지주(3b)로 나누어질 수 있으며, 상기 상부 지주(3a)가 상기 하부 지주(3b)에 끼워져 좌,우 회전할 수 있는 지주(3);마주 오는 바람을 맞받음과 더불어, 상기 중앙 회전봉(2)의 지름 방향으로 일측면이 서로 마주보게 배치되어, 바람의 방향을 따라 회전할 수 있는 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5);상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레면을 따라 감겨져 있으면서, 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전할 수 있는 동력 전달 수단(6);상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 수직 방향으로 배치되면서, 일측이 상기 동력 전달 수단(6)과 연결되어 풍력에 의해 상기 동력 전달 수단(6)을 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 둘레 방향으로 회전시킬 수 있는 버켓(7);상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)를 수직 방향으로 관통하면서, 상기 동력 전달 수단(6)에 의해서 좌,우 회전할 수 있고, 상기 동력 전달 수단(6)에 의해 전달된 회전력을 상기 중앙 회전봉(2)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9);상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 상,하단에 장착되어, 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)을 붙잡아 지주의 외주면에 장착시킬 수 있는 상·하부 연결 수단(10a,10b);상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 일측에 장착되어 외부로부터 유입되는 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서(11);상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 후면에 장착되어 유압 실린더 방식을 이용한 직선 운동으로 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)가 이루는 내각을 조정할 수 있는 각도 조절기(12);상기 풍속 센서(11)로부터 검출된 풍속 데이터를 이용하여 상기 각도 조절기(12)를 조정할 수 있는 제어부(13)로 이루어진 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 1항에 있어서,상기 하부 지주(3b)에는 상기 중앙 회전봉(2)을 압박함으로써 상기 중앙 회전봉(2)의 회전을 저지할 수 있는 제동 수단(2a)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 2 항에 있어서,상기 제동 수단(2a)은 상기 중앙 회전봉(2a)을 감싸고 있는 지주(3)의 외주면에 장착된 너트(32)와;상기 너트(32)에 체결된 상태로 상기 지주(3)의 외주면을 관통하여 직선 운동할 수 있으면서, 상기 지주(3)내로 삽입된 일측 끝단에 원호 모양의 스톱퍼(33)를 갖춘 이송바(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 3항에 있어서,상기 이송바(34)의 타측 끝단에는 유압 또는 공압식 실린더를 이용하여 직선 운동할 수 있는 브레이크 실린더(35)가 장착되어 제어부(13)의 제어에 따라 상기 중앙 회전봉(2)을 정지시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 지주(3a)의 하단에는 원기둥 형태를 이루고 있으면서, 상기 하부 지주(3b)의 직경보다 작은 끼움부(14)가 갖추어지고,상기 끼움부(14)의 외주면에는 내주면이 회전할 수 있는 수직 이동 베어링(15)이 장착되며,상기 하부 지주(3b)의 내주면에는 상기 하부 지주(3b)의 안쪽 방향으로 돌출된 걸림턱(16)이 장착되고,상기 걸림턱(16)의 상단에는 상기 중앙 회전봉(2)이 관통될 수 있으면서, 상단 또는 하단면이 수평 방향으로 회전할 수 있는 수평 이동 베어링(17)이 장착되는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 1항에 있어서,상기 중앙 회전봉(2)의 외주면상에는 제 1 연결 기어(18)와 제 2 연결 기어(19)가 상기 중앙 회전봉(2)의 상,하 방향으로 고정 부착되고,상기 제 1 동력 전달축(8)에는 상기 중앙 회전봉(2)에 갖추어진 제 1 연결 기어(18)와 연결되어, 상기 제 1 동력 전달축(8)의 회전력을 상기 중앙 회전봉(2)에 전달할 수 있는 제 1 동력 전달 기어(20)가 갖추어지며,상기 제 2 동력 전달축에는 상기 중앙 회전봉(2)에 갖추어진 제 2 연결 기어(19)와 연결될 수 있는 기어 뭉치(22)가 설치되고,상기 기어 뭉치(22)에는 상기 제 2 날개(5)에 갖추어진 버켓(7)에 의해서 회전할 수 있는 제 2 동력 전달 기어(23)와,상기 제 2 동력 전달 기어(23)의 회전 방향을 역방향으로 전환시켜 줄 수 있는 방향 전환 기어(24)가 갖추어지는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)는 상기 중앙 회전봉(2)과 인접한 상·하부면에 상기 중앙 회전봉(2) 방향으로 돌출된 연결단(25a,25b)을 갖고,상기 각각의 연결단(25a,25b)에는 수직 방향으로 통공된 수직공(26a,26b)이 형성되며,상기 수직공(26a,26b)에는 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)이 장착되며,상기 연결단(25a,25b)이 형성되지 않은 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 타측면에는 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 안쪽 방향으로 절개된 기어 설치구(27a,27b)가 2개 이상 설치되고,상기 기어 설치구(27a,27b)의 안쪽으로는 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 수직 방향으로 장착된 회전축(28a,28b)이 구비되며,상기 회전축(28a,28b)상에는 상기 회전축(28a,28b) 상에서 좌,우로 회전 가능한 회전 기어(29a,29b)가 장착되고,상기 연결단(25a,25b) 사이에 배치된 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9) 상에는 2개 이상의 고정 기어(30a,30b)가 장착되며,상기 각각의 고정 기어(30a,30b)와 회전 기어(29a,29b) 사이에는 동력 전달 수단(6)이 연결되고,상기 동력 전달 수단(6)에는 버켓(7)이 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)의 전방으로는 전방으로부터 불어오는 바람을 상기 제 1 날개(4)와 제 2 날개(5)로 유도하기 위한 바람 유도막(31)이 설치되는 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기
- 제 1항에 있어서,상기 중앙 회전봉(2)과 상기 중앙 회전봉(2)에 연결된 발전기(1)를 제거하고, 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단이 상기 하부 연결 수단(10b)을 관통할 수 있도록 상기 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단을 연장한 다음, 상기 각각의 제 1 동력 전달축(8)과 제 2 동력 전달축(9)의 끝단에 발전기(1)를 연결한 것을 특징으로 하는 풍향과 풍속의 변화에 따라 조절되는 풍력 발전기.
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