KR20110096361A - 다자유도 발전기 및 이를 이용한 풍력 발전 장치 - Google Patents

다자유도 발전기 및 이를 이용한 풍력 발전 장치 Download PDF

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Abstract

다자유도 발전기를 이용한 풍력 발전 장치가 개시된다. 타워와, 상기 타워의 상단에 설치되는 나셀과, 상기 나셀 내에 수납 설치되고, 주 회전축을 중심으로 하는 상기 나셀의 선단부에 설치된 하나 이상의 풍차날개의 회전 작동으로부터 발전을 수행하는 주 발전기와, 상기 나셀 내에 수납 설치되고, 상기 타워의 중심축과 상기 나셀의 중심축이 교차하는 회동 중심점을 중심으로 하는 상기 나셀의 회동 작동으로부터 발전을 수행하는 다자유도 발전기를 포함하는 풍력 발전 장치에 의하면, 타워의 상부에 다자유도로 회동 가능하게 설치된 나셀이 자동적으로 풍향을 찾아가는 경우에 발생하는 회동 작동에 대해서도 유도전기를 발생시켜 추가적인 발전이 이루어지도록 하여 동일한 바람 양에 대해서도 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

다자유도 발전기 및 이를 이용한 풍력 발전 장치{Multi degree of freedom generator and wind power generation device using thereof}
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다자유도 발전기를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 로터(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.
이러한 풍력 발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 이용하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염, 방사능 누출 등의 문제가 없어 환경에 미치는 영향이 거의 없어 친환경적이며, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다.
풍력 발전 장치는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성요소로는 바람에 의해 회전 작동되는 풍차날개와, 풍차날개의 회전작동에 의해 발생되는 동력에 의해 발전작동을 행하는 발전기와, 풍차날개에서 발생되는 동력을 발전기로 전달하는 동력전달수단을 포함한다.
풍차날개는 회전축 및 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되고, 축방향에 대해 일정각도만큼 일정하게 기울어지게 배치된 복수의 블레이드를 포함한다. 블레이드가 축방향에 대해 일정각도만큼 일정하게 기울어지게 배치되어 있어 축방향으로 불어오는 바람의 힘에 의해 회전 작동되며, 이러한 회전 작동이 동력전달수단에 의해 발전기로 전달되어 발전기가 가동되고 발전이 이루어진다.
이러한 종래 풍력 발전 장치는 바람에 의해 회전 작동되는 풍차날개만을 전력 발생원으로서 이용하고 있는 바 풍력을 효율적으로 이용하여 발전을 수행하지 못하는 문제점이 있었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 선단에 풍차날개가 설치되어 있으며 타워의 상부에 다자유도로 회동 가능하게 설치된 나셀이 자동적으로 풍향을 찾아가는 경우에 발생하는 회동 작동에 대해서도 유도전기를 발생시켜 추가적인 발전이 이루어지도록 하는 다자유도 발전기 및 이를 이용한 풍력 발전 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 다자유도로 회동하는 회동체 내에 설치되어 3차원 회전에 대해서도 유도전기를 발생시켜 발전이 이루어지도록 하는 다자유도 발전기 및 이를 이용한 풍력 발전 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워와; 상기 타워의 상단에 설치되는 나셀과; 상기 나셀 내에 수납 설치되고, 주 회전축을 중심으로 하는 상기 나셀의 선단부에 설치된 하나 이상의 풍차날개의 회전 작동으로부터 발전을 수행하는 주 발전기와; 상기 나셀 내에 수납 설치되고, 상기 타워의 중심축과 상기 나셀의 중심축이 교차하는 회동 중심점을 중심으로 하는 상기 나셀의 회동 작동으로부터 발전을 수행하는 다자유도 발전기를 포함하는 풍력 발전 장치가 제공된다.
상기 풍차날개의 회전 작동은 상기 주 회전축을 중심으로 하는 2차원 회전이고, 상기 나셀의 회동 작동은 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 3차원 회전일 수 있다.
상기 주 발전기는, 상기 주 회전축의 외주연을 따라 형성되거나 장착되어 상기 풍차날개의 회전 작동에 의해 회전하는 제1 로터; 및 상기 제1 로터의 외주연과 일정 간격 이격되어지며 상기 나셀의 하우징 내에 수용되어 고정되는 제1 스테이터를 포함할 수 있다.
상기 다자유도 발전기는, 상기 타워의 중심축의 외주연에 형성된 스테이터 몸체의 외측으로 코일이 권선된 복수개의 보빈이 상기 회동 중심점을 중심으로 하여 방사상 돌출 형성된 스테이터; 및 상기 보빈과 일정 간격 이격되어지며, 복수의 영구자석이 상기 나셀의 하우징 내에 수용되어 상기 나셀의 회동 작동에 따라 상기 회동 중심점을 중심으로 회동하는 로터를 포함할 수 있다.
상기 보빈은 상기 외측을 향해 볼록한 판과, 일단이 상기 판에 연결되고 타단이 상기 스테이터 몸체에 연결되어 상기 판을 지지하는 지지대로 이루어진 버섯형 구조물일 수 있다. 상기 스테이터 몸체는 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 구면 형상으로 형성될 수 있다. 상기 스테이터는 상기 회동 중심점을 지나고 상기 타워의 중심축에 수직인 평면을 기준으로 상하측에 서로 대칭되도록 상기 보빈이 상기 스테이터 몸체의 외측에 돌출 형성될 수 있다. 상기 영구자석의 스테이터측 면은 오목면으로 형성될 수 있다. 상기 영구자석은 상층과 하층의 극성이 서로 다르게 배치된 2층 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수의 영구자석은 서로 이웃하는 영구자석과 극성이 서로 반대로 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 중심축과 제2 중심축이 교차하는 회동 중심점을 중심으로 하는 회동체의 회동 작동으로부터 발전을 수행하는 다자유도 발전기로서, 상기 제1 중심축의 외주연에 형성된 스테이터 몸체의 외측으로 코일이 권선된 복수개의 보빈이 상기 회동 중심점을 중심으로 하여 방사상 돌출 형성된 스테이터; 및 상기 보빈과 일정 간격 이격되어지며, 복수의 영구자석이 상기 회동체의 하우징 내에 수용되어 상기 회동체의 회동 작동에 따라 상기 회동 중심점을 중심으로 회동하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기가 제공된다.
상기 보빈은 상기 외측을 향해 볼록한 판과, 일단이 상기 판에 연결되고 타단이 상기 스테이터 몸체에 연결되어 상기 판을 지지하는 지지대로 이루어진 버섯형 구조물일 수 있다.
상기 스테이터 몸체는 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 구면 형상으로 형성될 수 있다.
상기 스테이터는 상기 회동 중심점을 지나고 상기 제1 중심축에 수직인 평면을 기준으로 상하측에 서로 대칭되도록 상기 보빈이 상기 스테이터 몸체의 외측에 돌출 형성될 수 있다.
상기 영구자석의 스테이터측 면은 오목면으로 형성될 수 있다.
상기 영구자석은 상층과 하층의 극성이 서로 다르게 배치된 2층 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수의 영구자석은 서로 이웃하는 영구자석과 극성이 서로 반대로 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선단에 풍차날개가 설치되어 있으며 타워의 상부에 다자유도로 회동 가능하게 설치된 나셀이 자동적으로 풍향을 찾아가는 경우에 발생하는 회동 작동에 대해서도 유도전기를 발생시켜 추가적인 발전이 이루어지도록 하여 동일한 바람 양에 대해서도 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 다자유도로 회동하는 회동체 내에 설치되어 3차원 회전에 대해서도 유도전기를 발생시켜 발전이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전 장치의 내부 상세도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 발전기의 개략적인 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 다자유도 발전기의 횡단면도.
도 5는 도 3에 도시된 다자유도 발전기의 종단면도.
도 6은 도 3에 도시된 다자유도 발전기에서의 코일 결선도를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 풍력 발전 장치의 내부 상세도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 발전기의 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 다자유도 발전기의 횡단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 다자유도 발전기의 종단면도이고, 도 6은 도 3에 도시된 다자유도 발전기에서의 코일 결선도를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 풍력 발전 장치(1), 기초(6), 타워(2), 나셀(nacelle)(3), 풍차날개(5), 허브(4), 주 회전축(7), 주 발전기(10), 타워 중심축(8), 나셀 중심축(9), 다자유도 발전기(20), 회동 중심점(50), 제2 스테이터(30), 스테이터 몸체(31), 보빈(32, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32g), 코일(C1, C2, C3, C4, C5, C7), 기준 평면(35), 타워 샤프트(36), 제2 로터(40), 영구자석(40-1, 40-2, 40-3, 40-4), 상측 자극(41a, 41b, 41c, 41d), 하측 자극(41e, 41f, 41g, 41h), 전력 저장 수단(60)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 풍력 발전 장치(1)는 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 유도전기를 발생시키되, 바람의 힘에 의한 풍차날개(5)의 회전 작동뿐 아니라 바람이 부는 방향으로 자연적으로 회동하는 나셀(3)의 회동 작동에 대해서도 에너지를 변환시켜 유도전기를 발생시킴으로써 발전 효율을 높이는 특징을 가진다. 풍력 발전 장치(1)에서 발생된 유도전기는 후단에 구비되거나 풍력 발전 장치(1) 내에 구비된 전력 저장 수단(60), 전력 변환 수단 등으로 전달되어 사용자에 의한 사용이 가능하도록 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전 장치(1)는 기초(6) 위에 세워 설치되는 타워(2)와, 타워(2)의 상단에 설치되는 나셀(3)을 기본 골격으로 한다.
나셀(3)의 내부에는 풍차날개(5)의 회전 작동에 대해 유도전기를 발생시켜 발전을 수행하는 주 발전기(10)와, 나셀(3) 자체의 회동 작동에 대해 유도전기를 발생시켜 발전을 수행하는 다자유도 발전기(20)가 설치된다. 여기서, 풍차날개(5)의 회전 작동은 하나의 축을 중심으로 하는 2차원 회전을 의미하며, 나셀(3)의 회동 작동은 하나의 점을 중심으로 하는 3차원 회전을 의미한다.
나셀(3)은 타워(2)에 대하여 상대적으로 회동 작동이 가능한 회동체로서, 타워 중심축(8)은 지면에 대하여 수직인 축이고, 나셀 중심축(9)은 나셀(3)의 중심을 관통하는 축으로서 서로 하나의 점에서 교차하며, 이 점을 회동 중심점(50)이라 한다.
주 발전기(10)의 축과 일체로 되어 나셀(3)에 대하여 축 회전되게 관통 설치된 주 회전축(7)이 주 발전기(10)에 연결되어 있으며, 주 회전축(7)의 전단부에 주 회전축(7)의 중심선을 기준으로 회전하도록 복수의 풍차날개(5)가 방사상으로 설치된다. 풍차날개(5)가 모인 중심부분은 허브(4)로서, 주 회전축(7)의 전단부에 설치될 수 있다.
주 발전기(10)는 주 회전축(7)의 외주연을 따라 장착된 회전 가능한 제1 로터(rotor)와, 제1 로터의 외주연과 일정 간격 이격되어지며 나셀(3)의 하우징 내에 수용되어 나셀(3)에 대하여 상대적으로 고정되는 제1 스테이터(stator)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제1 로터는 주 회전축(7)을 중심으로 방사상으로 형성되거나 장착된 복수의 철심 코어와, 각 철심 코어의 둘레에 권선된 코일을 포함한다. 그리고 제1 스테이터는 복수의 철심 코어에 상응하는 복수의 영구자석을 포함하되, N극와 S극이 서로 이웃하도록 교번하여 배치될 수 있다. 여기서, 영구자석의 수는 철심 코어의 수와 동일하거나 비례할 수 있다. 바람의 힘에 의해 풍차날개(5)가 회전하게 되면 주 회전축(7)이 회전하게 되고, 주 회전축(7)과 함께 제1 로터도 회전하게 되어 제1 스테이터의 각 자극에 의한 자속이 변화함으로써 유도기전력이 발생하고 제1 로터의 코일 내에 유도 전류가 흐르도록 할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 로터는 주 회전축(7)의 외주연에 복수의 영구자석이 장착되되 N극과 S극이 서로 교번하여 배치된다. 그리고 제1 스테이터는 주 회전축(7)의 외주연과 일전 간격 이격되어지며 주 회전축(7)을 향하여 방사상으로 형성되거나 장착된 복수의 철심 코어와, 각 철심 코어의 둘레에 권선된 코일을 포함한다. 여기서, 영구자석의 수는 철심 코어의 수와 동일하거나 비례할 수 있다. 바람의 힘에 의해 풍차날개(5)가 회전하게 되면 주 회전축(7)이 회전하게 되고, 주 회전축(7)과 함께 제1 로터도 회전하게 되어 제1 로터의 각 자극에 의한 자속이 변화함으로써 유도기전력이 발생하고 제1 스테이터의 코일 내에 유도 전류가 흐르도록 할 수 있다.
나셀(3)의 외주면 상에는 경사진 날개, 방향키 등이 설치되어 나셀(3)이 자동으로 바람의 방향과 대응되는 방향으로 회동되도록 할 수 있다. 즉, 나셀(3)은 풍향에 대응하여 마주하도록 풍차날개(5)가 앞쪽에 놓이게 된다.
다자유도 발전기(20)는 타워(2)에 대한 나셀(3) 자체의 회동 작동에 대해 유도전기를 발생시켜 발전을 수행한다. 나셀(3)은 타워 중심축(8)과 나셀 중심축(9)이 교차하는 회동 중심점(50)을 중심으로 3차원 회전하게 된다.
도 3 이하의 도면을 참조하여 다자유도 발전기(20)를 설명함에 있어서, 4개의 영구자석(40-1, 40-2, 40-3, 40-3)(즉, 8개의 자극(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g, 41h))과 각 자극에 대향하여 8개의 코일이 일대일 대응하고 있는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 하지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 물론이다.
다자유도 발전기(20)는 타워 중심축(8)의 외주연에 형성되어 있는 제2 스테이터(30)와, 제2 스테이터(30)의 외주연과 일정 간격 이격되어지며 나셀(3)의 하우징 내에 수용되어 나셀(3)과 함께 회동하는 제2 로터(40)를 포함한다.
제2 스테이터(30)는 타워 중심축(8)의 외주연에 회동 중심점(50)을 중심으로 하는 구면 형상의 스테이터 몸체(31)의 외측으로 코일이 권선된 복수의 보빈(32)이 돌출 형성되어 있다.
보빈(32)은 외측을 향해 볼록한 판(33) 및 일단이 판(33)에 연결되고 타단이 스테이터 몸체(31)에 연결되어 판(33)을 지지하는 지지대(34)로 이루어진 버섯형 구조물이다.
복수의 보빈(32)은 회동 중심점(50)을 지나고 타워 중심축(8)에 수직인 기준 평면(35)을 기준으로 상하측에 서로 대칭되도록 하는 이중 구조로 배치될 수 있으며, 타워 중심축(8)을 중심으로 방사상으로 등간격으로 배치될 수 있다.
제2 로터(40)는 제2 스테이터(30), 특히 제2 스테이터(30)에 돌출 형성된 보빈(32)과 일정 간격 이격되어지는 복수의 영구자석(40-1, 40-2, 40-3, 40-4)이 타워 중심축(8)을 중심으로 방사상으로 등간격으로 배치될 수 있다.
각 영구자석(40-1, 40-2, 40-3, 40-4)은 상층과 하층의 극성이 서로 다르게 배치된 2층 구조를 가지며, 서로 이웃하는 영구자석은 그 극성이 서로 반대로 배치된다. 예를 들어, 제1 영구자석(40-1)의 상층 자극(41a)이 N극(N11)이고 하층 자극(41e)이 S극(S21)인 경우에, 이웃하는 제2 영구자석(40-2)의 상층 자극(41b)은 S극(S11)이고 하층 자극(41f)은 N극(N21)일 수 있다.
각 영구자석(40-1, 40-2, 40-3, 40-4)에서 스테이터(30)를 향하는 면, 즉 스테이터측 면은 오목면으로 형성되어 제2 로터(40)가 회동 중심점(50)을 중심으로 3차원 회전하는 경우에 보빈(32)에 의한 간섭이 발생하지 않고 원활한 회전이 일어날 수 있도록 한다. 예를 들면, 오목면은 스테이터 몸체(31)의 형상에 대응하는, 회동 중심점(50)을 중심으로 하는 구면 형상일 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 AA선을 따른 횡단면도가 도시되어 있다.
이중 구조로 배열된 보빈 중 기준 평면(35)을 기준으로 상측에 배치된 보빈들(32a, 32b, 32c, 32d)이 타워 중심축(8)을 중심으로 방사상 등간격으로 배치되어 있으며, 각 영구자석은 그 상층 자극(41a, 41b, 41c, 41d)이 보빈들(32a, 32b, 32c, 32d)에 대향하도록 타워 중심축(8)을 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.
제2 로터(40)는 타워 중심축(8)에 대하여 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전(R1)할 수 있으며, 제2 로터(40)의 회전에 의해 변화된 자속으로부터 각 보빈들(32a, 32b, 32c, 32d)에 권선된 코일들(C1, C2, C3, C4)에 유도전류가 발생하게 된다.
여기서, 타워 중심축(8)에 대하여 수평으로 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전하는 경우 그 회전 각도는 360도로 제한이 없을 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 3의 BB선을 따른 종단면도가 도시되어 있다.
기준 평면(35)을 기준으로 상하측에 보빈들이 서로 대칭하도록 배치되어 있으며(32a와 32e, 32c와 32g 참조), 각 보빈들(32a, 32e, 32c, 32g)은 영구자석의 자극들(41a, 41e, 41c, 41g)과 대향하고 있다.
제2 로터(40)는 기준 평면(35)에 대하여 상하 방향으로 회전(R2)할 수 있으며, 제2 로터(40)의 회전에 의해 변화된 자속으로부터 각 보빈들(32a, 32e, 32c, 32g)에 권선된 코일들(C1, C5, C3, C7)에 유도전류가 발생하게 된다.
여기서, 기준 평면(35)에 대하여 상하 방향으로 회전하는 경우 타워 중심축(8)에 상응하는 타워 샤프트(36)의 존재로 인하여 그 회전 각도에 제한이 있을 수 있다.
제2 로터(40)는 도 4에 도시된 회전 작동과 도 5에 도시된 회전 작동이 연동된 회동 작동도 가능하다.
도 6을 참조하면, 각 영구자석의 상층 자극(41a, 41b, 41c, 41d)이 타워 중심축(8)을 중심으로 하는 회전방향을 따라 전개된 경우가 도시되어 있다. 보다 상세하게는, 각 상층 자극(41a, 41b, 41c, 41d)에 대향하는 코일들(C1, C2, C3, C4)은 동일 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 권선된 것을 가정할 때 각 코일들간의 결선도가 도시되어 있다.
상층 자극(41a, 41b, 41c, 41d)의 경우 N극과 S극이 서로 이웃하도록 교번하여 배치되어 있는 바, 동일 방향으로 권선된 코일들(C1, C2, C3, C4) 내에 유도되는 전류의 방향도 서로 이웃하는 코일끼리 반대가 된다.
따라서, 도 6에 도시된 것과 같이, 제1 코일(C1)의 일단(L11)과 제4 코일(C4)의 일단(L41)은 전력 저장 수단(60)에 연결되고, 제2 코일(C2)의 일단(L21)과 제3 코일(C3)의 일단(L31), 제1 코일(C1)의 타단(L12)과 제2 코일(C2)의 타단(L22), 제3 코일(C3)의 타단(L32)과 제4 코일(C4)의 타단(L42)이 서로 연결되도록 결선함으로써, 각 코일(C1, C2, C3, C4)을 거쳐 전력 저장 수단(60)으로 일 방향의 유도전류가 흐를 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 풍력 발전 장치 2: 타워
3: 나셀 4: 허브
5: 풍차날개 6: 기초
7: 주 회전축 8: 타워 중심축
9: 나셀 중심축 10: 주 발전기
20: 다자유도 발전기 30: 제2 스테이터
31: 스테이터 몸체 33: 판
34: 지지대 35: 기준 평면
36: 타워 샤프트 50: 회동 중심점
60: 전력 저장 수단
32, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32g: 보빈
40-1, 40-2, 40-3, 40-4: 영구자석
41a, 41b, 41c, 41d: 상측 자극
41e, 41f, 41g, 41h: 하층 자극
C1, C2, C3, C4, C5, C7: 코일

Claims (17)

  1. 타워와;
    상기 타워의 상단에 설치되는 나셀과;
    상기 나셀 내에 수납 설치되고, 주 회전축을 중심으로 하는 상기 나셀의 선단부에 설치된 하나 이상의 풍차날개의 회전 작동으로부터 발전을 수행하는 주 발전기와;
    상기 나셀 내에 수납 설치되고, 상기 타워의 중심축과 상기 나셀의 중심축이 교차하는 회동 중심점을 중심으로 하는 상기 나셀의 회동 작동으로부터 발전을 수행하는 다자유도 발전기를 포함하는 풍력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍차날개의 회전 작동은 상기 주 회전축을 중심으로 하는 2차원 회전이고, 상기 나셀의 회동 작동은 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 3차원 회전인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 발전기는,
    상기 주 회전축의 외주연을 따라 형성되거나 장착되어 상기 풍차날개의 회전 작동에 의해 회전하는 제1 로터; 및
    상기 제1 로터의 외주연과 일정 간격 이격되어지며 상기 나셀의 하우징 내에 수용되어 고정되는 제1 스테이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다자유도 발전기는,
    상기 타워의 중심축의 외주연에 형성된 스테이터 몸체의 외측으로 코일이 권선된 복수개의 보빈이 상기 회동 중심점을 중심으로 하여 방사상 돌출 형성된 스테이터; 및
    상기 보빈과 일정 간격 이격되어지며, 복수의 영구자석이 상기 나셀의 하우징 내에 수용되어 상기 나셀의 회동 작동에 따라 상기 회동 중심점을 중심으로 회동하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보빈은 상기 외측을 향해 볼록한 판과, 일단이 상기 판에 연결되고 타단이 상기 스테이터 몸체에 연결되어 상기 판을 지지하는 지지대로 이루어진 버섯형 구조물인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스테이터 몸체는 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 구면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 회동 중심점을 지나고 상기 타워의 중심축에 수직인 평면을 기준으로 상하측에 서로 대칭되도록 상기 보빈이 상기 스테이터 몸체의 외측에 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 영구자석의 스테이터측 면은 오목면으로 형성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 영구자석은 상층과 하층의 극성이 서로 다르게 배치된 2층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석은 서로 이웃하는 영구자석과 극성이 서로 반대로 배치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  11. 제1 중심축과 제2 중심축이 교차하는 회동 중심점을 중심으로 하는 회동체의 회동 작동으로부터 발전을 수행하는 다자유도 발전기로서,
    상기 제1 중심축의 외주연에 형성된 스테이터 몸체의 외측으로 코일이 권선된 복수개의 보빈이 상기 회동 중심점을 중심으로 하여 방사상 돌출 형성된 스테이터; 및
    상기 보빈과 일정 간격 이격되어지며, 복수의 영구자석이 상기 회동체의 하우징 내에 수용되어 상기 회동체의 회동 작동에 따라 상기 회동 중심점을 중심으로 회동하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보빈은 상기 외측을 향해 볼록한 판과, 일단이 상기 판에 연결되고 타단이 상기 스테이터 몸체에 연결되어 상기 판을 지지하는 지지대로 이루어진 버섯형 구조물인 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스테이터 몸체는 상기 회동 중심점을 중심으로 하는 구면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 회동 중심점을 지나고 상기 제1 중심축에 수직인 평면을 기준으로 상하측에 서로 대칭되도록 상기 보빈이 상기 스테이터 몸체의 외측에 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 영구자석의 스테이터측 면은 오목면으로 형성된 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 영구자석은 상층과 하층의 극성이 서로 다르게 배치된 2층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석은 서로 이웃하는 영구자석과 극성이 서로 반대로 배치된 것을 특징으로 하는 다자유도 발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101957201B1 (ko) * 2018-02-05 2019-03-13 주식회사 하이드로넷 전도성 유체 추진력 발생 장치

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