KR20110110066A - 풍력발전기 - Google Patents

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KR20110110066A
KR20110110066A KR1020110056893A KR20110056893A KR20110110066A KR 20110110066 A KR20110110066 A KR 20110110066A KR 1020110056893 A KR1020110056893 A KR 1020110056893A KR 20110056893 A KR20110056893 A KR 20110056893A KR 20110110066 A KR20110110066 A KR 20110110066A
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Abstract

본 발명에 따른 풍력발전기는 프레임과; 상기 프레임에 회전 가능하게 위치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구와, 상기 제 1 풍익기구에 설치된 복수개의 마그네트를 포함하는 제 1 회전모듈과; 상기 제 1 풍익기구의 상측 또는 하측에 회전 가능하게 배치되어 풍력을 상기 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 전달받아 회전되는 제 2 풍익기구와, 상기 제 2 풍익기구에 상기 제 2 풍익기구의 회전 방향으로 이격되게 설치된 복수개의 코일유닛을 포함하는 제 2 회전모듈을 포함하여, 다량의 전기가 신속하게 생산할 수 있고, 비용이 저렴하며, 발전 효율이 높은 이점이 있다.

Description

풍력발전기{Windmill}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 반대 방향으로 회전되는 복수개 풍익기구에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 수력을 이용한 수력발전기와, 풍력을 이용한 풍력발전기와, 화석연료를 이용한 화력발전기와, 원자력을 이용한 원자력발전기 등이 있다.
상기와 같은 수력발전기와 화력발전기와 원자력 발전기는 대규모의 발전설비와 대량의 에너지원을 필요로 하고, 특히 화력발전에 이용되는 에너지원으로써 석유나 석탄 등의 화석연료는 자원 고갈의 문제점이 있을 뿐만 아니라 환경 오염의 주요 원인이 된다.
풍력발전기는 풍력이 임펠러를 회전시키면, 임펠러에 연결된 주축이 회전자를 회전시키고, 회전자와 고정자의 사이에 전기장을 발생시킨 것으로서, 상기와 같은 환경 오염이나 자원 고갈의 문제점이 없다.
종래 기술에 따른 풍력발전기는 고정자가 고정된 상태에서 회전자만 회전되므로, 다량의 전기를 신속하게 생산하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 마그네트와 복수개의 코일유닛이 풍력에 의해 서로 반대 방향으로 회전되면서 다량의 전기를 신속하게 생산할 수 있고, 비용이 저렴하며, 효율이 높은 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 바람직한 일실시예는, 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 위치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구와, 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되는 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트를 포함하는 제 1 회전모듈과, 상기 제 1 풍익기구의 하측에 회전 가능하게 배치되어 상기 제 1 풍익기구가 받는 방향과 동일한 방향의 풍력을 전달받아 상기 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 회전되는 제 2 풍익기구와, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 2 풍익기구의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 복수개의 마그네트 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛을 포함하는 제 2 회전모듈을 포함하고, 상기 제 1 풍익기구 및 상기 제 2 풍익기구는 각각, 수직되게 배치된 회전축과, 상기 회전축에 대하여 방사형으로 배치되게 연결되고, 내부에 공간부가 형성된 수직한 틀체와, 상기 틀체에 회동 가능하게 지지되어 상기 공간부 내측에 수직되게 배치되는 회전봉과, 상기 회전봉에 수평방향으로 편심되게 연결된 베인으로 이루어진 직선형의 날개차를 포함하며, 상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구의 날개차는, 직선형의 날개차로써, 동일한 방향의 바람을 기준으로 소정각도 회전될 때 받는 풍력이 상이하도록 각각의 상기 베인이 각각의 상기 회전봉에 대하여 서로 반대 방향으로 편심되게 연결되고, 상기 각각의 베인은 상기 회전봉으로부터 그 수평방향 단부 사이의 거리가 상기 회전축의 방향으로는 길고, 상기 회전축의 반대방향으로는 짧게 연결된다.
여기서, 상기 코일유닛은 상기 제 2 풍익기구의 회전시 연동하여 회전되되, 상기 제 1 풍익기구에 연동하여 회전되는 상기 복수개의 마그네트를 사이에 두고 상기 마그네트 프레임을 감싸도록 회전될 수 있다.
또한, 상기 제 2 회전모듈은 상기 복수개의 코일유닛을 연결하는 와이어를 더 포함하고, 상기 제 2 풍익기구에는 상기 와이어가 안내되는 와이어 가이드가 설치될 수 있다.
또한, 상기 코일유닛은, 코일 케이스와, 상기 코일 케이스 내부에 설치된 복수개의 코일과, 상기 코일 케이스에 배치되고 상기 복수개의 코일과 와이어를 연결하는 연결단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 코일 유닛은, 상기 와이어 가이드에 올려지게 설치될 수 있다.
또한, 상기 와이어 가이드는 중공 원판 형상이고, 내주면에는 내측 돌출부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 풍익기구의 회전축에 설치된 비전도성 절연재와, 상기 복수개의 코일유닛과 전기적으로 연결되고 상기 비전도성 절연재에 설치된 회전 도전체와, 상기 회전 도전체와 접촉되는 고정 도전체와, 상기 프레임에 설치되고 상기 고정 도전체가 장착되는 고정 도전체 마운터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구는 각각의 회전축이 베어링으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구는 상하 방향으로 교대 배치되고, 최상측에 위치하는 풍익기구와 최하측에 위치하는 풍익기구가 상기 프레임에 설치된 베어링에 회전 가능하게 지지될 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 다른 실시예는, 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 위치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구와, 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되는 제 1 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트로 이루어진 제 1 열 마그네트군 및 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되되 상기 제 1 마그네트 프레임의 반경방향으로 이격되게 설치된 제 2 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트로 이루어진 제 2 열 마그네트군을 갖는 제 1 회전모듈과, 상기 제 1 풍익기구의 하측에 회전 가능하게 배치되어 상기 제 1 풍익기구가 받는 방향과 동일한 방향의 풍력을 전달받아 상기 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 회전되는 제 2 풍익기구와, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 1 열 마그네트군의 복수개의 마그네트와 대향되도록 상기 제 1 마그네트 프레임의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 제 1 열 마그네트군의 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛으로 이루어진 제 1 코일유닛군과, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 2 열 마그네트군의 복수개의 마그네트와 대향되도록 상기 제 2 마그네트 프레임의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 제 2열 마그네트군의 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛으로 이루어진 제 2 코일유닛군을 갖는 제 2 회전모듈을 포함하고, 상기 제 1 풍익기구 및 상기 제 2 풍익기구는 각각, 수직되게 배치된 회전축과, 상기 회전축에 대하여 방사형으로 배치되게 연결되고, 내부에 공간부가 형성된 수직한 틀체와, 상기 틀체에 회동 가능하게 지지되어 상기 공간부 내측에 수직되게 배치되는 회전봉과, 상기 회전봉에 수평방향으로 편심되게 연결된 베인으로 이루어진 직선형의 날개차를 포함하며, 상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구의 날개차는, 직선형의 날개차로써, 동일한 방향의 바람을 기준으로 소정각도 회전될 때 받는 풍력이 상이하도록 각각의 상기 베인이 각각의 상기 회전봉에 대하여 서로 반대 방향으로 편심되게 연결되고, 상기 각각의 베인은 상기 회전봉으로부터 그 수평방향 단부 사이의 거리가 상기 회전축의 방향으로는 길고, 상기 회전축의 반대방향으로는 짧게 연결된다.
여기서, 풍속을 측정하는 풍속계와, 상기 제 1 코일유닛군의 전기 발생을 스위칭하는 제 1 스위치와, 상기 제 2 코일유닛군의 전기 발생을 스위칭하는 제 2 스위치와, 상기 풍속계의 풍속에 따라 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 모두를 온 시키거나 어느 하나만을 온시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부와 연결되어 상기 제어부의 출력 신호에 따라 상기 풍력발전기의 운전정보를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전기는 복수개의 마그네트와 복수개의 코일유닛이 서로 반대방향으로 회전되면서 다량의 전기가 신속하게 생산되는 이점이 있다.
또한, 복수개의 코일유닛이 이격되게 설치되어 하나의 코일유닛이 복수개의 마그네트를 둘러싸는 경우보다 비용이 저렴하고 효율이 높은 이점이 있다.
또한, 와이어를 안전하게 배선할 수 있고, 풍익기구의 강도를 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 풍속에 따른 최적의 발전 능력을 얻을수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기 일실시예의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 제 2 회전모듈의 확대 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 코일유닛의 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 코일유닛의 회로도,
도 5는 도 1에 도시된 제 2 회전모듈의 일부 확대 사시도,
도 6는 도 1에 도시된 제 1 회전 모듈이 풍력에 의해 회전될 때의 단면도,
도 7는 도 4에 도시된 제 1 풍익기구의 확대 단면도,
도 8은 도 1에 도시된 제 2 회전모듈이 풍력에 의해 회전될 때의 단면도,
도 9는 도 6에 도시된 제 2 풍익기구의 확대 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 풍력발전기 다른 실시예의 마그네트와 코일유닛이 도시된 개략 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 풍력발전기 다른 실시예의 제어 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전기 일실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제 2 회전모듈의 확대 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 코일유닛의 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 코일유닛의 회로도이며, 도 5는 도 1에 도시된 제 2 회전모듈의 일부 확대 사시도이다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는, 프레임(2)과, 풍력에 의해 서로 반대 방향으로 회전되면서 전력을 생산하는 복수개의 회전 모듈(4)(6)을 포함한다.
프레임(2)은 베이스(12)와, 베이스(12)에 설치된 복수개의 지지대(14)와, 복수개의 지지대(14)의 상측에 설치된 탑 커버(16)를 포함한다.
지지대(14)는 베이스(12)의 외단측과 탑 커버(16)의 외단측 사이에 " X " 자 형상으로 형성되고, 복수개가 프레임(2)의 반경 방향으로 차례로 배치된다.
프레임(2)은 후술하는 고정 도전체 마운터(66)가 설치되는 마운터 설치판(18)을 더 포함할 수 있고, 마운터 설치판(18)은 베이스(12)와 탑 커버(16) 사이에 적어도 하나 설치된다.
복수개의 회전 모듈(4)(6)은 프레임(2)에 상하 방향으로 복수개 배치되고, 2개의 회전모듈(4)(6)이 하나의 셋트를 구성하면서 하나의 전력 생성기로 구성된다.
복수개의 회전 모듈(4)(6)은 어느 한 회전 모듈(4)이 마그네트를 포함하고, 다른 한 회전 모듈(6)이 마그네트와의 상호작용으로 전력이 생성되는 코일유닛을 포함한다.
예를 들어, 총 4개의 회전 모듈(4)(6)(4)(6)이 상하 배치되는 경우, 최상측 회전모듈(4)과 그 바로 하측에 위치하는 회전 모듈(6)이 하나의 전력 생성기를 구성하고, 최하측의 회전모듈(6)과 그 바로 상측에 위치하는 회전모듈(4)이 또 다른 전력 생성기를 구성한다.
복수개의 회전 모듈(4)(6)은 하나의 셋트를 구성하는 두 개의 회전 모듈이 풍력에 의해 동시에 서로 반대 방향으로 회전되게 구성되고, 이 경우 어느 하나만 회전되고 다른 하나가 고정되는 경우보다, 신속하게 전기를 생산할 수 있게 된다.
이하, 마그네트를 포함하는 회전 모듈(4)을 제 1 회전 모듈(4)이라 칭하여 설명하고, 코일유닛을 포함하는 회전 모듈(6)을 제 2 회전 모듈(6)이라 칭하여 설명한다.
제 1 회전모듈(4)은 복수개의 마그네트(22)와, 제 1 풍익기구(28)를 포함한다.
마그네트(22)는 제 1 풍익기구(28)의 하단부에 설치되는 바, 제 1 풍익기구(28)의 하단부에는 마그네트(22)가 설치되는 마그네트 프레임(30)이 설치된다.
마그네트 프레임(30)은 상면과 하면의 양면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 마그네트(22)는 마그네트 프레임(30)의 외주면에 소정간격 이격되게 배치된다.
마그네트 프레임(30)은 상단이 제 1 풍익기구(28)의 하단부에 접촉되게 설치된다.
마그네트(22)는 상하 방향으로 N극과 S극이 위치되고, 복수개가 마그네트 프레임(30)의 원주방향으로 연속하여 배치되며, 복수개의 마그네트(22)가 마그네트 프레임(30)의 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치된다.
제 1 풍익기구(28)는 제 1 회전축(26)과, 복수개의 제 1 날개차(27)를 포함한다.
복수개의 제 1 날개차(27)는 제 1 회전축(26)에 방사형으로 배치되게 연결되고, 제 1 날개차(27)에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
제 2 회전모듈(6)은 복수개의 코일유닛(32)과, 제 2 풍익기구(38)를 포함한다.
복수개의 코일유닛(32)은 마그네트(22)와의 상대 운동시 마그네트(32)와의 상호 작용으로 전류가 생성되는 코일을 포함한다.
복수개의 코일유닛(32)은 제 2 풍익기구(38)의 상단부에 제 2 풍익기구(38)의 회전 방향으로 이격되게 설치된다.
여기서, 코일유닛(32)은 하나가 복수개의 마그네트(22) 전체를 둘러싸듯이 설치되는 것도 가능하나, 이 경우 코일의 전체 길이 증대로 인해 비용이 증대되고, 코일의 무게가 너무 무겁게 되어 효율이 저하될 수 있다.
즉, 복수개의 코일유닛(32)이 이격되게 설치되면, 코일의 전체 길이가 감소되어 비용이 감소되고, 코일의 무게가 상대적으로 가볍기 때문에 효율이 향상될 수 있게 된다.
코일유닛(32)은 제 2 풍익기구(38)의 회전시 회전되되, 제 1 풍익기구(28)와 연동하여 회전되는 복수개의 마그네트(22) 외측으로 회전되면서 결론적으로 복수개의 마그네트(22)를 사이에 두고 마그네트 프레임(30)을 감싸면서 회전되는 것이다.
코일유닛(32)은 복수개의 코일(32A)(32B)(32C)과, 복수개의 코일(32A)(32B)(32C)을 보호하는 코일 케이스(32D)를 포함한다.
복수개의 코일(32A)(32B)(32C)은 코일 케이스(32D) 내부에 배치되고, 코일 케이스(32D)는 와이어 가이드(40) 또는 제 2 날개차(37)에 스크류 등의 체결부재로 체결된다.
코일유닛(32)은 코일 케이스(32D)에 배치되고 복수개의 코일(32A)(32B)(32C)과 와이어(39)를 연결하는 연결단자(32E)(32F)를 더 포함한다.
복수개의 코일(32A)(32B)(32C)은 전기 회로가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있고, 병렬로 연결될 때 발전 효율이 높으므로, 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
연결단자(32E)(32F)는 코일 케이스(32D)에 복수개 설치되는 바, 하나가 입력단자(32E)이고, 다른 하나가 출력단자(32F)로 이루어진다.
제 2 풍익기구(38)는 제 1 풍익기구(28)의 상측 또는 하측에 회전 가능하게 배치되어 풍력을 제 1 풍익기구(28)와 반대 방향으로 전달받고, 제 1 풍익기구(38)의 회전방향과 역방향으로 회전된다.
제 2 풍익기구(38)는 제 2 회전축(36)과, 복수개의 제 2 날개차(37)를 포함한다.
복수개의 제 2 날개차(37)는 제 2 회전축(36)에 방사형으로 배치되게 연결되고, 제 2 날개차(37)에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
제 2 회전모듈(6)은 복수개의 코일유닛(32)을 연결하는 와이어(39)를 더 포함하고, 제 2 풍익기구(38)에는 와이어(39)가 안내되는 와이어 가이드(40)가 설치된다.
와이어(39)는 복수개의 코일유닛(32)을 직렬로 연결하는 것도 가능하고, 병렬로 연결하는 것도 가능하다.
와이어 가이드(40)는 제 2 풍익기구(38)의 상면에 설치되고, 복수개의 코일유닛(32)은 와이어 가이드(40)에 올려지게 설치된다.
와이어 가이드(40)는 중공 원판 형상이다.
와이어 가이드(40)는 복수개의 제 2 날개차(37)의 상단에 설치되고, 복수개의 제 2 날개차(37)가 흔들리지 않게 고정하는 강도보강부재의 기능을 겸한다.
와이어 가이드(40)는 내주면에는 내측 돌출부(42)가 형성된다.
여기서, 내측 돌출부(42)는 와이어 가이드(40)의 강도를 보강함과 아울러 코일유닛(32)과 마그네트(22)가 접촉되지 않게 코일유닛(32)의 임의 이동을 막고, 와이어 가이드(40)에 안내된 와이어(39)가 이탈되지 않게 잡아주는 기능을 할 수 있다.
제 1 풍익기구(28)와 제 2 풍익기구(38)는 각각의 회전축(26)(36)이 베어링(19 이하, 연결 베어링이라 칭함)으로 연결된다.
제 1 풍익기구(28)와 제 2 풍익기구(38)는 상하 방향으로 교대 배치되고, 최상측에 위치하는 풍익기구과 최하측에 위치하는 풍익기구가 프레임에 설치된 베어링(20 이하, 설치 베어링이라 칭함)에 회전 가능하게 지지된다.
즉, 제 1 회전축(26) 및 제 2 회전축(36)은 프레임(2)에 설치된 설치 베어링(20)에 회전 가능하게 지지되거나, 제 1 풍익기구(28)와 제 2 풍익기구(38)를 서로 회전 가능하게 연결하는 연결 베어링(19)에 회전 가능하게 지지된다.
예를 들어, 총 4개의 풍익기구(28)(38)(28)(38)이 상하 배치되는 경우, 최상측 풍익기구(28)의 회전축(26)은 설치 베어링(20)에 지지되고, 최상측 풍익기구(28)의 회전축(26)과 그 바로 하측에 위치하는 풍익기구(38)의 회전축(36)은 연결 베어링(19)으로 연결되고, 최하측 풍익기구(38)의 회전축(36)은 설치 베어링(20)에 지지되고, 최하측 풍익기구(38)의 회전축(36)과 그 바로 상측에 위치하는 풍익기구(28)의 회전축(26)은 연결 베어링(19)으로 연결되고, 최상측 풍익기구(28)과 최하측 풍익기구(38) 사이에 위치하는 복수개의 풍익기구(38)(28)의 회전축(36)(26)들은 연결 베어링(19)로 연결된다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는 제 2 풍익기구(38)의 회전축(36)에 설치된 비전도성 절연재(60)와, 복수개의 코일유닛(32)과 와이어(39)를 통해 전기적으로 연결되고 비전도성 절연재(60)에 설치된 회전 도전체(62)와; 회전 도전체(60)와 접촉되는 고정 도전체(64)와; 프레임(2)에 설치되고 고정 도전체(64)가 장착되는 고정 도전체 마운터(66)를 포함한다.
여기서, 고정 도전체(64)는 일종의 브러시로서, 회전 도전체(60)의 회전 도중 회전 도전체(60)가 고정 도전체(64)에 상시 접촉된 상태를 유지하게 설치된다.
고정 도전체 마운터(66)는 베이스(12)와 마운터 설치판(18)에 설치된다.
도 6은 도 1에 도시된 제 1 회전 모듈이 풍력에 의해 회전될 때의 단면도이고, 도 7는 도 4에 도시된 제 1 풍익기구의 확대 단면도이며, 도 8은 도 1에 도시된 제 2 회전모듈이 풍력에 의해 회전될 때의 단면도이고, 도 9는 도 6에 도시된 제 2 풍익기구의 확대 단면도이다.
제 1 풍익기구(28)의 제 1 날개차(27)와 제 2 풍익기구(38)의 제 2 날개차(37) 각각은 내부에 공간부(71)(81)가 형성되고 수직한 틀체(72)(82)와, 틀체(72)(82)에 회동 가능하게 지지되어 공간부(71)(81) 내측에 수직하게 배치되는 회전봉(74)(84)과, 회전봉(74)(84)에 수평방향으로 편심되게 연결된 베인(76)(86)을 포함하고, 제 1 날개차(27)의 베인(76)과 제 2 날개차(37)의 베인(86)은 서로 반대 방향으로 편심되게 연결된다.
제 1 풍익기구(28)는 틀체(72)가 제 1 회전축(26)과 제 1 연결 프레임(73)으로 연결되고, 제 2 풍익기구(38)는 틀체(82)가 제 2 회전축(36)과 제 2 연결 프레임(83)으로 연결된다.
베인(76)(86)은 회전봉(74)(84)으로부터 그 수평방향 단부 사이의 거리가 회전축(26)(36)의 방향(즉, 연결 프레임(73)(83)의 연장 방향)으로 길고, 회전축(26)(36)의 반대 방향(즉, 틀체(72)(82)의 자유단 방향)으로 짧게 연결되고, 이하 길이가 긴 부분을 장부(76A)(86A)라 하고, 길이가 짧은 부분은 단부(76B)(86B)로 칭하여 설명한다.
제 1 날개차(27)는 베인(76) 중 수평방향으로 긴 장부(76A)가 틀체(72)의 후방으로 젖혀짐을 막을 수 있도록 틀체(72)에 형성된 스토퍼(78)를 포함한다.
제 2 날개차(37)는 베인(86) 중 수평방향으로 긴 장부(86A)가 틀체(82)의 후방으로 젖혀짐을 막을 수 있도록 틀체(82)에 형성된 스토퍼(88)를 포함한다.
즉, 제 1 날개차(27)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 회전축(26)에 연결되는 제 1 틀체(72)와; 제 1 틀체(72)에 회동 가능하게 지지되는 제 1 회전봉(74)과; 제 1 회전봉(74)에 편심되게 연결된 제 1 베인(76)과; 제 1 베인(76) 중 장부(76A)(즉, 상기 제 1 베인(76) 중 상기 제 1 회전축(26) 방향으로 연장되는 단부)가 제 1 틀체(72)의 후방으로 젖혀짐을 막을 수 있도록 제 1 틀체(72)에 형성된 제 1 스토퍼(78)를 포함한다.
제 1 날개차(27)는 제 1 회전봉(74)과 제 1 베인(76)과 제 1 스토퍼(78)가 한 셋트를 구성하고, 제 1 틀체(72)에는 그 좌우 폭 방향으로 복수 셋트의 제 1 회전봉(74)과 제 1 베인(76)과 제 1 스토퍼(78)가 구비되며, 각 셋트는 제 1 스토퍼(78)가 제 1 회전봉(74) 보다 제 1 회전축(26)에 가깝게 위치된다.
제 1 스토퍼(78)는 제 1 틀체(72)의 하부 수평부 상면에 공간부(71)을 향해 상향 돌출되고, 제 1 틀체(72)의 상부 수평부 하면에 공간부(71)를 향해 하향 돌출된다.
그리고, 제 2 날개차(37)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 회전축(36)에 연결되는 제 2 틀체(82)와, 제 2 틀체(82)에 회동 가능하게 지지되는 제 2 회전봉(84)과, 제 2 회전봉(84)에 편심되게 연결된 제 2 베인(86)과, 제 2 베인(86) 중 장부(86A)(즉, 상기 제 2 베인(86) 중 상기 제 2 회전축(36) 방향으로 연장되는 단부)가 제 2 틀체(82)의 후방으로 젖혀짐을 막을 수 있도록 제 2 틀체(82)에 형성된 제 2 스토퍼(88)를 포함한다.
제 2 날개차(37)는 제 2 회전봉(84)과 제 2 베인(86)과 제 2 스토퍼(88)가 한 셋트를 구성하고, 제 2 틀체(82)에는 그 좌우 폭 방향으로 복수 셋트의 제 2 회전봉(84)과 제 2 베인(86)과 제 2 스토퍼(88)가 구비되며, 각 셋트는 제 2 스토퍼(88)가 제 2 회전봉(84) 보다 제 2 회전축(86)에 가깝게 위치된다.
제 2 스토퍼(88)는 제 2 틀체(82)의 하부 수평부 상면에 공간부(81)를 향해 상향 돌출되고, 제 2 틀체(82)의 상부 수평부 하면에 공간부(81)를 향해 하향 돌출된다.
즉, 바람이 불어오는 방향이 동일할 경우, 상기 제 1 풍익기구(28)와 상기 제 2 풍익기구(38)가 서로 반대 방향으로 회전되도록, 수평면 상의 같은 방위에서 상기 제 1 풍익기구(28)의 제 1 날개차(27)에 형성된 제 2 베인(76)과 상기 제 2 풍익기구(38)의 제 2 날개차(37)에 형성된 제 2 베인(86)이 서로 다른 방향으로 젖혀지도록 상기 제 1 스토퍼(78) 및 상기 제 2 스토퍼(88)가 배치된다.
이하, 상기와 같이 구성된 풍력발전기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 풍력발전기에 풍력이 작용할 때, 제 1 풍익기구(28)의 제 1 날개차(27)는 제 1 베인(76)이 제 1 풍익기구(38)의 위치에 따른 풍압에 따라 회전되거나 제 1 스토퍼(78)에 걸리고, 제 1 풍익기구(38)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 회전되면서, 제 1 회전축(26)을 시계 방향으로 회전시킨다.
즉, 제 1 풍익기구(28)의 제 1 날개차(27)는 바람이 불어오는 방향과 가장 가까운 위치(A)에서 시계 방향으로 대략 90°가 되는 위치(C)일 때, 제 1 베인(76)이 제 1 스토퍼(78)에 걸린 상태에서 풍력을 가장 크게 전달받으면서 회전축(26)을 회전시키고, 바람이 불어오는 방향과 가장 가까운 위치(A)에서 대략 270°가 되는 위치(G)일 때, 제 1 베인(76)이 풍력과 나란하게 배치되면서 저항을 최소화하며, A->B->C->D->E->F->G->H->A 위치로 회전되면서, 제 1 회전축(26)을 시계 방향으로 회전시킨다.
반면에, 제 2 풍익기구(38)의 제 2 날개차(37)는 제 2 베인(86)이 제 2 풍익기구(38)의 위치에 따른 풍압에 따라 회전되거나 제 2 스토퍼(88)에 걸리고, 제 2 풍익기구(48)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 회전되면서, 제 2 회전축(36)을 제 1 회전축(26)의 회전방향과 반대 방향인 반시계 방향으로 회전시킨다.
즉, 제 2 풍익기구(38)의 제 2 날개차(37)는 바람이 불어오는 방향과 가장 가까운 위치(A)에서 반시계 방향으로 대략 90°가 되는 위치(G)일 때, 제 2 베인(86)이 제 2 스토퍼(88)에 걸린 상태에서 풍력을 가장 크게 전달 받으면서 제 2 회전축(36)을 회전시키고, 바람이 불어오는 방향과 가장 가까운 위치(A)에서 반시계 방향으로 대략 270°가 되는 위치(C)일 때, 제 2 베인(86)이 풍력과 나란하게 배치되면서 저항을 최소화하며, A->H->G->F->E->D->C->B->A 위치로 제 1 풍익기구(38)의 날개차(37)와 반대 방향으로 회전되면서, 제 2 회전축(36)을 회전시킨다.
상기와 같이 풍력발전기에 풍력이 작용할 때 마그네트(22)와 코일유닛(32)은 동시에 서로 반대 방향으로 회전되고, 이때, 코일유닛(32)의 복수개 코일(32A)(32B)(32C)에는 마그네트(22)의 이동에 따른 전기가 생성되는데, 제 1 회전축(26)와 제 2 회전축(36)이 동시에 서로 반대 방향으로 회전되는 것에 의해 코일(32A)(32B)(32C)에 생성되는 전기는 제 1 회전축(26)와 제 2 회전축(36) 중 어느 하나만이 회전되는 경우 보다 신속하게 생성된다.
상기와 같이 코일(32A)(32B)(32C)에 생성된 전기는 와이어(39)와 회전 도전체(62)와 고정 도전체(64)를 차례로 통하여, 풍력발전기 또는 그 외부에 설치된 배터리(미도시)에 축전되거나 외부로 공급된다.
도 10은 본 발명에 따른 풍력발전기 다른 실시예의 마그네트와 코일유닛이 도시된 개략 평면도이며, 도 11는 본 발명에 따른 풍력발전기 다른 실시예의 제어 블록도이다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는 프레임(2)과; 복수열의 마그네트군(V)(W)을 갖는 제 1 회전모듈(4′)과, 복수개의 코일유닛군(X)(Y)을 갖는 제 2 회전모듈(6′)을 포함하고, 복수열의 마그네트군(V)(W)과 복수개의 코일유닛군(X)(Y) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제 1 회전모듈(4′)은 본 발명 일실시예와 같이 프레임(2)에 회전 가능하게 설치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구를 포함하고, 복수개의 마그네트군(V)(W)이 제 1 풍익기구에 설치된 복수개의 마그네트(22)로 이루어진 제 1 열 마그네트군(V)과, 제 1 열 마그네트군(V)과 제 1 풍익기구의 반경방향으로 이격되게 설치된 복수개의 마그네트(22)로 이루어진 제 2 열 마그네트군(W)을 포함한다.
제 1 회전모듈(4′)은 제 1 열 마그네트군(V)과 제 2 열 마그네트군(W) 중 어느 하나의 회전 궤적이 다른 하나 보다 크다.
제 2 회전모듈(6′)은 본 발명 일실시예와 같이 제 1 풍익기구의 상측 또는 하측에 회전 가능하게 설치되어 풍력을 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 전달받아 회전되는 제 2 풍익기구(38)를 포함하고, 복수개의 복수개의 코일유닛군(X)(Y)이 제 2 풍익기구(38)에 제 1 열 마그네트군(V)의 마그네트(32)와 대향되게 설치된 복수개의 코일유닛(32)으로 이루어진 제 1 코일유닛군(X)과, 제 2 풍익기구(38)에 제 2 열 마그네트군(W)의 마그네트(22)와 대향되게 설치된 복수개의 코일유닛(32)으로 이루어진 제 2 코일유닛군(Y)을 갖는다.
제 2 회전모듈(6′)은 제 1 열 마그네트군(V)의 회전 궤적이 제 2 열 마그네트군(W) 보다 큰 경우 제 1 코일유닛군(X)의 회전 궤적이 제 2 코일유닛군(Y)의 회전 궤적보다 크다.
즉, 본 실시예에 따른 풍력발전기는 제 1 열 마그네트군(V)의 복수개 마그네트(22)와, 제 1 코일유닛군(X)의 복수개 코일유닛(32)이 어느 하나의 전력 생성기를 구성하고, 제 2 열 마그네트군(W)의 복수개 마그네트(22)와, 제 2 코일유닛군(Y)의 복수개 코일유닛(32)이 다른 하나의 전력 생성기를 구성보고, 복수개의 전력 생성기가 제 1 회전모듈(4′)와 제 2 회전모듈(6′)의 반경 방향으로 내,외 이격되게 배치된다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는 풍속을 측정하는 풍속계(90)와, 제 1 코일유닛군(X)의 전기 발생을 스위칭하는 제 1 스위치(92)와, 제 2 코일유닛군(Y)의 전기 발생을 스위칭하는 제 2 스위치(94)와, 풍속계(90)의 풍속에 따라 제 1 스위치(92)와 제 2 스위치(94) 모두를 온 시키거나 어느 하나만을 온시키는 제어부(96)를 포함한다.
풍속계(90)는 프레임(2)에 설치되거나 프레임(2)의 주변에 위치되게 설치된다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는 제어부(96)와 연결되어 제어부(96)의 출력 신호에 따라 풍력발전기의 운전정보를 표시하는 디스플레이(98)를 더 포함한다.
본 실시예에 따른 풍력발전기는 제어부(90)에 가변되는 풍속의 범위에 따른 최적의 운전 정보가 기저장되어 있고, 제어부(90)는 제 1 코일유닛군(X)과 제 2 코일유닛군(Y) 모두에서 전기가 생성될 때 최적인 풍속 범위이면, 제 1 스위치(92)와 제 2 스위치(94)를 모두 온 시키고, 제 1 코일유닛군(X)에서만 전기가 생성될 때 최적인 풍속범위이면, 제 1 스위치(92)를 온 시키고, 제 2 스위치(94)를 오프 시키고, 제 2 코일유닛군(Y)에서만 전기가 생성될 때 최적인 풍속범위이면, 제 1 스위치(92)를 오프 시키고, 제 2 스위치(94)를 온 시킨다.
한편, 제어부(90)는 상기와 같은 제어와 함께, 풍속계(90)에서 감지된 현재의 풍속과 그에 따른 발전량, 풍력발전기의 일별 발전량/월별 발전량/최대 발전일 등의 각종 발전과 관련된 정보를 디스플레이(98)로 출력하고, 관리자 등의 사용자는 디스플레이(98)의 정보를 통해 풍력발전기의 운전 정보를 쉽게 알 수 있게 된다.
2: 프레임 4: 제 1 회전모듈
6: 제 2 회전모듈 22: 마그네트
26: 제 1 회전축 27: 제 1 날개차
32: 코일유닛 36: 제 1 회전축
37: 제 2 날개차

Claims (12)

  1. 프레임과;
    상기 프레임에 회전 가능하게 위치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구와, 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되는 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트를 포함하는 제 1 회전모듈과;
    상기 제 1 풍익기구의 하측에 회전 가능하게 배치되어 상기 제 1 풍익기구가 받는 방향과 동일한 방향의 풍력을 전달받아 상기 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 회전되는 제 2 풍익기구와, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 2 풍익기구의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 복수개의 마그네트 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛을 포함하는 제 2 회전모듈을 포함하고,
    상기 제 1 풍익기구 및 상기 제 2 풍익기구는 각각,
    수직되게 배치된 회전축과;
    상기 회전축에 대하여 방사형으로 배치되게 연결되고, 내부에 공간부가 형성된 수직한 틀체와, 상기 틀체에 회동 가능하게 지지되어 상기 공간부 내측에 수직되게 배치되는 회전봉과, 상기 회전봉에 수평방향으로 편심되게 연결된 베인으로 이루어진 직선형의 날개차를 포함하며,
    상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구의 날개차는, 직선형의 날개차로써, 동일한 방향의 바람을 기준으로 소정각도 회전될 때 받는 풍력이 상이하도록 각각의 상기 베인이 각각의 상기 회전봉에 대하여 서로 반대 방향으로 편심되게 연결되고, 상기 각각의 베인은 상기 회전봉으로부터 그 수평방향 단부 사이의 거리가 상기 회전축의 방향으로는 길고, 상기 회전축의 반대방향으로는 짧게 연결된 풍력발전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일유닛은 상기 제 2 풍익기구의 회전시 연동하여 회전되되, 상기 제 1 풍익기구에 연동하여 회전되는 상기 복수개의 마그네트를 사이에 두고 상기 마그네트 프레임을 감싸도록 회전되는 풍력발전기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 회전모듈은 상기 복수개의 코일유닛을 연결하는 와이어를 더 포함하고,
    상기 제 2 풍익기구에는 상기 와이어가 안내되는 와이어 가이드가 설치된 풍력발전기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 코일유닛은,
    코일 케이스와;
    상기 코일 케이스 내부에 설치된 복수개의 코일과;
    상기 코일 케이스에 배치되고 상기 복수개의 코일과 와이어를 연결하는 연결단자를 포함하는 풍력발전기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 코일 유닛은,
    상기 와이어 가이드에 올려지게 설치되는 풍력발전기.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 와이어 가이드는 중공 원판 형상이고, 내주면에는 내측 돌출부가 형성된 풍력발전기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 풍익기구의 회전축에 설치된 비전도성 절연재와;
    상기 복수개의 코일유닛과 전기적으로 연결되고 상기 비전도성 절연재에 설치된 회전 도전체와;
    상기 회전 도전체와 접촉되는 고정 도전체와;
    상기 프레임에 설치되고 상기 고정 도전체가 장착되는 고정 도전체 마운터를 더 포함하는 풍력발전기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구는 각각의 회전축이 베어링으로 연결된 풍력발전기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구는 상하 방향으로 교대 배치되고, 최상측에 위치하는 풍익기구와 최하측에 위치하는 풍익기구가 상기 프레임에 설치된 베어링에 회전 가능하게 지지되는 풍력발전기.
  10. 프레임과;
    상기 프레임에 회전 가능하게 위치되어 풍력을 일방향으로 전달받아 회전되는 제 1 풍익기구와, 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되는 제 1 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트로 이루어진 제 1 열 마그네트군 및 회전되는 상기 제 1 풍익기구의 하단부에 설치되어 상기 제 1 풍익기구와 연동하여 회전되되 상기 제 1 마그네트 프레임의 반경방향으로 이격되게 설치된 제 2 마그네트 프레임의 외주면에 원주방향으로 N극과 S극이 교대 배치되도록 설치된 복수개의 마그네트로 이루어진 제 2 열 마그네트군을 갖는 제 1 회전모듈과;
    상기 제 1 풍익기구의 하측에 회전 가능하게 배치되어 상기 제 1 풍익기구가 받는 방향과 동일한 방향의 풍력을 전달받아 상기 제 1 풍익기구와 반대 방향으로 회전되는 제 2 풍익기구와, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 1 열 마그네트군의 복수개의 마그네트와 대향되도록 상기 제 1 마그네트 프레임의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 제 1 열 마그네트군의 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛으로 이루어진 제 1 코일유닛군과, 상기 제 2 풍익기구의 상단부에 이격되게 설치되되, 상기 제 2 열 마그네트군의 복수개의 마그네트와 대향되도록 상기 제 2 마그네트 프레임의 회전방향으로 이격되게 설치되어 회전시 상기 제 2열 마그네트군의 외측에서 회전되는 복수개의 코일유닛으로 이루어진 제 2 코일유닛군을 갖는 제 2 회전모듈을 포함하고,
    상기 제 1 풍익기구 및 상기 제 2 풍익기구는 각각,
    수직되게 배치된 회전축과;
    상기 회전축에 대하여 방사형으로 배치되게 연결되고, 내부에 공간부가 형성된 수직한 틀체와, 상기 틀체에 회동 가능하게 지지되어 상기 공간부 내측에 수직되게 배치되는 회전봉과, 상기 회전봉에 수평방향으로 편심되게 연결된 베인으로 이루어진 직선형의 날개차를 포함하며,
    상기 제 1 풍익기구와 상기 제 2 풍익기구의 날개차는, 직선형의 날개차로써, 동일한 방향의 바람을 기준으로 소정각도 회전될 때 받는 풍력이 상이하도록 각각의 상기 베인이 각각의 상기 회전봉에 대하여 서로 반대 방향으로 편심되게 연결되고, 상기 각각의 베인은 상기 회전봉으로부터 그 수평방향 단부 사이의 거리가 상기 회전축의 방향으로는 길고, 상기 회전축의 반대방향으로는 짧게 연결된 풍력발전기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    풍속을 측정하는 풍속계와;
    상기 제 1 코일유닛군의 전기 발생을 스위칭하는 제 1 스위치와;
    상기 제 2 코일유닛군의 전기 발생을 스위칭하는 제 2 스위치와;
    상기 풍속계의 풍속에 따라 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 모두를 온 시키거나 어느 하나만을 온시키는 제어부를 더 포함하는 풍력발전기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부와 연결되어 상기 제어부의 출력 신호에 따라 상기 풍력발전기의 운전정보를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 풍력발전기.
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