KR20170017503A - Vertical type wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직형 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과풍속 발생시 비접촉식으로 풍력발전기의 회전축이 정격 속도 이상으로 회전되는 것을 방지할 수 있는 수직형 풍력발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical wind turbine generator, and more particularly, to a vertical wind turbine generator capable of preventing a rotation axis of a wind turbine from rotating at a rated speed or more in a non-contact manner when an over-wind speed is generated.
풍력발전기는 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 이러한 풍력발전기는 공기가 블레이드를 지나갈 때 양력이 발생하는 공기역학적 특성을 이용하여 회전축이 회전되는데, 이때 발생하는 기계적 회전에너지가 발전기를 통해 전기에너지로 변환되게 된다.A wind power generator is a device that converts the kinetic energy of wind into electric energy. Such a wind turbine rotates the rotating shaft by using the aerodynamic characteristic that the lift occurs when the air passes through the blade, and the mechanical rotational energy generated at this time is converted into electric energy through the generator.
상기 풍력발전기는 통상적으로 바람에 대한 회전축의 방향에 따라 수평축형과 수직축형으로 구분된다. 이 중 수직축 풍력발전기는 고정자와 회전자로 이루어진 발전기가 지주의 상단에 설치되고 블레이드가 연결암에 의해 회전자에 연결되어 풍력에 의해 회전자가 회전됨으로써 고정자에서 전기가 발생된다. 이러한 수직축 풍력발전기는 정격 풍속을 초과한 과풍속이 발생할 경우 출력을 제어를 하지 않으면 과출력에 의하여 기계적인 소손이 발생하는 문제가 있다. The wind turbine is generally divided into a horizontal axis type and a vertical axis type in accordance with the direction of the rotating shaft relative to the wind. In the vertical axis wind power generator, a generator composed of a stator and a rotor is installed at the upper end of the stanchion, a blade is connected to the rotor by a connecting arm, and the rotor is rotated by wind power to generate electricity in the stator. In such a vertical axis wind turbine generator, there is a problem that when the wind speed exceeding the rated wind speed is generated, mechanical burnout occurs due to excessive power unless the output is controlled.
이를 해결하기 위하여 수직축 풍력발전기에서는 정격 풍속 이상으로 강풍이 불 경우 마찰식 브레이크 방식이나, 원심력 브레이크와 같은 접촉식 방식을 통해 급제동을 하는 방식을 취하고 있다. 그러나 이러한 접촉식 방식의 경우에는 제동력을 제공하는 패드의 간격을 조정하기 어렵고, 제동시 소음 및 진동이 발생할 뿐만 아니라 마찰로 인한 기계적인 소손이 발생하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, the vertical axis wind turbine adopts the method of quick braking by contact type method such as friction type brake or centrifugal force brake when strong wind is blown above the rated wind speed. However, in the case of the contact type system, it is difficult to adjust the interval of the pads providing the braking force, and noise and vibration are generated during braking, and mechanical burnout occurs due to friction.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비접촉식으로 풍력발전기의 회전축을 일정하게 회전시키는 조속기 역할과 일정속도 이상으로 회전되는 것을 방지할 수 있는 수직형 풍력발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vertical wind turbine that can prevent rotation of the rotary shaft of the wind turbine at a constant speed or more and serves as a governor for constantly rotating the rotary shaft of the wind turbine .
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는 지주와; 상기 지주에 회전 가능하게 지지된 회전축과; 상기 회전축의 외측에 상기 회전축과 이격되도록 상기 회전축을 중심으로 방사상에 배치되는 다수의 블레이드와; 상기 회전축에 대하여 상기 블레이드를 지지하는 지지부와; 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전부와; 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축과 연동하여 회전할 수 있도록 상기 회전축에 고정 설치되고, 내부에는 충진공간이 형성된 제1용기와; 상기 제1용기의 충진공간에 충진되고, 충진공간에서 유동 가능하도록 형성되며, 자기력에 의해 자화되는 자성물과; 상기 제1용기의 외측으로 상기 제1용기와 이격되게 배치되고, 상기 제1용기의 원주방향을 감싸도록 형성되며, 상기 지주 또는 상기 발전부에 지지되는 제2용기와; 상기 제1용기의 외측에 마주하는 상기 제2용기의 내주면에 서로 이격되게 배치되어 상기 제1용기를 향하여 자기력을 제공하는 다수의 자기력발생부재;를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vertical wind turbine comprising: a support; A rotating shaft rotatably supported on the strut; A plurality of blades radially disposed on the outer side of the rotary shaft about the rotary shaft so as to be spaced apart from the rotary shaft; A support for supporting the blade with respect to the rotation shaft; A power generating unit for receiving electric power of rotation of the rotary shaft to generate electric energy; A first container fixed to the rotary shaft so as to be rotatable about the rotary shaft in association with the rotary shaft and having a filling space formed therein; A magnetic material filled in a filling space of the first container and formed to be flowable in a filling space and magnetized by a magnetic force; A second container arranged to be spaced apart from the first container to the outside of the first container and to surround the circumference of the first container, the second container being supported by the support or the generator; And a plurality of magnetic force generating members spaced apart from each other on an inner circumferential surface of the second container facing the outside of the first container to provide a magnetic force toward the first container.
상기 자성물은 상기 회전축이 설정된 회전수 이하로 회전할 때에는 상기 제1용기의 바닥에 위치하다가, 상기 회전축이 설정된 회전수 이상으로 회전할 때에는 상기 제1용기의 외측 가장자리를 향하여 이동하여 상기 자기력발생부재에서 제공되는 자기력에 의해 자화되는 것을 특징으로 한다.Wherein the magnetic substance is located at the bottom of the first container when the rotation axis rotates to a predetermined rotation speed or less and moves toward the outer edge of the first container when the rotation axis rotates at a predetermined rotation number or more, And is magnetized by a magnetic force provided in the member.
상기 자성물은 강자성 또는 상자성을 가지는 금속파우더 또는 금속 비드로 형성된 것을 특징으로 한다.The magnetic material is characterized by being formed of a metal powder or metal bead having ferromagnetic or paramagnetic properties.
상기 자성물은 강자성 또는 상자성을 가지는 금속파우더와, 상기 금속파우더가 균일하게 분산된 용매를 포함하는 자성유체로 형성된 것을 특징으로 한다.The magnetic material is characterized by being formed of a magnetic fluid having a ferromagnetic or paramagnetic metal powder and a solvent in which the metal powder is uniformly dispersed.
상기 자성물은 전기전도성을 가지는 금속파우더 또는 금속 비드로 형성된 것을 특징으로 한다.The magnetic material is formed of a metal powder or metal bead having electric conductivity.
상기 자성물은 전기전도성을 가지는 금속파우더와 상기 금속파우더가 분산된 용매를 포함하는 유체로 형성된 것을 특징으로 한다.Wherein the magnetic material is formed of a fluid including a metal powder having electrical conductivity and a solvent in which the metal powder is dispersed.
본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는 자기적인 상호 작용을 통한 비접촉식으로 풍력발전기의 회전축이 설정된 속도 이상으로 회전되는 것을 방지함으로써 제동시 소음, 진동 발생뿐만 아니라 마찰로 인한 기계적인 소손을 방지할 수 있는 장점이 이 있다.The vertical wind turbine according to the present invention prevents the rotation axis of the wind turbine from rotating at a speed higher than a predetermined speed by non-contact type through magnetic interaction, thereby preventing noise and vibration during braking as well as mechanical burn- There are advantages to this.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수직형 풍력발전기의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 수직형 풍력발전기의 작동상태를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기의 제1용기 내부를 나타내 보인 부분절개 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기의 제1용기 및 제2용기의 변형 예를 나타낸 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 제1용기 및 제2용기가 적용된 수직형 풍력발전기의 작동상태를 설명하기 위한 단면도.1 is a perspective view of a vertical wind turbine according to the present invention;
2 is a sectional view of the vertical wind turbine shown in Fig.
3 is a sectional view for explaining the operating state of the vertical wind turbine shown in Fig.
4 is a partially cutaway perspective view showing the inside of the first container of the vertical wind turbine according to the present invention.
5 is a sectional view showing a modified example of the first vessel and the second vessel of the vertical wind turbine according to the present invention.
6 is a cross-sectional view for explaining the operating state of the vertical wind turbine to which the first vessel and the second vessel shown in Fig. 5 are applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 풍력발전기에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a vertical wind turbine according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는 지주(10)와, 회전축(20)과, 블레이드(30)와, 지지부(40)와, 발전부(50)와, 제1용기(60)와, 자성물(70)과, 제2용기(80)와, 자기력발생부재(90)를 포함한다.1 to 4 show a vertical wind turbine according to the present invention. 1 to 4, a vertical wind turbine according to the present invention includes a
상기 회전축(20)은 상하방향으로 연장된 파이프형으로 형성되며, 하단이 지주(10)에 고정된 발전부(50)에 베어링을 통해 지지되어 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 블레이드(30)는 상기 회전축(20)의 외측에 상기 회전축(20)과 이격되도록 상기 회전축(20)을 중심으로 방사상에 배치되는 것으로서 회전축(20)의 원주방향을 따라 등간격을 이루며 다수개가 설치되어 있으며, 단면이 항공기의 날개 단면과 같은 에어포일형으로 형성된다. 그리고 상기 지지부(40)는 상기 회전축(20)에 대하여 상기 블레이드(30)를 지지하도록 일단이 상기 회전축(20)에 고정되고 타 단은 상기 블레이드(30)에 고정되어 있다. 상기 발전부(50)는 상기 회전축(20)의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 것으로서 회전축(20)에 결합되고 자석들이 설치된 로터와, 로터의 외측에 배치되는 코일을 포함하는 스테이터 및 로터를 포함하는 발전기(51)와, 발전기(51)를 감싸는 하우징(55)을 구비한다. 상기 회전축(20)과 상기 발전기(51)의 로터 사이에는 구동기어(57)와 종동기어(58)에 의해 연결된다.The
상기 지주(10)와, 회전축(20)과, 지지부(40)와, 발전부(50)는 통상적인 수직형 풍력발전기에서 적용하고 있는 것과 동일한 구조 및 작용을 가지므로 상세한 설명은 생략한다.Since the
상기 제1용기(60)는 상기 회전축(20)을 중심으로 상기 회전축(20)과 연동하여 회전할 수 있도록 상기 회전축(20)에 고정 설치되고, 내부에는 충진공간이 형성되어 있다. 상기 제1용기(60)의 중앙에는 회전축(20)이 통과 및 고정될 수 있도록 설치구멍이 형성되어 있고, 상기 설치구멍에는 상기 제1용기(60)를 회전축(20)에 결합시키기는 결합중계부가 개재되어 있다. The
상기 제1용기(60)는 상부와 하부 및 측방이 밀폐된 원통 형상으로 형성되어 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 내부의 충진공간을 다수의 분할공간(66)으로 분할하기 위한 분할격벽(65)이 형성되어 있다. 상기 분할격벽(65)은 설치구멍을 중심으로 방사상으로 연장되어 외측의 측면 내주면까지 연장되어 있다. As shown in FIG. 3, the
상기 분할격벽(65)은 충진공간에 충전되는 자성물(70)이 일 측으로 몰리는 것을 방지하도록 충진공간을 동일한 체적으로 분할한다. 상기 분할격벽(65)에 의해 분할된 충진공간 즉 다수의 분할공간(66)에는 후술하는 자성물(70)이 선택적으로 충전될 수 있다. 일 예로, 선택된 어느 한 분할공간(66)에 자성물(70)을 충전한 경우, 해당 분할공간(66)에 인접하는 양측의 분할공간(66)에는 자성물(70)을 충전하지 않고, 인접하는 양측의 분할공간(66)과 인접하는 다른 분할공간(66)에 자성물(70)을 충전하여 제1용기(60)의 원주방향을 따라 분할공간(66)에 교호적으로 자성물(70)을 충전할 수도 있다.The
상기 자성물(70)은 상기 제1용기(60)의 충진공간에 충전되고, 충진공간에서 유동 가능하게 형성되며, 자기력에 의해 자화되는 소재로 형성되어 있다. 상기 자성물(70)은 강자성 또는 상자성을 갖는 금속을 분말형태로 형성한 금속파우더나, 설정된 입도를 가지도록 형성한 구형상의 금속비드로 이루어질 수 있다. 상기 자성물(70)을 금속파우더로 형성한 경우 충진공간 즉, 분할공간(66)에서 유동 가능하도록 미세한 입자 형태로 형성하는 것이 바람직하다. The magnetic material (70) is filled in a filling space of the first container (60), is formed to be flowable in a filling space, and is formed of a material magnetized by a magnetic force. The
한편, 상기 자성물(70)은 강자성 또는 상자성을 가지는 입자로 형성된 금속파우더와 상기 금속파우더가 균일하게 분산된 용매를 포함하는 자성유체로 이루어질 수 있다. 상기 자성유체는 액체자석으로서, 자성을 갖는 분말을 콜로이드 모양으로 안정 및 분산시킨 다음 침전이나 응집이 발생하지 않도록 계면활성제를 첨가하여 제조할 수 있다. 상기 자성유체는 자기의 특성과 액체의 유동성을 모두 가진다. 상기 자성물은 용매에 분산이 잘 이루어지도록 나노 크기의 입자를 가지는 것을 적용할 수 있다.The
상기 자성물(70)은 상기 회전축(20)이 설정된 회전수 이하로 회전할 때, 즉 평상시에는 중력에 의해 상기 제1용기(60)의 바닥부분에 위치하다가, 상기 회전축(20)이 설정된 회전수 이상으로 회전할 때에는 원심력에 의해 상기 제1용기(60)의 외측 가장자리를 향하여 이동하여 제1용기(60)의 외측에 배치된 자기력발생부재(90)에서 제공되는 자기력에 의해 자화되어 제1용기(60)의 회전을 방해하는 방향으로 자기력발생부재(90)와의 자기적인 상호작용이 발생하며, 이러한 상호작용이 제1용기(60)의 회전을 방해하는 요소로 작용하면서 회전축(20) 또한 원활한 회전이 어렵게 되는 것이다. 이후, 회전축(20)이 설정된 회전수 이하로 다시 떨어지는 경우, 제1용기(60)에 충전된 자성물(70)은 원심력이 점진적으로 감소되면서 중력에 의해 제1용기(60)의 바닥부분으로 이동하게 되며, 이때 자기력발생부재(90)와 자성물(70)이 서로 멀어지게 되어 회전축(20)의 원활한 회전이 가능하게 되는 것이다.The
상기 제2용기(80)는 상기 제1용기(60)의 외측으로 상기 제1용기(60)와 이격되게 배치되고, 상기 제1용기(60)의 원주방향을 감싸도록 형성되며, 상기 지주(10) 또는 상기 발전부(50)에 지지되어 고정되어 있다. 상기 제2용기(80)는 제1용기(60)를 내측에 위치시킬 수 있도록 상부가 개방되고, 내측에 공간부가 형성되며, 하부는 발전부(50)의 하우징(55)에 고정되어 있다. 상기 제2용기(80)의 내주면 즉, 제1용기(60)의 외주면과 마주하는 면에는 제1용기(60)측을 향하여 자기력을 제공하는 다수의 자기력발생부재(90)들이 제2용기(80)의 내주면을 따라 소정간격 이격되게 배치되어 있다. 본 실시예에서 상기 자기력발생부재(90)는 영구자석을 적용하였다.The
한편, 도 5 및 도 6에는 자성물(70)의 유동 및 자성물(70)과 자기력발생부재(90)와의 자기적 상호작용이 효과적으로 발생할 수 있도록 제1용기와 제2용기의 변형 예가 도시되어 있다. 5 and 6 show a modified example of the first container and the second container so that the
상기 제1용기(160)는 하부는 좁고 상부는 넓은 충진공간을 가지며 제2용기(180) 또한 제1용기(160)의 측면 형상과 대응되게 형성되어 있다.The
상기 제1용기(160)와 제2용기(180)를 도시된 바와 같이 테이퍼지게 형성한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 제1용기(160)에 충전된 자성물(70)은 원심력의 작용시 경사지게 형성된 제1용기(160)의 측면을 따라 상측으로 용이하게 이동할 수 있고, 많은 양의 자성물(70)이 자기력발생부재(90)와 근접할 수 있게 되므로 회전축(20) 과속시 회전축(20)의 제동을 효과적으로 발현할 수 있을 뿐만 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(20)이 저속으로 회전할 때에는 자성물(70)과 자기력발생부재(90)와의 거리를 멀리 떨어뜨려 놓을 수 있어 저속시 회전축(20)의 회전에 방해가 되는 요소를 최소화할 수 있는 장점을 가진다.6, when the
이상에서 설명한 본 발명에 따른 수직형 풍력발전기는 도면에 도시된 일 예를 참조하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is understandable. Therefore, the scope of the true technical protection of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10 : 지주
20 : 회전축
30 : 블레이드
40 : 지지부
50 : 발전부
60 : 제1용기
65 : 분할격벽
66 : 분할공간
70 : 자성물
80 : 제2용기
90 : 자기력발생부재10: Holding
20:
30: Blade
40: Support
50:
60: First container
65: Partition bulkhead
66: split space
70: magnetic material
80: Second container
90: magnetic force generating member
Claims (6)
상기 지주에 회전 가능하게 지지된 회전축과;
상기 회전축의 외측에 상기 회전축과 이격되도록 상기 회전축을 중심으로 방사상에 배치되는 다수의 블레이드와;
상기 회전축에 대하여 상기 블레이드를 지지하는 지지부와;
상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전부와;
상기 회전축을 중심으로 상기 회전축과 연동하여 회전할 수 있도록 상기 회전축에 고정 설치되고, 내부에는 충진공간이 형성된 제1용기와;
상기 제1용기의 충진공간에 충진되고, 상기 충진공간에서 유동 가능하도록 형성되며, 자기력에 의해 자화되는 자성물과;
상기 제1용기의 외측으로 상기 제1용기와 이격되게 배치되고, 상기 제1용기의 원주방향을 감싸도록 형성되며, 상기 지주 또는 상기 발전부에 지지되는 제2용기와;
상기 제1용기의 외측에 마주하는 상기 제2용기의 내주면에 서로 이격되게 배치되어 상기 제1용기를 향하여 자기력을 제공하는 다수의 자기력발생부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.Holding and;
A rotating shaft rotatably supported on the strut;
A plurality of blades radially disposed on the outer side of the rotary shaft about the rotary shaft so as to be spaced apart from the rotary shaft;
A support for supporting the blade with respect to the rotation shaft;
A power generating unit for receiving electric power of rotation of the rotary shaft to generate electric energy;
A first container fixed to the rotary shaft so as to be rotatable about the rotary shaft in association with the rotary shaft and having a filling space formed therein;
A magnetic material filled in a filling space of the first container and formed to be flowable in the filling space and magnetized by a magnetic force;
A second container arranged to be spaced apart from the first container to the outside of the first container and to surround the circumference of the first container, the second container being supported by the support or the generator;
And a plurality of magnetic force generating members spaced apart from each other on an inner circumferential surface of the second container facing the outside of the first container to provide a magnetic force toward the first container.
상기 자성물은 상기 회전축이 설정된 회전수 이하로 회전할 때에는 상기 제1용기의 바닥에 위치하다가, 상기 회전축이 설정된 회전수 이상으로 회전할 때에는 상기 제1용기의 외측 가장자리를 향하여 이동하여 상기 자기력발생부재에서 제공되는 자기력에 의해 자화되는 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.The method according to claim 1,
Wherein the magnetic substance is located at the bottom of the first container when the rotation axis rotates to a predetermined rotation speed or less and moves toward the outer edge of the first container when the rotation axis rotates at a predetermined rotation number or more, And is magnetized by a magnetic force provided in the member.
상기 자성물은 강자성 또는 상자성을 가지는 금속파우더 또는 금속 비드로 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기3. The method of claim 2,
Wherein the magnetic material is formed of a metal powder or metal bead having a ferromagnetic property or a paramagnetic property.
상기 자성물은 강자성 또는 상자성을 가지는 금속파우더와, 상기 금속파우더가 균일하게 분산된 용매를 포함하는 자성유체로 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.3. The method of claim 2,
Wherein the magnetic material is formed of a magnetic fluid having a ferromagnetic or paramagnetic metal powder and a solvent in which the metal powder is uniformly dispersed.
상기 자성물은 전기전도성을 가지는 금속파우더 또는 금속 비드로 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.3. The method of claim 2,
Wherein the magnetic material is formed of metal powder or metal bead having electrical conductivity.
상기 자성물은 전기전도성을 가지는 금속파우더와 상기 금속파우더가 분산된 용매를 포함하는 유체로 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 풍력발전기.The method of claim 3,
Wherein the magnetic material is formed of a fluid including a metal powder having electrical conductivity and a solvent in which the metal powder is dispersed.
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