KR20110108485A

KR20110108485A - 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템

Info

Publication number: KR20110108485A
Application number: KR1020100027694A
Authority: KR
Inventors: 이대일
Original assignee: 이대일
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소정 높이로 세워지는 지주의 상부에 회전자와 고정자를 구비하여 회전자로 공급되는 전원에 의해 회전자가 회전하는 모터기능과 회전자가 회전할때 소정의 전기를 생성하는 자가발전기능을 갖는 SGM을 설치하고, SGM의 전방으로 회전자와 연결된 풍력축을 인출하며, 상기 풍력축의 끝단에 바람에 의해 회전하여 풍력축을 회전시키는 날개를 설치하여 풍력발전기를 이루고,
상기 SGM에서 생성되는 전기를 충전 저장하는 축전기와;
풍속을 감지하여 제어부에 출력하는 풍속센서와;
풍속센서에 의해 감지되는 풍속이 풍력발전에 충분하지 않은 저풍속일때 상기 SGM의 회전자로 전원을 공급하여 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고풍속의 바람이 불때는 풍력발전기능을 이용하여 전기를 생성시켜 충전 저장하고, 저풍속의 바람이 불때는 자가발전기능을 갖는 SGM을 작동시켜 발생되는 전기를 충전 저장하여 축전지에 저장되는 전기량을 증대시킬 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템{Wind power generation system}

본 발명은 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 발전수단으로 자가발전형 모터인 SGM(Self Generation Motor)을 사용하고, 바람이 저속으로 불때 SGM을 선택적으로 구동시켜 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어수단을 더 구성하여 바람이 불지 않을 때에도 SGM을 작동시켜 발전하여 세대 내의 가전제품을 사용할 수 있도록 한 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 풍력발전시스템을 도시한 것으로서,

지면으로 부터 소정높이로 세워지는 지주의 상단에 회전자와 고정자로 이루어져 회전축이 회전할때 전기를 생성하는 발전기(52)를 설치하고, 상기 발전기(52)의 전면으로 돌출되는 회전축(51)의 끝단에 바람에 의해 회전하는 날개(50)를 결합하며, 상기 발전기(52)에서 생성되는 전기를 충전 저장하여 세대 내의 부하측으로 공급하는 축전기(53)를 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 풍력발전시스템은 바람에 의해 날개가 회전하면서 회전축(51)을 회전시키게되고, 회전축(51)이 회전함에 따라 발전기(52) 내부에 설치되어 있는 회전자가 회전하면서 전기를 생성하여 축전기(53)에 충전하는 것이다.

그러나, 종래기술은 바람이 충분한 세기로 불때에만 풍력발전이 이루어지는 것이기 때문에 바람이 강하게 불지 않는 날이면 풍력발전이 이루어지지 않게되어 축전기에 충분한 양의 전기가 충전되지 않게되며, 이로인해 사용자는 어쩔수 없이 외부공급되는 상용전기를 사용할 수 밖에 없게되어 풍력발전기를 설치했음에도 불구하고 고비용의 상용전기를 사용해야만 하는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 풍력발전기의 발전수단으로 자가발전형 모터인 SGM(Self Generation Motor)을 사용하고, 바람이 저속으로 불때 SGM을 선택적으로 구동시켜 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어수단을 더 구성하여 바람이 불지 않을 때에도 SGM을 작동시켜 발전하여 세대 내의 가전제품을 사용할 수 있도록 한 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

소정 높이로 세워지는 지주의 상부에 회전자와 고정자를 구비하여 회전자로 공급되는 전원에 의해 회전자가 회전하는 모터기능과 회전자가 회전할때 소정의 전기를 생성하는 자가발전기능을 갖는 SGM을 설치하고, SGM의 전방으로 회전자와 연결된 풍력축을 인출하며, 상기 풍력축의 끝단에 바람에 의해 회전하여 풍력축을 회전시키는 날개를 설치하여 풍력발전기를 이루고,

상기 SGM에서 생성되는 전기를 충전 저장하는 축전기와;

풍속을 감지하여 제어부에 출력하는 풍속센서와;

풍속센서에 의해 감지되는 풍속이 풍력발전에 충분하지 않은 저풍속일때 상기 SGM의 회전자로 전원을 공급하여 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템.

본 발명에 의하면, 고풍속의 바람이 불때는 풍력발전기능을 이용하여 전기를 생성시켜 충전 저장하고, 저풍속의 바람이 불때는 자가발전기능을 갖는 SGM을 작동시켜 발생되는 전기를 충전 저장하여 축전지에 저장되는 전기량을 증대시킬 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 종래의 풍력발전시스템을 보인 개략도.
도 2 는 본 발명의 풍력발전시스템을 보인 도면.
도 3 은 본 발명에 적용된 SGM을 보인 단면도.
도 4 는 본 발명에 적용된 SGM을 보인 정단면도.

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은,

소정 높이로 세워지는 지주의 상부에 회전자(12)와 고정자(11)를 구비하여 회전자(12)로 공급되는 전원에 의해 회전자(12)가 회전하는 모터기능과 회전자(12)가 회전할때 소정의 전기를 생성하는 자가발전기능을 갖는 SGM(10)을 설치하고, SGM(10)의 전방으로 회전자(12)와 연결된 풍력축(21)을 인출하며, 상기 풍력축(21)의 끝단에 바람에 의해 회전하여 풍력축(21)을 회전시키는 날개(20)를 설치하여 풍력발전기를 이루고,

상기 SGM(10)에서 생성되는 전기를 충전 저장하는 축전기(24)와;

풍속을 감지하여 제어부(25)에 출력하는 풍속센서(23)와;

풍속센서(23)에 의해 감지되는 풍속이 풍력발전에 충분하지 않은 저풍속일때 상기 SGM(10)의 회전자(12)로 전원을 공급하여 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어부(25); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 SGM(10)은,

지주의 상부에 고정 결합되는 하우징(3)의 중심에 메인축(1)이 베어링(2)으로 결합되고, 외측에 다수의 코일권취부(5)가 돌출 형성되어 있는 계자코어(4)를 메인축(1)의 중간부에 고정 결합하며, 내부층이 Co-Fe-Y로 이루어지면서 외부층이 Fe-Nd-B로 이루어진 복수의 영구자석(8)을 상기 하우징(3)의 내주면에 장착하여 고정자(11)를 이루고, 입력전류에 의해 자극이 가변되어 영구자석(8)을 밀어내어 회전자(12)를 회전시키는 계자코일(7)을 코일권취부(5)에 권취하여 회전자(12)를 이루되,

회전시 영구자석(8)과의 자극변화에 의해 전기에너지를 유기시켜 축전기(24)에 저장시키는 유도코일(6)을 상기 코일권취부(5)에 더 권취하여 구성하고, 상기 메인축(1)의 일단이 풍력축(21)과 연결되도록 구성한다.

상기 풍력축(21)과 메인축(1)은 제어부(25)의 제어신호에 의해 전기적으로 작동하여 풍력축(21)과 메인축(1)을 기계적으로 연결하거나 차단하는 클러치(26)로 연결하고, 제어부(25)는 풍속센서(23)에서 감지되는 풍속이 저풍속일때 클러치(26)를 차단작동시키면서 SGM(10)의 계자코일(7)로 구동전원을 공급하여 SGM(10)을 작동시켜 SGM(10)에서 발전이 이루어지도록 제어하고,

풍속이 고속일때에는 클러치(26)를 연결작동시켜 날개(20)에 의해 회전하는 풍력축(21)의 회전력이 메인축(1)으로 전달되어 회전자(12)가 회전하면서 발전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

하우징(3)은 고정자(11)와 회전자(12)를 수용할 수 있도록 내부가 비어있는 형태로 형성된다.

상기 하우징(3)의 내주연에 영구자석(8)을 설치하여 회전자(12)를 이루도록 구성하는데, 상기 영구자석(8)은 내부층이 Co-Fe-Y로 이루어지면서 외부층이 Fe-Nd-B로 이루어진 것을 사용한다.

일반적으로 사용되는 영구자석은 자속밀도와 자력세기의 척도가되는 BH.sub.max 값이 40MGOe 이하인 반면 본 발명에 적용되는 영구자석(8)은 그 내부층이 Co-Fe-Y로 이루어지면서 외부층이 Fe-Nd-B로 이루어진 것이기 때문에 BH.sub.max 값이 60MGOe 이상이고, 삽입계수 역시 2.5~3.5의 값을 갖게되어 영구자석(8)이 충분한 자력에너지를 보유하게 된다.

한편, 메인축(1)의 중앙부에는 다수의 코일권취부(5)가 방사상으로 돌출 형성되어 있는 계자코어(4)가 결합되고, 상기 코일권취부(5)에는 입력전류에 의해 자극이 가변되어 영구자석(8)을 밀어내어 회전자(12)를 회전시키는 계자코일(7)과 회전하는 영구자석(8)의 자극변화에 의해 전기에너지를 유기시키는 유도코일(6)을 권취하여 고정자(11)를 이룬다.

상기 계자코일(7)과 유도코일(6)은 도 3 과 같이 코일권취부(5)에 구분되게 권취할 수 있다.

즉, 도 3 과 같이 코일권취부(5)에 먼저 유도코일(6)을 권취하고, 그 유도코일(6)의 외측으로 계자코일(7)을 권취하는 것이며, 유도코일(6)과 계자코일(7)의 권취위치를 바꾸어서도 가능하다.

그리고, 본 발명에서는 계자코어(4)와 영구자석(8) 사이에 약 0.1~0.5mm의 간극을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

풍속센서(23)는 실시간으로 바람의 세기를 감지하여 제어부(25)에 전송하고, 제어부(25)는 풍속센서(23)에서 감지되는 풍속이 풍력발전이 가능한 충분한 세기의 고풍속인지, 아니면 풍력발전이 어려운 저풍속인지를 판단한다.

상기 판단결과 고풍속이면, 제어부(25)는 클러치(26)를 연결작동시키기 위한 제어신호를 출력하고, 클러치(26)는 제어부(25)에서 출력되는 제어신호에 의해 동작하여 풍력축(21)과 SGM(10)의 메인축(1)을 상호 연결시킨다.

클러치(26)에 의해 풍력축(21)과 메인축(1)이 연결되면 바람에 의해 회전하는 날개(20)의 회전력이 풍력축(21)을 통해 메인축(1)으로 전달되어 메인축(1)이 회전하게되고, 상기 메인축(1)이 회전함에 따라 회전자(12)가 회전하게 된다.

회전자(12)가 회전하면 계자코어(4)의 코일권취부(5)에 감겨있는 유도코일(6)과 하우징(3)의 내주연에 고정되어 있는 영구자석(8)이 쇄교하면서 유도코일(6)에 전기가 유기되어 축전기(24)에 충전 저장된다.

축전기(24)에 저장된 전기는 세대내에 구비되어 있는 각종 전기제품을 구동시키는데 소비된다.

한편, 상기 판단결과 저풍속이면, 제어부(25)는 클러치(26)를 차단작동시켜 풍력축(21)과 메인축(1)이 기계적으로 단선되도록 하고, SGM(10)의 회전자(12)를 이루는 계자코일(7)에 구동전원을 공급한다.

제어부(25)의 제어에 의해 계자코일(7)로 소정 극성의 전류가 공급되어 계자코일(7)에서 발생하는 자극과 영구자석(8)의 자극이 척력을 갖게됨에 따라 회전자(12)가 회전하게되고, 회전자(12)가 회전한 이후에는 그 회전자(12)의 회전속도에 추종하여 계자코일(7)로 공급되는 전류의 극성을 가변시켜 지속적으로 계자코일(7)과 영구자석(8)이 척력을 갖도록 하여 메인축(1)에 설치된 회전자(12)가 고속으로 회전할 수 있게되는 것이며, 이와같이 회전자(12)가 회전할때, 고정되어 있는 영구자석(8)에 의해 코일권취부(5)에 감겨있는 유도코일(6)에 전기가 유도되어 축전기(24)로 공급 충전된다.

즉, 상기 회전자(12)가 고속으로 회전함에 따라 영구자석(8)이 갖는 자극이 코일권취부(5)에 감겨있는 유도코일(6)에 쇄교하면서 기전력이 발생되어 전기가 유도코일(6)에 유기되는 것이며, 그 유기된 전기가 축전기(24)에 충전되는 것이다.

이때, 본 발명에 적용된 영구자석(8)은 앞서 설명된 바와같이 BH.sub.max 값이 60MGOe 이상인 강한 자력을 갖는 것이기 때문에 회전자(12)에 권선되어 있는 계자코일(7)과 유도코일(6)에 충분하게 자력을 제공할 수 있게되고, 이에의해 계자코일(7)에서 발생되는 자극에 의한 메인축(1) 회전동작 및 유도코일(6)의 발전 동작이 동시에 이루어질 수 있게된다.

이에따라, 본 발명의 풍력발전시스템은 고풍속일때 풍력발전에 의해 생성되는 전기를 축전기(24)에 충전하고, 저풍속일때 SGM(10)에서 생성되는 전기를 축전기(24)에 충전하여 사용할 수 있게되므로 축전기(24)에 충전되는 전기량을 기존의 풍력발전기에 비해 증가시킬 수 있게되어 외부에서 공급되는 상용전기의 사용량을 현저히 줄여줄 수 있게되는 것이다.

1: 메인축, 2: 베어링,
3: 하우징, 4: 계자코어,
5: 코일권취부, 6: 유도코일,
7: 계자코일, 8: 영구자석,
10: SGM, 20: 날개,
21: 풍력축, 23: 풍속센서,
24: 축전기, 25: 제어부,

Claims

소정 높이로 세워지는 지주의 상부에 회전자(12)와 고정자(11)를 구비하여 회전자(12)로 공급되는 전원에 의해 회전자(12)가 회전하는 모터기능과 회전자(12)가 회전할때 소정의 전기를 생성하는 자가발전기능을 갖는 SGM(10)을 설치하고, SGM(10)의 전방으로 회전자(12)와 연결된 풍력축(21)을 인출하며, 상기 풍력축(21)의 끝단에 바람에 의해 회전하여 풍력축(21)을 회전시키는 날개(20)를 설치하여 풍력발전기를 이루고,
상기 SGM(10)에서 생성되는 전기를 충전 저장하는 축전기(24)와;
풍속을 감지하여 제어부(25)에 출력하는 풍속센서(23)와;
풍속센서(23)에 의해 감지되는 풍속이 풍력발전에 충분하지 않은 저풍속일때 상기 SGM(10)의 회전자(12)로 전원을 공급하여 자가발전이 이루어지도록 제어하는 제어부(25); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 SGM(10)은,
지주의 상부에 고정 결합되는 하우징(3)의 중심에 메인축(1)이 베어링(2)으로 결합되고, 외측에 다수의 코일권취부(5)가 돌출 형성되어 있는 계자코어(4)를 메인축(1)의 중간부에 고정 결합하며, 내부층이 Co-Fe-Y로 이루어지면서 외부층이 Fe-Nd-B로 이루어진 복수의 영구자석(8)을 상기 하우징(3)의 내주면에 장착하여 고정자(11)를 이루고, 입력전류에 의해 자극이 가변되어 영구자석(8)을 밀어내어 회전자(12)를 회전시키는 계자코일(7)을 코일권취부(5)에 권취하여 회전자(12)를 이루되,
회전시 영구자석(8)과의 자극변화에 의해 전기에너지를 유기시켜 축전기(24)에 저장시키는 유도코일(6)을 상기 코일권취부(5)에 더 권취하여 구성하고, 상기 메인축(1)의 일단이 풍력축(21)과 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 풍력축(21)과 메인축(1)은 제어부(25)의 제어신호에 의해 전기적으로 작동하여 풍력축(21)과 메인축(1)을 기계적으로 연결하거나 차단하는 클러치(26)로 연결하고, 제어부(25)는 풍속센서(23)에서 감지되는 풍속이 저풍속일때 클러치(26)를 차단작동시키면서 SGM(10)의 계자코일(7)로 구동전원을 공급하여 SGM(10)을 작동시켜 SGM(10)에서 발전이 이루어지도록 제어하고,
풍속이 고속일때에는 클러치(26)를 연결작동시켜 날개(20)에 의해 회전하는 풍력축(21)의 회전력이 메인축(1)으로 전달되어 회전자(12)가 회전하면서 발전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 자가발전형 모터를 이용한 풍력발전시스템.