KR20110068366A - 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력의 급작스러운 변화에도 유연하게 동작하면서 안정적으로 발전이 가능함과 더불어 시설비용의 절감 및 유지관리가 용이한 풍속에 따라 공기저항을 달리하게 하고자 본 발명은, 기둥의 상단부에 구비된 풍차의 회전날개가 풍력의 변화에 따라 가변하도록 된 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기에 있어서, 상기 회전날개의 중심축과 발전기의 구동축을 연결하는 커플링과; 상기 중심축의 전방에 결합되며, 외측 둘레에 방사상의 축결합홈을 형성하여 상기 회전날개의 날개축이 회전가능하게 결합되는 허브와; 상기 허브의 후측에서 중심축을 따라 직선 이동하는 작동판과; 상기 중심축에 부착된 레버와 상기의 작동판을 연결하는 링크바와; 상기 중심축의 후측 단부에 결합되는 스프링고정판과; 상기 작동판과 스프링고정판의 사이에 끼워져 탄성복원력이 작용하는 스프링으로 구성됨을 특징으로 하는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 제안한다.

풍력발전기, 회전날개, 커플링, 작동판, 스프링.

Description

풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기{A wind velocity according to air resistance have different wind generator}

본 발명은 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기에 관한 것으로서, 보다 상세히는 풍력의 급작스러운 변화에도 유연하게 동작하면서 안정적으로 발전이 가능함과 더불어 시설비용의 절감 및 유지관리가 용이한 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력에 의한 날개의 회전력으로 발전기를 구동시켜 전기를 생산하게 되며, 변속기 등이 구비된다.

이러한 풍력 발전기는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력 발전기의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있다. 또한 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 곳의 발전기가 낮은 곳의 발전기보다 크고 발전량도 많다. 풍력으로 발전하려면 평균 초속 4m/s 이상으로 부는 바람이 필요하다.

이를 위해서는 풍력발전기가 바람의 세기(풍력)에 따라 최대 풍속에도 충분히 견딜 수 있도록 기둥의 지름이나 두께, 재질 등이 결정되고 지면과 기둥의 고정상태나 형태 등이 결정되어야 하며, 기둥의 높이 또한 제한될 수 밖에 없다. 이와 함께 거센 바람을 맞아 최대의 효과를 기대하려면 날개의 크기나 단면적, 재질 등과도 밀접한 관계가 있다. 또한 강풍이나 돌풍에 의한 파손을 막기 위해 날개의 폭이나 개수, 길이, 각도 등을 고려하여 제한적으로 제작되었다.

이러한 문제점들을 해소하고자 종래에는 풍량에 따라 가변 작동되게 한 풍력발전용 풍차의 풍량조절방법 및 그 풍력발전용 풍차의 결합구조가 국내 공개특허공보 제:10-2005-0052723호에 의해 개시된 바에 있으며, 이는 미풍조절구, 약풍조절구, 중풍조절구, 강풍조절구를 구성하여 풍량에 따라 단계적으로 풍력발전이 이루어지도록 하였다.

그러나 위의 종래 기술은 구조가 복잡다단할 뿐만 아니라 고장이나 파손의 발생위험이 매우 높으며, 제작에서부터 설치는 물론 수리보수가 매우 난해한 문제점이 있다. 특히 급작스럽게 역풍이 발생하면 회전날개가 반대방향으로 젖혀지면서 손상 및 파손되는 문제점과, 또는 가이더의 유도판이 역풍에 의해 펼쳐지면 바람이 역류하여 회전날개의 작동을 멈추게 하는 결점이 있고, 회전날개 마다 접촉하는 바람의 세기가 다르거나 풍속이 다르면 날개의 젖혀지는 각도가 달라지게 되면서 균형을 잃게 되고, 이는 진동발생으로 장치가 파손되는 상황까지 예상된다.

본 발명은 풍속의 차이에 따라 회전날개가 접혀지면서 태풍과 같은 거센바람에서도 장치에 무리가 없이 전력을 생산할 수 있는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 제공함에 있다.

또한 본 발명은 장치들이 바람의 영향에 의해 파손되지 않게 되면서 회전날개를 대형화 및 다수로 늘릴 수 있게 되면서, 적은 풍량에서도 일정고 대량의 전력을 생산할 수 있는 풍력발전기를 제공함에 있다.

본 발명은, 기둥의 상단부에 구비된 풍차의 회전날개가 풍력의 변화에 따라 가변하도록 된 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기에 있어서, 상기 회전날개의 중심축과 발전기의 구동축을 연결하는 커플링과; 상기 중심축의 전방에 결합되며, 외측 둘레에 방사상의 축결합홈을 형성하여 상기 회전날개의 날개축이 회전가능하게 결합되는 허브와; 상기 허브의 후측에서 중심축을 따라 직선 이동하는 작동판과; 상기 중심축에 부착된 레버와 상기의 작동판을 연결하는 링크바와; 상기 중심축의 후측 단부에 결합되는 스프링고정판과; 상기 작동판과 스프링고정판의 사이에 끼워져 탄성복원력이 작용하는 스프링으로 구성됨을 특징으로 하는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 제안한다.

또한 본 발명은, 상기 날개축의 회전마찰력을 최소화하기 위한 베어링이 구비됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 풍차의 중심축은 기어방식의 동력전달수단을 통해 상기 기둥의 하단부에 구비된 발전기와 연동하도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 풍력의 변화에 따라 안정적이면서도 일정하게 발전이 이루어짐은 물론 강풍이나 돌풍과 같은 급작스러운 기후변화에도 회전날개가 유연하게 가변됨으로 손상 및 파손되는 위험을 없애고, 회전날개를 대형화 시키게 됨에 따라 적은 풍속/풍량에서도 일정하고 대량의 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하며, 본 발명의 실시 예는 당업자가 본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 제공되는 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략한다. 도면상에서 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기의 주요부에 해당하는 풍차를 나타낸 단면도와 평면도이다.

상기의 도면에 따르면 본 발명은, 기둥(40)의 상단부에 구비된 풍차(100)의 회전날개(10)가 풍력의 변화에 따라 가변하도록 된 풍속에 따라 공기저항을 달리하 는 풍력발전기에 있어서, 상기 회전날개(10)의 중심축(22)과 발전기(20)의 구동축을 연결하는 커플링(24)과; 상기 중심축(22)의 전방에 결합되며, 외측 둘레에 방사상의 축결합홈(31)을 형성하여 상기 회전날개(10)의 날개축(12)이 회전가능하게 결합되는 허브(30)와; 상기 허브(30)의 후측에서 중심축(22)을 따라 작동하는 작동판(32)과; 상기 허브(30)의 후측에서 중심축(22)을 따라 직선 이동하는 작동판(32)과; 상기 중심축(22)에 부착된 레버(14)와 상기의 작동판(32)을 연결하는 링크바(16)와; 상기 중심축(22)의 후측 단부에 결합되는 스프링고정판(34)과; 상기 작동판(32)과 스프링고정판(34)의 사이에 끼워져 탄성복원력이 작용하는 스프링(36)으로 구성됨을 특징으로 한다.

위를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 지상으로부터 직립하는 기둥(40)의 상단부에 풍차(100)가 설치되어 있고, 회전날개(10)가 풍력에 의해 회전하면서 발전기(20)를 작동시킴에 따라 발전이 이루어진다.

상기 풍차(100)는 커플링(24)을 통해 발전기와 조립되어 있어 간편하게 설치 및 분리할 수 있도록 조립되며, 상기 발전기(20)의 구동축과 풍차의 중심축(22)을 연결하는 커플링(24)은 볼트/너트 등과 같은 체결수단에 의해 조립된다.

상기 중심축(22)에는 회전날개(10)를 가지는 허브(30)와, 작동판(32)과, 스프링(36)과, 스프링고정판(34)이 순차적으로 조립된다. 그리고 축방향으로 안내홈(23)이 형성된다.

상기 허브(30)는 외측 둘레에 축결합홈(31)이 방사상으로 형성되어 있고, 상기 축결합홈에 회전날개(10)의 날개축(12)을 삽입하여 방사상으로 설치됨과 더불어 상기 회전날개가 풍력의 세기에 따라 날개축을 중심으로 회전하게 된다.

여기서 본 발명은, 상기 날개축(12)의 회전마찰력을 최소화하기 위한 베어링(13)이 구비된다.

상기 작동판(32)은 허브의 후측에 조립되고, 상기 중심축(22)에 끼워져 직선으로 작동하게 된다. 상기 날개축(12)에 부착된 레버(14)와 링크바(16)를 통해 연결된다. 상기 링크바(16)는 양단이 레버와 작동판에 핀(15)으로 조립된다. 한편 상기 작동판은 안내홈(23)과 키이로 맞물려 있어서 중심축과 함께 회전함과 더불어 상기 안내홈(23)을 따라 슬라이딩 작동하게 된다.

상기 작동판(32)의 후측에 스프링(36)이 끼워지고 상기 중심축의 끝단부에 스프링고정판(34)이 결합된다. 상기 작동판(32)은 스프링고정판(34)과의 사이에 끼워진 스프링(36)의 탄성복원력에 의해 전방으로 밀착된다. 상기 스프링(36)은 바람의 세기(풍력)에 대응하여 충분한 압축강도를 가진다.

상기 스프링고정판(34)은 중심축(22)의 끝단부에 결합된 스토퍼(35)에 의해 후측으로 더 이상 밀려나지 않게 되며, 상기 스토퍼(35)는 볼트, 너트 등의 체결수단으로 고정하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 스프링(36)의 탄성복원력을 조절하기 위한 수단으로, 도 4에서처럼 상기 스프링고정판(34)의 위치를 간편하게 조절할 수 있도록 더블너트(38)가 구비된다. 즉 상기 중심축의 후측을 나사로 형성하고 더블너트(38)를 체결하여 상 기 스프링고정판(34)과 작동판(32)의 간격을 조절함에 따라, 상기 스프링(36)의 압축강도를 정밀하게 조절하게 되는 것이다. 예컨대 상기 스프링고정판(34)이 전방의 작동판(32)으로 전진할수록 회전날개는 바람의 저항을 크게 받게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기의 작동상태도이다.

상기의 회전날개(10)에 일정 범위 이상의 풍력이 강하게 작용하여 과부하가 발생하면 상기 도 4에서처럼, 상기의 회전날개(10)가 날개축(12)을 중심으로 회전하면서 후방으로 젖혀져 공기의 저항이 감소함은 물론 파손을 방지하여 안정적으로 작동하게 되며, 지속적으로 회전 및 발전 가능하게 된다. 이때 상기 링크바(16)가 작동판(32)을 후방으로 밀어 스프링(36)을 압축시킨다.

또는 풍력이 일정 범위 이하로 약해지면, 상기 스프링(36)의 탄성복원력에 의해 작동판(32)이 전방으로 전진하면서 상기의 회전날개를 회전 복귀시킨다.

상기 발전기(20)는 케이스(26)로 안전하게 감싸져 있고 상기 케이스는 바람의 저항을 최소화하기 위해 전방을 향해 원뿔형 또는 유선형으로 형성되어 있다. 한편 상기 발전기(20)는 기둥(40)과 회전가능하게 조립되어 있어서, 바람의 방향에 따라 수평으로 회전하면서 바람을 맞게 된다.

이처럼 본 발명은 회전날개가 바람의 세기에 따라 가변됨으로 상기 회전날개의 단면적을 보다 넓게 구성할 수 있게 되며, 상기 회전날개의 폭 내지는 길이를 신장시킬 수 있음에 따라 풍력을 최대한 활용하여 발전효율을 월등히 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 단면으로 나타낸 도면이다. 상기 도 4를 참조하면 본 발명은, 상기 풍차(100)의 중심축(22)은 기어방식의 동력전달수단(50)을 통해 상기 기둥(40)의 하단부에 구비된 발전기(20)와 연동하도록 된 것을 특징으로 한다.

즉 상기 발전기(20)가 기둥(40)의 하단부 또는 지상에 근접한 곳에 설치되고, 상기 풍차(100)의 중심축(22)이 동력전달수단(50)에 의해 발전기(20)를 작동시키게 된다. 이로써 상기 발전기(20)의 수리보수 및 유지관리가 용이하게 된다.

상기 동력전달수단(50)은 기둥의 내측에 구비된 연결축(28)의 상단부가 중심축과 기어방식으로 맞물리고 하단부는 발전기의 구동축과 조립하여 상기 발전기가 구동되도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 기어방식으로는 직각으로 교차하는 축의 회전력을 전달할 수 있는 베벨기어가 가장 적합하다. 또는 상기 동력전달수단(50)으로는 벨트/풀리 또는 체인/체인스프로킷 등으로도 구현이 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 개략적으로 도시한 정면도.

도 2는 본 발명에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기의 주요부인 풍차를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 풍차의 가변형 회전날개가 작동하는 작동상태도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기를 단면으로 나타낸 도면.

Claims (3)

1. 기둥(40)의 상단부에 구비된 풍차(100)의 회전날개(10)가 풍력의 변화에 따라 가변하도록 된 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기에 있어서,

   상기 회전날개(10)의 중심축(22)과 발전기(20)의 구동축을 연결하는 커플링(24)과;

   상기 중심축(22)의 전방에 결합되며, 외측 둘레에 방사상의 축결합홈(31)을 형성하여 상기 회전날개(10)의 날개축(12)이 회전가능하게 결합되는 허브(30)와;

   상기 허브(30)의 후측에서 중심축(22)을 따라 직선 이동하는 작동판(32)과;

   상기 중심축(22)에 부착된 레버(14)와 상기의 작동판(32)을 연결하는 링크바(16)와;

   상기 중심축(22)의 후측 단부에 결합되는 스프링고정판(34)과;

   상기 작동판(32)과 스프링고정판(34)의 사이에 끼워져 탄성복원력이 작용하는 스프링(36)으로 구성됨을 특징으로 하는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 날개축(12)의 회전마찰력을 최소화하기 위한 베어링(13)이 구비됨을 특징으로 하는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 풍차(100)의 중심축(22)은 기어방식의 동력전달수단(50)을 통해 상기 기둥(40)의 하단부에 구비된 발전기(20)와 연동하도록 된 것을 특징으로 하는 풍속에 따라 공기저항을 달리하는 풍력발전기.

Images