KR20200018170A - 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 벨트 방식의 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공중부상을 위해서 마련된 벌룬;
상기 벌룬의 하부에 연결되는 지지부; 제1단부가 상기 지지부에 회전가능하게 결합되며, 상기 지지부와 직교를 이루면서 하방으로 연장되는 샤프트; 상기 지지부 하부에서 샤프트에 결합되고, 바람에 따라서 회전하는 블레이드; 상기 샤프트의 제2단부가 결합되며, 상기 샤프트와 연결되어 상기 블레이드의 회전에 따라서 샤프트가 회전됨에 따라 회전되는 제1회전체; 상기 제1회전체에 인접한 주변에 마련되는 적어도 하나의 제2회전체; 상기 제1회전체에 고정되며, 상기 제1회전체의 외주부와 제2회전체의 외주부에 이를 감싸도록 접하여서 상기 제1회전체의 회전시 그 회전방향에 연동함으로써 제2회전체에 회전력을 전달하는 벨트; 및 상기 제2회전체와 연결되며, 상기 제2회전체의 회전에 따라서 전기를 생성하기 위한 제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공한다.

Description

벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치{Device for production of electricity from wind energy comprising parallel multiful generator and driven in the air by balloon}

본 발명은 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치에 관한 것이다.

풍력발전은 신재생 에너지를 생산하기 위하여 비교적 최근에 고안된 발전장치로서, 기존의 석탄화력발전을 대체하기 위한 대안으로 각광받고 있다.

풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

풍력 발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 풍차와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 풍차로 구분된다. 수평축 풍차는 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받는다. 수직축 풍차는 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용할 수 있지만 그 소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 풍력 발전기는 수직기둥을 통상 해상이나 육상에 직립하도록 세우고 상단에 블레이드를 설치하는 형태를 갖는다.

그러나, 이러한 풍력발전기는 높이면에서 한계가 있어 공중의 풍부한 바람을 충분히 활용하기 용이하지 않으며, 육상에 설치되는 경우에는 소음이 심하여 인근의 거주환경이 열악해지는 문제점이 있고, 해상에 설치되는 경우에는 해상 기상조건에 대한 면밀한 대처가 필요하다.

이를 위하여 공중에 부양하는 풍력발전장치가 고안된 바 있는데, 이와 관련하여 대한민국등록특허 제1395910호에서는 풍선형 풍력발전을 개시하고 있다.

위 발명은 부양력을 이용하여 공중에 설치되어 풍력 발전을 수행하고, 내부에 설치된 복수의 발전기가 서로 다른 방향으로 회전되도록 하여 프로펠러로부터 토출되는 바람으로 인한 풍력 발전기의 요잉을 방지하여 안정적인 발전을 제공하는 풍선형 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 밀폐된 공간에 공기보다 가벼운 기체를 수납하여 부양력을 제공하는 부양체; 상기 부양체의 중앙을 관통하여 바람의 이동 경로를 제공하는 통로부; 및 상기 통로부에 일렬로 설치되고, 발전장치 내부의 회전자와 프로펠러가 일체형으로 형성된 복수의 발전부를 포함하고, 상기 복수의 발전부는 상기 통로부를 통과하는 바람에 서로 반대 방향으로 회전하며 발전을 수행하는 것을 특징으로 한다. 따라서 복수의 발전기가 서로 다른 방향으로 회전되도록 하여 프로펠러로부터 토출되는 바람으로 인한 풍력 발전기의 요잉을 방지하여 안정적인 발전을 제공할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 복수개의 프로펠러와 이에 대응되는 복수개의 발전부를 구비하여야 하여 규모가 커지며, 특히, 1개의 프로펠러에 1개의 발전부가 대응되므로 발전효율이 높지 않다는 문제점이 있다. 아울러, 다양한 풍향에 대하여 프로펠러 구동의 안정성을 확보하기 위한 방안이 존재하지 않는다는 문제점도 있다.

대한민국등록특허 제1395910호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 단일의 제1회전체에 벨트에 의하여 적어도 하나의 제2회전체 및 제너레이터가 연결되되, 상기 제2회전체 및 제너레이터가 복수인 경우에는 이들이 병렬로 연결되므로 단일의 프로펠러와 메인 샤프트로써도 보다 많은 전류를 생산할 수 있도록 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 제너레이터와 각각 연결되는 복수의 제2회전체가 하나의 제1회전체와 병렬연결됨으로써 설치공간을 절약할 수 있고, 따라서 발전장치의 전체적인 규모를 소형화할 수 있도록 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 방향이 일정치 않은 공중 바람의 영향에도 불구하고 샤프트가 최대한 중력방향으로 배치되도록 하는 완충부가 포함되는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 샤프트를 최대한 중력방향으로 배치되도록 함으로써 샤프트 및 회전체의 회전상태를 가급적 일정하게 하고, 따라서 전기의 생산효율을 균일하면서도 극대화하도록 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 공중부상을 위해서 마련된 벌룬;

상기 벌룬의 하부에 연결되는 지지부; 제1단부가 상기 지지부에 회전가능하게 결합되며, 상기 지지부와 직교를 이루면서 하방으로 연장되는 샤프트; 상기 지지부 하부에서 샤프트에 결합되고, 바람에 따라서 회전하는 블레이드; 상기 샤프트의 제2단부가 결합되며, 상기 샤프트와 연결되어 상기 블레이드의 회전에 따라서 샤프트가 회전됨에 따라 회전되는 제1회전체; 상기 제1회전체에 인접한 주변에 마련되는 적어도 하나의 제2회전체; 상기 제1회전체에 고정되며, 상기 제1회전체의 외주부와 제2회전체의 외주부에 이를 감싸도록 접하여서 상기 제1회전체의 회전시 그 회전방향에 연동함으로써 제2회전체에 회전력을 전달하는 벨트; 및 상기 제2회전체와 연결되며, 상기 제2회전체의 회전에 따라서 전기를 생성하기 위한 제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 제공한다.

상기 제2회전체는 적어도 2개가 상기 제1회전체에 벨트에 의하여 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제2회전체에는 제너레이터가 샤프트의 길이방향과 나란한 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 지지부의 하부와 샤프트 사이에 결합되는 완충부;가 더 마련되는 것이 바람직하다.

상기 샤프트는, 그 상단부가 상기 지지부 내에 매립되되, 상기 지지부와 독립적으로 회전하도록 하기 위하여 상기 지지부에 마련된 매립홈의 내면과 상기 샤프트의 상단부 사이에 구체 형태의 베어링이 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 상단부는 구체 형태이며, 상기 지지부 내부의 매립홈은 상기 구체 형태에 대응되도록 구체형태로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 샤프트가 상기 완충부를 상하로 관통하여 연장되되, 상기 샤프트와 상기 완충부 사이에는 유격이 형성된 것이 바람직하다.

상기 완충부는, 상기 샤프트에 직교를 이루면서 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전하는 플레이트; 상기 지지부의 하부에 결합되어 고정되며, 상기 플레이트와 사방으로 간격을 이루면서 상기 플레이트 전체와 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 하우징; 상기 하우징의 내벽에 간격을 이루면서 고정되는 복수의 탄성수단; 및 상기 탄성수단과 유동가능하게 결합되며, 상기 플레이트의 표면에 면접하는 유동수단;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 탄성수단 및 유동수단은 상기 플레이트 중 적어도 상기 지지부와 마주하는 면에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 탄성수단은 스프링 또는 엔진 마운팅 중 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 제너레이터로부터 지상의 축전장치에는 전기선이 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제1회전체와 제2회전체 및 제너레이터는 함체에 수용되는 것이 바람직하다.

상기 제2회전체의 회전축은 상기 함체의 내면에 고정되는 회전축에 의하여 지지되어 회전가능하게 고정되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 단일의 제1회전체에 벨트에 의하여 복수의 제2회전체 및 제너레이터가 병렬로 연결되므로 단일의 프로펠러와 메인 샤프트로써도 보다 많은 전류를 생산할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 제너레이터와 각각 연결되는 복수의 제2회전체가 하나의 제1회전체와 병렬연결됨으로써 설치공간을 절약할 수 있고, 따라서 발전장치의 전체적인 규모를 소형화할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

방향이 일정치 않은 공중 바람의 영향에도 불구하고 샤프트가 최대한 중력방향으로 배치되도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 샤프트를 최대한 중력방향으로 배치되도록 함으로써 샤프트 및 각 회전체의 회전상태를 가급적 일정하게 하고, 따라서 전기의 생산효율을 균일하면서도 극대화하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 병렬구조를 상하로 복수 배열한 것을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2를 평면도로 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 풍력발전장치에 완충부를 구비하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 완충부의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 완충부의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

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 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 병렬구조를 상하로 복수 배열한 것을 나타내는 모식도이며, 도 3은 도 2를 평면도로 나타낸 것이고, 도 4는 도 1의 풍력발전장치에 완충부를 구비하여 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 풍력장치는 공중부상을 위해서 마련된 벌룬(101); 상기 벌룬의 하부에 연결되는 지지부(105); 제1단부가 상기 지지부(105)에 회전가능하게 결합되며, 상기 지지부(105)와 직교를 이루면서 하방으로 연장되는 샤프트(109); 상기 지지부(105) 하부에서 샤프트(109)에 결합되고, 바람에 따라서 회전하는 블레이드(111); 상기 샤프트(109)의 제2단부가 결합되며, 상기 샤프트(109)와 연결되어 상기 블레이드(111)의 회전에 따라서 샤프트(109)가 회전됨에 따라 회전되는 제1회전체(115); 상기 제1회전체(115)에 인접한 주변에 마련되는 적어도 하나의 제2회전체(117); 상기 제1회전체(115)에 고정되며, 상기 제1회전체(115)의 외주부와 제2회전체(117)의 외주부에 이를 감싸도록 접하여서 상기 제1회전체(115)의 회전시 그 회전방향에 연동함으로써 제2회전체(117)에 회전력을 전달하는 벨트(116); 및 상기 제2회전체와 연결되며, 상기 제2회전체의 회전에 따라서 전기를 생성하기 위한 제너레이터;를 포함한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에서는 벌룬(101)을 이용하여 풍력발전장치(100)를 공중에 부상시켰는데, 벌룬(101)을 이용하는 경우에는 공중 높이 조절이 가능하며, 기존의 풍력발전장치(100)에 비하여 높은 위치에서 풍력발전이 가능하므로 기존의 풍력발전장치(100)에 비하여 보다 강한 풍력을 얻을 기회가 높아지므로, 보다 많은 양의 전기를 얻을 수 있는 가능성이 커질 수 있다는 장점이 있다.

상기 벌룬(101)은 그 하부의 플레이트(127)와 복수의 연결체(103)에 의하여 연결되며, 상기 플레이트(127)는 샤프트(109) 및 블레이드(111) 등을 지지하고 있는데, 이를 지지부(105)라고 한다. 지지부(105)와 벌룬(101)은 연결체(103)로서 연결로프를 이용하여 연결되는 것이 바람직하나, 이러한 연결체(103)는 이에 한정되지는 아니하며, 다양한 연결체(103)가 사용될 수 있다. 연결체(103)의 재질 또한 특정 재질에 한정되지 아니하며, 벌룬(101)이 하부의 풍력발전장치(100)를 잘 지지해 줄 수 있음과 동시에 높은 풍력과 다양한 풍향에도 끊어지지 않는 유연한 재질이면 충분하다.

상기 벌룬(101)의 크기나 종류는 제한이 없으며, 벌룬(101)의 공중 부양을 위한 방법도 제한이 없으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 지지부(105)에는 블레이드(111)와 함께 회전하는 샤프트(109)가 연결되며, 상기 샤프트(109)는 블레이드(111)와 일체로 구성되거나 별도로 구성되더라도 동시에 회전하도록 형성됨으로써 후술하는 제1회전체(115)와 상기 제1회전체(115)와 벨트(116)에 의하여 연결되는 제2회전체(117)가 제1회전체(115)의 회전에 따라서 벨트(116)를 경유하여 동력을 전달받아 회전함으로써 제너레이터(119)에 의하여 전력을 생산할 수 있게 한다.

상기 블레이드(111)는 그 설치방향에 제한은 없으나, 예를 들면 블레이드(111)가 도시된 형태로 설치될 수도 있고, 아니면 도시된 형태와 90도의 방향을 이루도록 설치될 수도 있다. 다만, 후자의 경우라면 샤프트(109)와 베벨기어 등에 의하여 매개되어 회전방향을 전환하여야 할 필요가 있다.

블레이드(111)의 형태는 풍력을 가장 잘 반영하여 높은 회전력을 구현할 수 있도록 설계될 수 있으며, 이러한 블레이드(111)의 설계 및 구현된 형태는 본 발명의 범위를 벗어나는 것이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서는 블레이드(111)의 회전면이 샤프트(109)와 직교를 이룬다.

상기 지지부(105)는 일정정도의 두께를 갖는 평면의 형상이며, 평면도를 기준으로 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 일정정도의 두께를 가져야하는 이유는 샤프트(109)의 제1단부(133)인 상단부(133)가 상기 지지부(105)에 회전가능한 상태로 매립될 수 있어야 하기 때문이다.

상기 샤프트(109)의 제2단부인 하단부에는 상기 샤프트(109)의 회전과 함께 회전되도록 구성되는 제1회전체(115)가 결합될 수 있다. 또한, 제1회전체(115)는 발전장치인 제너레이터(119)와 결합되는 제2회전체(117)와 벨트(116)에 의하여 연결되거나, 이에 더하여 제너레이터(119)가 제1회전체(115)에 직접 연결될 수도 있다.

상기 제너레이터(119)로부터 지상의 축전장치에는 전기선(121)이 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1회전체(115)와 제2회전체(117) 및 제너레이터(119)는 함체(113)에 수용되는데, 상기 제1회전체(115)의 회전축은 샤프트(109)이며, 상기 제2회전체(117)에도 상기 함체(113)의 내면에 회전가능하게 고정설치되는 회전축에 의하여 회전가능하게 고정될 수 있다.

제1회전체(115)와 제2회전체(117)의 구조 및 제1회전체(115)와 결합되는 제너레이터(119) 또는 제2회전체(117)와 결합되는 제너레이터(119)는 통상적인 형태를 이용하여 적용하므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다만, 벨트(116)의 경우, 그 형태와 재질 등에 제한은 없으며, 따라서 팬벨크, 체인벨트 등 다양한 벨트가 사용될 수 있다. 또한 벨트(116)라는 용어에 따르는 제한을 두어서는 아니되며, 벨트(116)와 동일한 기능을 하는 한, 벨트(116)가 예를 들어 체인 자체의 의미도 포함할 수 있다.

상기 함체(113)에는 로프가 연결될 수 있으며, 상기 로프는 지상의 고정수단에 고정될 수 있다. 이로써 풍력발전장치(100)를 필요에 따라서 지상으로 귀환시킬 수 있다.

한편, 상기 샤프트(109)는 제너레이터(119)와 연결되어 전기를 직접 생산할 수 있으며, 이때 샤프트(109)에는 변속기어가 연결되는데, 상기 변속기어는 발전이 가능하도록 샤프트(109)의 회전속도를 높여주는 역할을 한다. 이에 대한 구성은 통상적인 구성이므로 구체적인 형상을 포함한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 특징을 이루기 위한 제1회전체(115)와 제2회전체(117)의 결합관계는 도시된 바와 같이 서로 수평의 위치에 인접하여 구성되며, 벨트(116)에 의하여 매개되어 서로 회전이 연동된다. 즉, 벨트(116)는 제1회전체(115)와 제2회전체(117) 각각에 면접 또는 점접하며, 벨트(116)의 회전동력은 제1회전체(115)에 존재하기 때문에 상기 벨트(116)는 적어도 제1회전체(115)에 고정되어야 한다. 제2회전체(117)에도 고정되는 것이 바람직하다. 그래야 제1회전체(115)의 회전에 따른 동력을 제2회전체(117)에 최대한 전달할 수 있다.

제2회전체(117)는 제1회전체(115)에 다수 결합될 수 있는데, 이와 같은 결합의 수가 많아질수록 투입되어야 하는 풍력의 세기가 더 커져야하나, 만일 충분한 풍력이 존재한다고 하면 발전량을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.

특히, 도 2에서와 같이 제1회전체(115)를 동축의 샤프트를 이용하여 상하로 복수개 설치하고 해당 제1회전체(115)에 각각 복수의 제2회전체(117)를 벨트(116)를 매개로 연결하는 경우에는 발전량을 더욱 높일 수 있다. 그러나, 이는 충분한 풍력이 확보되어야 가능할 것인 바, 이는 공중에서의 풍력을 고려하여 도입하여야 한다.

상기 제1회전체(115)의 크기가 더 크고 제2회전체(117)의 크기가 더 작을수록 더 많은 제2회전체(117)가 제1회전체(115)와 연동될 수 있으므로 연중 평균 풍력과 발전 효율을 고려하여 제1회전체(115)와 제2회전체(117)의 크기 및 제1회전체(115)에 의하여 연동되는 제2회전체(117)의 숫자를 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 풍력발전장치는 완충부가 더 포함될 수 있으며, 이는 도 4에 나타내었으며, 도 5에는 완충부를 확대하여 나타내었다. 이하에서는 이러한 완충부의 도입취지와 세부구성에 대해서 설명한다.

벌룬(101)을 이용하게 되면, 일반적인 풍력발전장치(100)와 비교하여 이를 고정하는 장치가 없이 공중에 부유된 상태에 있으므로, 공중에서의 풍력이나 풍향의 영향을 많이 받게 되는 단점이 존재한다. 따라서, 블레이드(111)의 회전의 안정성이 떨어지고, 발전 기능이 저하되며, 궁극적으로는 풍력발전장치(100) 파손의 우려도 높다. 그러므로 이에 대한 제어가 필요하다.

먼저, 상기 지지부(105) 내부에는 샤프트(109)의 상단부(133)를 수용하기 위한 구체 형태의 매립홈(131)이 형성되며, 역시 구체형태를 이루는 샤프트(109)의 상단부(133)가 상기 지지부(105) 내에 매립되되, 상기 샤프트(109)가 지지부(105)와 독립적으로 회전하도록 하기 위하여 상기 매립홈(131)의 내면과 상기 샤프트(109)의 상단부(133) 사이에 구체 형태의 베어링(129)이 더 포함될 수 있다.즉, 샤프트(109)는 그 상단부(133)가 지지부(105) 내 매립홈(131)에서 지지되어 상기 상단부(133)를 중심으로 시계추처럼 유동될 수 있다. 이 때, 베어링(129)은 상기 샤프트(109)의 상단부(133)가 매립홈(131) 내에서 부드럽게 유동되도록 작용한다.

이와 같이 하는 이유는 샤프트(109)가 지지부(105)와 상호 유동가능하게 결합됨으로써 샤프트(109)가 풍력에 의하여 갑자기 파손되는 경우를 방지하기 위함이다. 즉, 샤프트(109)가 지지부(105)에 유동가능하지 않게 결합되는 경우에는 샤프트(109)와 지지부(105)의 연결부위에 강한 응력이 작용하여 파손될 가능성이 존재하며, 이러한 상황을 미연에 방지하기 위함이다.

기본적으로 샤프트(109)는 연직하방으로 연장되며, 예를 들어 지지부(105)의 상부면 또는 하부면과 직교하도록 구성되는데, 이는 샤프트(109)의 하부에 결합되는 기어 등의 구성에 중력이 작용하기 때문이다. 샤프트(109)는 이와 같은 연장 방향을 기준으로 하여 블레이드(111) 등 타 구성요소들이 설계되므로 이와 같은 연직하방의 연장 방향을 최대한 유지하여 주는 것이 좋다.

상기 지지부(105) 하부에는 완충부가 형성되며, 이러한 완충부가 샤프트(109)의 연직하방의 연장방향으로부터 이탈하는 것을 어느 정도 완충해주는 역할을 한다. 물론, 완전한 연직하방의 연장상태를 유지하는 것은 아니나, 적어도 샤프트(109)와 블레이드(111)가 바람에 의하여 심하게 요동하는 것을 어느 정도 완충하는 역할을 한다.

완충부는 지지부(105)의 하면에 결합되어 지지부(105)와 함께 움직이게 되며, 그 내부에 플레이트(127), 탄성수단(123), 유동수단(125) 등을 구비하고, 이들 구성들은 하우징(107)에 내장되어 있다. 지지부(105)의 하면에 결합되는 주체는 상기 하우징(107)이 되며, 상기 탄성수단(123)은 상기 하우징(107)의 내면에 결합된다.

상기 샤프트(109)는 상기 완충부를 관통하여 형성되고, 상기 완충부 내의 플레이트(127)와 결합되거나 일체로 형성된다. 즉, 완충부 내의 플레이트(127)는 블레이드(111)의 회전에 따라서 샤프트(109)가 회전할 때 샤프트(109)와 함께 회전하게 된다.

상기 샤프트(109)는 완충부의 중앙부에는 관통공이 형성되며, 상기 관통공을 샤프트(109)가 지나가는데, 상기 관통공과 상기 샤프트(109)는 유격이 있어서 서로 어느 정도 간격을 이루고 있으며, 상기 샤프트(109)는 풍력 및 풍향에 대응하여 상기 관통공과의 이격거리만큼 단면도 기준으로 좌우로 유동될 수 있다. 여기서 단면도 기준으로 좌우로 유동되는 것으로 설명하였으나, 실제로는 모든 방향으로 유동될 수 있다. 이는 샤프트(109)의 상단부(133)가 구체형태로 되어 지지부(105)의 매립홈(131) 내에서 베어링(129)을 매개로 회전할 수 있기 때문이다.

다음은 완충부에 대해서 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 완충부의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 완충부는 상기 샤프트(109)에 직교를 이루면서 결합되어 상기 샤프트(109)와 함께 회전하는 플레이트(127); 상기 지지부(105)의 하부에 결합되어 고정되며, 상기 플레이트(127)와 사방으로 간격을 이루면서 상기 플레이트(127) 전체와 상기 샤프트(109)의 일부를 둘러싸는 하우징(107); 상기 하우징(107)의 내벽에 간격을 이루면서 고정되는 복수의 탄성수단(123); 및 상기 탄성수단(123)과 유동가능하게 결합되며, 상기 플레이트(127)의 표면에 면접하는 유동수단(125);을 포함하여 구성된다.

상기 플레이트(127)는 상기 샤프트(109)가 풍력에 의하여 유동할 때, 함께 유동하는데, 이는 플레이트(127)와 샤프트(109)가 결합된 상태이거나 일체형이기 때문이다. 따라서, 플레이트(127)를 탄성제어하는 경우에는 이러한 유동의 정도를 감소시킬 수 있으며, 궁극적으로는 전력생산의 안정성을 구현할 수 있다. 이러한 플레이트(127)를 탄성제어하는 것은 탄성수단(123)인데, 상기 탄성수단(123)은 유동수단(125)을 포함하며, 유동수단(125)은 상기 플레이트(127)의 면상에서 면접하면서 유동가능한 상태에 있다.

상기 탄성수단(123) 및 유동수단(125)은 상기 플레이트(127) 중 적어도 상기 지지부(105)와 마주하는 면에 형성되며, 이 경우에도 샤프트(109)의 과도한 유동을 제어할 수 있다. 그러나, 필요에 따라서는 상기 면의 대향면에도 탄성수단(123) 및 유동수단(125)을 형성할 수 있다.

상기 탄성수단(123)은 플레이트(127)의 기울어짐에 따라서 샤프트(109)와 이격된 위치의 탄성수단(123)은 압축되며, 이 때, 압축된 탄성수단(123)에는 플레이트(127)를 다시 원위치시키려는 복원력이 작용하고, 따라서, 플레이트(127)가 원래의 위치로 돌아가도록 함으로써 샤프트(109)가 최대한 중력방향을 향하도록 할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 풍력발전장치(100)의 초기 상태를 최대한 유지하도록 하여 전력 생산의 예측가능성을 확보하기 위한 것이다.

상기 탄성수단(123)은 통상적으로 스프링이 될 것이나, 자동차용 엔진 마운팅(통상 “미미”로 칭함)을 사용할 수도 있는데, 상기 엔진 마운팅은 자동차의 엔진 구동시 차체의 진동과 흔들림을 완충하려고 제작한 고무뭉치를 의미하는데, 고무뭉치 또한 어느 정도는 탄성을 가지므로 탄성수단에 포함되는 것으로 볼 수 있다(미도시).

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 풍력발전장치 101 : 벌룬
103 : 연결체 105 : 지지부
107 : 하우징 109 : 샤프트
111 : 블레이드 113 : 함체
115, 215 : 제1회전체 116 : 벨트
117, 217 : 제2회전체
119 : 제너레이터 121 : 전기선
123 : 탄성수단 125 : 유동수단
127 : 플레이트 129 : 베어링
131 : 매립홈 133 : 상단부(제1단부)
135 : 로프

Claims (13)

1. 공중부상을 위해서 마련된 벌룬;
   상기 벌룬의 하부에 연결되는 지지부;
   제1단부가 상기 지지부에 회전가능하게 결합되며, 상기 지지부와 직교를 이루면서 하방으로 연장되는 샤프트;
   상기 지지부 하부에서 샤프트에 결합되고, 바람에 따라서 회전하는 블레이드;
   상기 샤프트의 제2단부가 결합되며, 상기 샤프트와 연결되어 상기 블레이드의 회전에 따라서 샤프트가 회전됨에 따라 회전되는 제1회전체;
   상기 제1회전체에 인접한 주변에 마련되는 적어도 하나의 제2회전체;
   상기 제1회전체에 고정되며, 상기 제1회전체의 외주부와 제2회전체의 외주부에 이를 감싸도록 접하여서 상기 제1회전체의 회전시 그 회전방향에 연동함으로써 제2회전체에 회전력을 전달하는 벨트; 및
   상기 제2회전체와 연결되며, 상기 제2회전체의 회전에 따라서 전기를 생성하기 위한 제너레이터;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2회전체는 적어도 2개가 상기 제1회전체에 벨트에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2회전체에는 제너레이터가 샤프트의 길이방향과 나란한 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지부의 하부와 샤프트 사이에 결합되는 완충부;가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 샤프트는,
   그 상단부가 상기 지지부 내에 매립되되,
   상기 지지부와 독립적으로 회전하도록 하기 위하여 상기 지지부에 마련된 매립홈의 내면과 상기 샤프트의 상단부 사이에 구체 형태의 베어링이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 상단부는 구체 형태이며, 상기 지지부 내부의 매립홈은 상기 구체 형태에 대응되도록 구체형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 샤프트가 상기 완충부를 상하로 관통하여 연장되되, 상기 샤프트와 상기 완충부 사이에는 유격이 형성된 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 완충부는,
   상기 샤프트에 직교를 이루면서 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전하는 플레이트;
   상기 지지부의 하부에 결합되어 고정되며, 상기 플레이트와 사방으로 간격을 이루면서 상기 플레이트 전체와 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 하우징;
   상기 하우징의 내벽에 간격을 이루면서 고정되는 복수의 탄성수단; 및
   상기 탄성수단과 유동가능하게 결합되며, 상기 플레이트의 표면에 면접하는 유동수단;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 탄성수단 및 유동수단은 상기 플레이트 중 적어도 상기 지지부와 마주하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 탄성수단은 스프링 또는 엔진 마운팅 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제너레이터로부터 지상의 축전장치에는 전기선이 연결되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체와 제2회전체 및 제너레이터는 함체에 수용되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제2회전체의 회전축은 상기 함체의 내면에 고정되는 회전축에 의하여 지지되어 회전가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 벌룬에 의하여 공중에서 구동되며 복수의 제너레이터가 병렬구조를 이루는 풍력발전장치.

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