KR20180134105A - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류 방출 효과(Vortex shedding effect)를 이용하여 풍력을 발전하는 풍력발전장치를 제공하기 위함이다.
이를 구현하기 위해, 본 발명은, 풍력에 의해 자유 회동되는 요동체; 요동체의 하부에 결합되어 연장되고 하부에 영구자석이 결합되는 연장구; 연장구의 상부와 하부 사이에 결합되어 연장구의 일부를 감싸고 요동체의 회동되는 범위가 결정되며 연장구가 축 회전되도록 구비되는 케이싱; 연장구의 하부에 결합되어 요동체의 자유 회동에 의해 동시 동작되는 전자석; 전자석의 하부에 결합되어 연장구의 하부가 일부 삽입되는 하우징과 하우징의 내주면에 설치되는 고정자 및 전자석의 구동에 의해 고정자 내부에서 왕복 승강되는 이동자를 포함하는 리니어발전기;를 포함한다.

Description

풍력발전장치{Wind power generator}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와류 방출 효과(Vortex shedding effect)를 이용하여 풍력을 발전하는 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 불어오는 바람은 풍력발전장치의 날개를 회전시키게 된다.

이때, 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산하여 우리가 사용하게 되고, 구체적으로 풍력발전장치는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다.

날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키고, 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시키며, 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

또한, 풍력발전장치의 입지조건으로는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력발전장치의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있고, 또한, 날개의 높이가 지면으로부터의 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 곳의 발전기가 낮은 곳의 발전기보다 크고 발전량도 많다.

아울러, 풍력을 발전하기 위해서는 날개의 높이에서 평균 초속 4m/s 이상으로 부는 바람이 필요하다.

풍력발전장치에 관한 기술개발은 이미 많이 진행되고 있고 그 중 종래기술의 일례로, 대한민국 공개특허 제10-2005-0096094호는 기둥몸체위에 회전용 받침판을 회전이 될 수 있게 수직축으로 축설 설치하여 주고 동 회전용받침판위에 발전기 내장 수평축 몸체를 설치하여주고 동발전기 내장수평축몸체의 전후에 수평회전축 몸체를 축설하여주고 동 수평회전축 몸체의 전후에 날개를 설치 하여줌에 있어 일측에는 각도를 고정으로 하여준 날개를 설치하여주고 뒤의 일정부위에는 풍속에 따라 각도가 변환되어질 수 있게 되어진 가변성 날개를 설치하여 주어 약한 풍속도 동력원으로 전환되어질 수 있게 하고 강풍속시에는 날개각도의 가변이 용이할 수 있게 하기 위하여 가변성 날개를 구성하여 줌에 있어 날개판에 형성되어진 다수의 가변익 지지관부를 가변익 기둥에 삽설시켜 풍속에 의하여 날개판이 좌우로 움직여질 수 있게 하여주고 가변익 기둥의 하단부와 상단부에는 스프링을 삽관시켜 스프링 정착관으로 탄설고정을 시켜줌에 있어 스프링의 일측단을 날개판과 접착고정을 시켜주고 날개판의 각도조절은 스프링 정착관으로 조정을 갖일 수 있게 하여주었고 가변익 기둥의 첨단부에는 날개판이 빠져나가지 못하도록 안전관을 삽관 시켜주어 구성된다.

하지만, 종래의 풍력발전장치는 바람의 양과 세기를 극대화하는 복수개의 회전 날개를 사용하여 풍력을 발전하나, 날개의 구동 없이 풍력을 발전할 수 있는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않다.

또한, 종래의 풍력발전장치는 풍력에 의해 회전되는 날개를 사용하기 때문에, 비행물체 또는 생명체에 피해를 입힐 수 있는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0096094호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 와류 방출 효과(Vortex shedding effect)를 이용하여 풍력을 발전하는 풍력발전장치를 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명은 종래의 풍력발전장치에 사용되는 회전 날개가 구동되는 범위 보다 적어 장소에 구애받지 않고 설치하여 사용할 수 있고, 회전 날개에 의해 비행물체 또는 생명체의 비행 범위를 방해하지 않는 풍력발전장치를 제공하기 위함이다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 풍력발전장치는, 풍력에 의해 자유 회동되는 요동체; 요동체의 하부에 결합되어 연장되고 하부에 영구자석이 결합되는 연장구; 연장구의 상부와 하부 사이에 결합되어 연장구의 일부를 감싸고 요동체의 회동되는 범위가 결정되며 연장구가 축 회전되도록 구비되는 케이싱; 연장구의 하부에 결합되어 요동체의 자유 회동에 의해 동시 동작되는 전자석; 전자석의 하부에 결합되어 연장구의 하부가 일부 삽입되는 하우징과 하우징의 내주면에 설치되는 고정자 및 전자석의 구동에 의해 고정자 내부에서 왕복 승강되는 이동자를 포함하는 리니어발전기;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 요동체는, 원기둥으로 형성되되, 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 연장구는, 요동체와 전자석에 각각 결합되는 결합부와, 케이싱의 내부에서 회전되는 회전부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 케이싱의 내측면에는, 베어링이 형성되고, 연장구는, 베어링과 결합되는 위치에 볼로 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 연장부와 이동자는 링크 결합되어 구동될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력발전장치에 의하면, 기존의 풍력에 의해 회전되는 날개를 사용하지 않고 와류 방출 효과(Vortex shedding effect)를 이용하여 풍력을 발전할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 풍력발전장치에 사용되는 회전 날개가 구동되는 범위 보다 적어 장소에 구애받지 않고 설치하여 사용할 수 있고, 회전 날개에 의해 비행물체 또는 생명체의 비행 범위를 방해하지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전장치가 도시된 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 풍력발전장치 중 A부에 관한 개략적인 확대도이다.
도 3은 도 2 중 케이싱의 내부에 연장구의 일부가 결합되는 개략적인 단면사시도이다.
도 4는 도 1에 따른 풍력발전장치 중 B부가 구동되는 것을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전장치의 개략적인 사시도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 구성요소에 대해서는 도면부호를 사용하기로 하고, 설명된 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전장치가 도시된 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1에 따른 풍력발전장치 중 A부에 관한 개략적인 확대도이다.

도 3은 도 2 중 케이싱의 내부에 연장구의 일부가 결합되는 개략적인 단면사시도이다.

도 4는 도 1에 따른 풍력발전장치 중 B부가 구동되는 것을 개략적으로 도시한 예시도이다.

도시된 바와 같이, 풍력발전장치(100)는, 요동체(110)와, 연장구(120)와, 케이싱(130)과, 전자석(140) 및 리니어발전기(150)를 포함한다.

상기 요동체(110)는 원기둥으로 형성되어 테이퍼진 형상으로 형성되되, 상부에서 하부로 지름이 점점 좁아지게 형성된다.

상기 요동체(110)의 형상은 이 외에도 지면에서 기립된 형상으로 형성되어 무게중심이 상측에 위치되어 불안정(Unstability)한 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 연장구(120)는 상기 요동체(110)의 하부에 결합되어 하부에 영구자석(121a')이 결합되고 후술할 상기 케이싱(130)의 내부에 일부가 삽입된다.

상기 케이싱(130)은 상기 연장구(120)의 상부와 하부 사이에 결합되어 상기 연장구(120)의 일부를 감싸고, 상기 요동체(110)의 회동되는 범위가 결정되며, 상기 연장구(120)가 축 회전되도록 구비된다.

상기 연장구(120) 및 상기 케이싱(130)은 볼 조인트의 형상으로 형성될 수도 있고, 상기 연장구(120)는 상기 요동체(110)의 하부에 일측이 결합되고 후술할 상기 전자석(140)에 타측이 결합되는 결합부(121)와, 상기 케이싱(130) 내부에서 회전되는 회전부(122)를 포함한다.

상기 회전부(122)는 볼의 형상으로 형성되고 볼로 형성된 상기 회전부(122)가 상기 케이싱(130)의 내측에는 자유 회동되기 위해 베어링(131)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 베어링(131)은 자력을 갖는 자성체로 형성될 수 있고, 상기 자력에 의해 상기 연장구(120)가 복귀 회동될 수 있고, 이에 따라 상기 요동체(110)가 복귀될 수도 있다.

상기 전자석(140)는 상기 연장구(120)의 하부가 일부 결합되어 상기 요동체(110)의 자유 회동에 의해 동시 동작된다.

상기 리니어발전기(150)는 상기 전자석(140)의 하부에 결합되어 상기 연장구(120)의 하부가 일부 삽입되는 하우징(151)과, 상기 하우징(151)의 내주면에 설치되는 고정자(152) 및 상기 전자석(140)의 회동되는 위치에 따라 상기 고정자(152)의 내부에서 왕복 승강되는 이동자(153)를 포함한다.

여기서, 상기 이동자(153)는 상기 연장부(120)의 하부와 링크 결합되어 구동될 수 있고, 더 나아가 상기 이동자(153)와 연장부(120) 사이에는 상기 연장부(120)의 좌우 스윙 운동을 상기 이동자(153)의 상하 승강운동으로 변환시키 위해 캠(미도시)이 더 구비될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 상기 풍력발전장치(100)는, 풍력에 의해 상기 요동체(110)가 요동되고, 상기 요동체(110)에 연결된 상기 연결구(120)가 상기 케이싱(130)의 내부에서 자유 회전되며, 이에 의해 상기 전자석(140) 및 상기 이동자(153)가 구동된다.

이때, 상기 요동체(110)가 제 자리로 위치되도록 상기 케이싱(130)의 내부에는 자력을 갖는 복귀수단이 구비될 수 있다.

또한, 상기 요동체(110)의 좌우 스윙되는 방향은 상기 자성체(140)에 결합된 상기 결합부(121)와 대칭되는 위치로 이동되고, 이에 의해 링크로 결합된 상기 이동자(153)는 상하로 왕복이동된다.

또한, 상기 전자석(140)을 둘러싸는 코일(C)의 전류를 조절하여 상기 영구자석의 움직임을 조절할 수도 있고, 이를 구현하기 위해, 상기 리니어발전기(150)에 제어수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 리니어발전기(150)는 코일(C) 및 자성체(e)의 내부에 상기 고정자(152)가 배치되고 상기 고정자(152) 내부에서 서로 다른 상기 이동자(153,153')가 이동되는데, 이동되는 방향은 상기 이동자(153)가 상기 고정자(152)의 상부에서 하부로 이동될 경우, 또 다른 상기 이동자(153')가 하부에서 상부로 이동한다.

이는, 상기 이동자(153,153')에 링크된 상기 연장구(120)의 구동 방향에 의해 결정된다.

따라서, 상기 풍력에 의해 요동되는 상기 요동체(110)의 위치에 따라 상기 리니어발전기(150) 내부를 구동하여 풍력을 발전할 수 있다.

아울러, 상기 풍력발전장치(100)는 공기가 상기 요동체(110)를 지나갈 때 상기 공기의 의해 와류가 발생되고, 이와 동시에 상기 요동체(110)가 요동된다.

이처럼, 본 발명은 와류 방출 효과(Vortex shedding effect)를 사용하기 때문에 종래의 날개를 사용하는 풍력발전장치와는 달리 장소에 구애받지 않고 설치하여 사용할 수 있고, 회전 날개에 의해 비행물체 또는 생명체의 비행 범위를 방해하지 않는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전장치의 개략적인 사시도이다.

도시된 바와 같이, 풍력발전장치(200)는, 요동체(210)와, 연장구(220)와, 케이싱(230)과, 전자석(240) 및 리니어발전기(250)를 포함한다.

상기 도 5에 따른 제2 실시예의 풍력발전장치(200)는 도 1 내지 도 4에 도시된 상기 제1 실시예에 따른 풍력발전장치(100)와 비교하여, 상기 연장구(120) 및 케이싱(130)의 형상만이 상이하다.

상기 연장구(220) 및 상기 케이싱(230)은 복수개로 형성되어 제1 실시예에서의 상기 연장구(120) 및 상기 케이싱(130) 보다 불안정성이 더 높기 때문에 상기 풍력에 의해 상기 요동체(210)의 회동되는 범위기 더 커지고 더 예민하게 좌우로 스윙될 수 있기 때문에 상기 리니어발전기(250)의 구동을 더 활발하게 구동시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 도 5에 따른 제2 실시예의 풍력발전장치(200)는 도 1 내지 도 4에 따른 제1 실시예의 풍력발전장치(100)와 비교하여, 기술구성 및 그에 따른 효과에 대해 이미 전술한 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

C:코일 e:자성체
100,200:풍력발전장치 110,210:요동체
120,220:연장구 121,221:결합부
121a,221a:영구자석 121a',221a':링크부재
122,222:회전부 130,230:케이싱
131,231:베어링 140,240:전자석
150,250:리니어발전기 151,251:하우징
152,252:고정자 153,253:이동자

Claims (5)

1. 풍력에 의해 자유 회동되는 요동체;
   상기 요동체의 하부에 결합되어 연장되고 하부에 영구자석이 결합되는 연장구;
   상기 연장구의 상부와 하부 사이에 결합되어 상기 연장구의 일부를 감싸고 상기 요동체의 회동되는 범위가 결정되며 상기 연장구가 축 회전되도록 구비되는 케이싱;
   상기 연장구의 하부에 결합되어 상기 요동체의 자유 회동에 의해 동시 동작되는 전자석;
   상기 전자석의 하부에 결합되어 상기 연장구의 하부가 일부 삽입되는 하우징과 상기 하우징의 내주면에 설치되는 고정자 및 상기 전자석의 구동에 의해 상기 고정자 내부에서 왕복 승강되는 이동자를 포함하는 리니어발전기;를 포함하는 풍력발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 요동체는,
   원기둥으로 형성되되,
   테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 연장구는,
   상기 요동체와 상기 전자석에 각각 결합되는 결합부와,
   상기 케이싱의 내부에서 회전되는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱의 내측면에는,
   베어링이 형성되고,
   상기 연장구는,
   상기 베어링과 결합되는 위치에 볼로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연장부와 상기 이동자는 링크 결합되어 구동되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.

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