KR20220004311A - 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전 제너레이터는,복수 개의 코일이 원형을 이루며 하면에 배치된 상부 고정판재와; 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석을 배치하며 상부 고정판재 하측에 위치하는 제 1 회전 디스크와; 그 상면에 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일을 배치한 하부 고정판재와; 제 1 회전 디스크가 착탈가능하게 결합된 회전축과; 상기 상부 고정판재의 하면과 상기 상부 고정판재와 마주 보는 회전 디스크의 상면 및 상기 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재와 마주보는 회전 디스크의 하면에는 각각 회전축으로부터 동일한 거리가 이격되어 원주방향으로 배치되는 복수 개의 제 2 영구자석을 포함하며; 같은 면에 배치된 제 2 영구자석은 같은 면의 인접 제 2 영구자석과 서로 극성이 상이하게 배치되며, 상부 고정판재의 하면과 상부 고정판재와 마주보는 회전디스크의 상면에 각각 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이, 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재의 마주보는 회전디스크의 상면에 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이는 각각 2개 이상인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 회전저항에 따라 회전력의 전달 효율이 우수한 풍력발전용 제너레이터에 관한 것이다.
공기가 유동하는 운동에너지에 의해 날개를 회전시키고, 그 회전력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 풍력발전은 친환경 에너지원으로 최근 각광받고 있다.
풍력발전을 위해 거대한 날개를 가진 발전기를 산이나 바다 등 바람이 많이 부는 곳에 설치하여 운용하는 경우가 많다. 이와 같은 풍력발전기는 그 크기가 장대하며 그 설치 장소가 산이나 바다인 경우가 많아, 운송, 조립 및 관리에 많은 어려움이 있다.
이에 따라, 운송/조립 및 관리가 편리한 소형 풍력모듈에 의한 풍력발전에 대하여 요구가 증대하고 있으며 관련 연구가 이어지고 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0946198호에는 날개와 이에 직결된 제너레이터를 하나의 프레임에 설치하여 풍력발전 모듈을 이루고, 이러한 풍력발전 모듈을 다수 개 적층하는 풍력발전의 일 형태가 개시되어 있다. 하지만 이와 같은 형태의 풍력발전은 바람의 방향에 따라 풍력발전 모듈의 방향을 변경시키는데 한계가 있고, 개개의 풍력발전 모듈에 제너레이터가 각각 설치되어 있으므로 가격이 비싸지고, 또한 중량도 증가하여 풍력발전 모듈을 적층하는 작업, 각 모듈에서 발전된 전기를 수집하기 위한 배선 작업이 까다롭고 관리가 힘든 문제점이 있다.
본 발명자는 등록특허 제 10-2068128호 및 등록특허 제 10-2068132호에서 바람의 방향에 관계없이 풍력발전이 이루어질 수 있는 풍력발전 모듈 및 그 시스템에 대하여 개시한 바 있다.
이와 같이 적층된 풍력발전 모듈은 대한민국 등록특허 제 10-1534690호에 개시된 바와 같이 각 풍력발전 모듈의 회전력을 하나의 제너레이터로 집중시켜 발전을 이루게 한다.
통상 제너레이터는 회전하는 로터에 코일 또는 자석을 배치하며, 고정된 스테이터에 자석 또는 코일을 배치하여, 회전축이 회전함에 따라 코일에 유도 전류가 발생하도록 하여 발전을 하게 되는 것이다. 발전 용량이 클수록 로터의 무게가 증가하며 회전축에 작용하는 마찰저항도 크게 발생하게 된다. 이러한 마찰 저항은 회전축이 회전하는 것을 방해하는 것으로 주로 로터의 자중에 의한 영향이 크며, 마찰 저항은 풍력발전 모듈로부터의 회전력 전달을 비효율적으로 만드는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 로터의 회전마찰 저항을 낮추어 발전효율을 높일 수 있는 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전 제너레이터는,
중앙에 제 1 축삽입공이 형성되며,
상기 제 1 축삽입공을 중심으로 복수 개의 코일이 원형을 이루며 하면에 배치된 상부 고정판재와;
중앙에 제 2 축삽입공이 형성되며
상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석을 배치하며 상부 고정판재 하측에 위치하는 제 1 회전 디스크와;
중앙에 제 3 축삽입공이 형성되며,
상기 제 3 축삽입공을 중심으로 그 상면에 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일을 배치한 하부 고정판재와;
상기 상부 고정판재와 하부 고정판재에 회전 가능하게 설치되며, 제 1 회전 디스크가 착탈가능하게 결합된 회전축과;
상기 상부 고정판재의 하면과 상기 상부 고정판재와 마주 보는 회전 디스크의 상면 및 상기 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재와 마주보는 회전 디스크의 하면에는 각각 회전축으로부터 동일한 거리가 이격되어 원주방향으로 배치되는 복수 개의 제 2 영구자석을 포함하며;
같은 면에 배치된 제 2 영구자석은 같은 면의 인접 제 2 영구자석과 서로 극성이 상이하게 배치되며, 상부 고정판재의 하면과 상부 고정판재와 마주보는 회전디스크의 상면에 각각 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이, 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재의 마주보는 회전디스크의 상면에 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이는 각각 2개 이상인 것을 특징으로 한다.
중앙에 제 4 축삽입공이 형성되며, 상기 제 4 축삽입공을 중심으로 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일을 배치한 중간 고정판재와;
중앙에 제 5 축삽입공이 형성되며, 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석을 배치한 제 2 회전디스크;가 세트를 이루고,
상기 세트를 상기 제 1 회전 디스크와 하부 고정판재 사이에 설치되며, 세트 내 제 2 회전디스크만이 회전축과 일체로 회전하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 상부고정판재 및 상기 상부고정판재와 마주보는 회전디스크 간의 거리, 하부 고정판재 및 상기 하부 고정판재의 마주보는 회전디스크 간의 거리는 조절가능한 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 회전축에 의한 마찰을 줄일 수 있으며 발전효율을 높일 수 있는 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 제너레이터를 도시한 분해 사시도,
도 2는 도 1의 제너레이터의 측면도
도 3은 본 발명 다른 실시예의 중간 고정판재와 제 2 회전디스크를 나타낸 도.
도 4은 본 발명 다른 실시예의 제너레이터를 도시한 측면도.
도 5은 본 발명 또 다른 실시예의 제너레이터를 도시한 측면도.
도 2는 도 1의 제너레이터의 측면도
도 3은 본 발명 다른 실시예의 중간 고정판재와 제 2 회전디스크를 나타낸 도.
도 4은 본 발명 다른 실시예의 제너레이터를 도시한 측면도.
도 5은 본 발명 또 다른 실시예의 제너레이터를 도시한 측면도.
이하, 본 발명을 도면을 참고하여 그 실시예에 따라 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 제너레이터를 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 제너레이터의 측면도이다.
본 실시예의 제너레이터는 크게 상부 고정판재(10), 제 1 회전디스크(30), 하부 고정판재(20)와 회전축(40)으로 구성된다.
상부 고정판재(10)는 중앙에 제 1 축삽입공(11)이 형성되어 있으며, 상부 고정판재(10)의 하면에는 상기 제 1 축삽입공(11)을 중심으로 복수 개의 코일이 원형을 이루며 배치되어 있다.
사시도에서는 상부 고정판재의 하면이 나타나지 않으나, 이하 설명과 같이 도 1의 하부 고정판재(20)의 상면에 배치된 코일(50)과 동일한 형태로 코일이 배치된다.
하부 고정판재(20)는 상부 고정판재(10)와 유사한 구조로서, 중앙에 제 3 축삽입공(21)이 형성되어 있으며, 상기 상부 고정판재(10)에 배치된 코일(50)과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일(50)이 배치되어 있다.
상부 고정판재(10)와 하부 고정판재(20)는, 상하부 고정판재(10,20) 사이에 끼워지는 간극재 또는 상하부 고정판재를 고정하는 프레임 등(도시하지 않음)에 의해 그 위치가 고정될 수 있다.
상기 상하부 고정판재(10,20)의 제 1,3 축 삽입공(11,21)에는 회전축(40)이 회전가능하게 설치된다. 회전축(40)은 상하부 고정판재(10,20)의 제 1,3 축삽입공(에 베어링(60)을 매개로 끼워져 상하부 고정판재(10,20) 사이에서 회전이 가능하도록 설치되는 것이다.
상하부 고정판재(10,20)의 사이에는 제 1 회전디스크(30)가 그 중앙에 형성된 제 2 축삽입공(31)을 통해 회전축에 설치되며, 회전축(40)의 회전에 따라 회전하게 된다.
제 1 회전 디스크(30)는 상부 고정판재(10)에 배치된 코일(50)과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석(70)이 배치되어 있다.
제 1 회전 디스크(30)는 나사 등을 통해 착탈가능하게 회전축(40)에 결합된다.
제 1 영구자석(70)의 극성은 상하면에 형성되어 있으며, 상면의 극성은 원주방향을 따라가며 각 자석에서 교대로 변경되도록 배치된다.
제 1 영구자석(70)은 제 1 회전 디스크(30)의 원판의 상하면에 배치될 수도 있고, 제 1 회전 디스크(30)를 관통하는 관통공을 가공하여 제 1 영구자석(70)을 삽입 설치할 수도 있을 것이다.
제 1 영구자석이 상하면에 배치될 경우, 상하면에 배치되는 자석은 서로 다른 극성을 마주 보게 하면 설치가 더욱 용이해진다.
상기 구성에 따라, 제 1 회전 디스크(30)의 제 1 영구자석(70)이 회전하면, 상하부 고정판재(10,20)의 코일(50)에 작용하는 자장의 변화에 따라 코일에 유도전기가 발생하게 된다.
또한 상기 상부 고정판재(10)의 하면과 상기 상부 고정판재(10)와 마주 보는 회전 디스크(30)의 상면 그리고 상기 하부 고정판재(20)의 상면과 상기 하부 고정판재와 마주보는 회전 디스크(30)의 하면에는 복수 개의 제 2 영구자석(200)이 원형을 이루며 배치되어 있다.
동일 면에 배치된 제 3 영구자석(200)들은 동일 면의 인접 제 2영구자석들과 서로 극성이 반대로 배치되며, 상하부 고정판재(10,20)의 하면/상면과 상하부 고정판재(10,20)와 마주보는 회전디스크(30)의 상면에 각각 배치된 제 2 영구자석(200)의 개수 차이는 2개 이상이다. 본 실시예에서 상하부 고정판재의 하면/상면에 배치된 제 2 영구자석의 개수은 50개, 제 1 회전디스크의 상면에 배치된 제 2 영구자석의 개수는 52개이다.
제 1 회전디스크(30)는 회전축(40)에 나사 등에 의해 착탈가능하게 설치되고 , 상하부 고정판재는 상기 설명한 바와 같이 나사나 파이프 등으로 이루어지는 간극재 또는 상하부 고정판재를 고정하는 프레임 등에 의해 그 위치가 고정될 수 있다.
상부 고정판재(10)와 제 1 회전디스크(30), 제 1 회전디스크(30)와 하부 고정판재 (20)사이의 간격은 간극재나 프레임의 설계에 따라 조절이 가능하다. 본 실시예에서는 반경 365mm의 알루미늄재 회전 디스크의 중심에서 340mm 떨어진 원주상의 상하면에 지름 30 밀리의 제 2 영구자석을 20개 부착하고, 상부 고정판재 및 하부 고정판재의 마주보는 위치에는 동일한 크기의 제 2 영구자석을 22개 부착하였다.
본 실시예에서는 마주보는 제 2 영구자석(200) 간의 간격은 27mm 정도에서 회전 디스크는 가장 원활하게 회전되었다. 물론 이와 같은 간격은 예시에 불과할 뿐, 자력의 세기, 회전디스크의 무게, 베어링의 종류 등에 따라 변할 수 있는 것이다. 본 실시예에서는 약 27mm 보다 작은 간격에서는 제 2 영구자석(200) 간의 인력에 의해 회전 디스크가 원활하게 회전하지 못하였고, 27mm 이상의 간격에서는 멀어질수록 효과가 감소하였다.
상기 상하부 고정판재(10,20)와 제 1 회전디스크(30) 간의 거리 즉, 마주보는 제 2 영구자석간의 간격은 간격을 단계적으로 조절함에 따라 제 1 회전 디스크가 가장 원활하게 회전되는 간격으로 결정될 수 있다.
이와 같은 간격 조절은 앞서 설명한 대로, 나사나 파이프 등으로 이루어지는 간극재 또는 상하부 고정판재를 고정하는 프레임을 응용하여 조절할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 회전이 가장 원활하게 되는 제 2 영구자석(200)간의 간격이 설정되면, 마주보는 제 2 영구자석(200)간의 척력이 회전방향으로 작용하여, 회전축의 회전이 보다 원활하게 이루어지는 것이라 생각된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는도 3과 같이,
중앙에 제 4 축삽입공(81)이 형성되며, 상기 제 4 축삽입공(81)을 중심으로 상기 상부 고정판재(10)에 배치된 코일(50)과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일(50)을 배치한 중간 고정판재(80)와;
그리고, 중앙에 제 5 축삽입공(91)이 형성되며, 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석(70)을 배치하며, 상기 중간 고정판재의 하측에 위치하는 제 2 회전디스크(90)가 하나의 세트를 이루고,
이 세트를 하나 또는 둘 이상을 제 1 회전 디스크(30) 와 하부 고정판재(20) 사이에 설치한다. 제 2 회전디스크(90)는 회전축(40)과 함께 회전되도록 회전축(40)에 설치되며, 중간 고정판재(80)는 상하부 고정판재(10,20) 사이에 끼워지는 간극재 또는 상하부 고정판재를 고정하는 프레임 등에 의해 그 위치가 고정되며, 회전축을 따라 회전하지 않는다.
제 2 회전 디스크(90)는 제 1 회전 디스크(30)와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 2의 제너레이터에 하나의 세트를 추가한 것이며, 도 5는 도 2의 제너레이터에 두 개의 세트를 추가한 것이다.
이 경우에도 상부 고정판재의 하면과 마주보는 제 1 회전 디스크의 상면의 제 2 영구자석의 배치는 동일하며, 앞선 실시예에서는 회전 디스크가 한 개인 관계로 제 1 회전 디스크의 하면에 설치되었던 제 2 영구자석이 하부 고정판재와 마주보는 제 2 회전 디스크의 하면에 설치되는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
상기 설명에서 상하부 고정판재와 중간 고정판재의 코일 수는 동일한 것으로 도시되어 있지만, 그 갯수가 반드시 동일한 것일 필요는 없다. 또한 제 1,2 회전 디스크에서도 영구자석의 갯수가 서로 같을 필요는 없지만 동일한 것을 사용하는 것이 출력 계산 등에 유리하다. 또한, 고정판재의 코일 수와 회전디스크의 영구자석이 갯수가 동일할 필요는 없다.
본 출원서에서 '고정판재'라 함은 상부 고정판재, 하부 고정판재, 중간 고장판재를 칭하는 것이며, '회전 디스크' 역시 제 1 회전디스크 및 제 2 회전디스크를 칭하는 것이다.
10 : 상부 고정판재 11 : 제 1 축삽입공
20 : 하부 고정판재 21 : 제 3 축삽입공
30 : 제 1 회전디스크 31 : 제 2 축삽입공
40 : 회전축 50 : 코일 60 : 베어링 70 : 제 1 영구자석
80 : 중간 고정판재 81 : 제 4 축삽입공
90 : 제 2 회전디스크 91 : 제 5 축삽입공
100 : 출력축 200 : 제 2 영구자석
20 : 하부 고정판재 21 : 제 3 축삽입공
30 : 제 1 회전디스크 31 : 제 2 축삽입공
40 : 회전축 50 : 코일 60 : 베어링 70 : 제 1 영구자석
80 : 중간 고정판재 81 : 제 4 축삽입공
90 : 제 2 회전디스크 91 : 제 5 축삽입공
100 : 출력축 200 : 제 2 영구자석
Claims (3)
- 중앙에 제 1 축삽입공이 형성되며,
상기 제 1 축삽입공을 중심으로 복수 개의 코일이 원형을 이루며 하면에 배치된 상부 고정판재와;
중앙에 제 2 축삽입공이 형성되며
상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석을 배치하며 상부 고정판재 하측에 위치하는 제 1 회전 디스크와;
중앙에 제 3 축삽입공이 형성되며,
상기 제 3 축삽입공을 중심으로 그 상면에 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일을 배치한 하부 고정판재와;
상기 상부 고정판재와 하부 고정판재에 회전 가능하게 설치되며, 제 1 회전 디스크가 착탈가능하게 결합된 회전축과;
상기 상부 고정판재의 하면과 상기 상부 고정판재와 마주 보는 회전 디스크의 상면 및 상기 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재와 마주보는 회전 디스크의 하면에는 각각 회전축으로부터 동일한 거리가 이격되어 원주방향으로 배치되는 복수 개의 제 2 영구자석을 포함하며;
같은 면에 배치된 제 2 영구자석은 같은 면의 인접 제 2 영구자석과 서로 극성이 상이하게 배치되며, 상부 고정판재의 하면과 상부 고정판재와 마주보는 회전디스크의 상면에 각각 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이, 하부 고정판재의 상면과 상기 하부 고정판재의 마주보는 회전디스크의 상면에 배치된 제 2 영구자석의 개수 차이는 각각 2개 이상인 것을 특징으로 하는 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전 제너레이터.
- 제 1 항에 있어서,
중앙에 제 4 축삽입공이 형성되며, 상기 제 4 축삽입공을 중심으로 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 코일을 배치한 중간 고정판재와;
중앙에 제 5 축삽입공이 형성되며, 상기 상부 고정판재에 배치된 코일과 대응되는 위치를 따라 복수 개의 제 1 영구자석을 배치한 제 2 회전디스크;가 세트를 이루고,
상기 세트를 상기 제 1 회전 디스크와 하부 고정판재 사이에 설치되며, 세트 내 제 2 회전디스크만이 회전축과 일체로 회전하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전 제너레이터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상부고정판재 및 상기 상부고정판재와 마주보는 회전디스크 간의 거리, 하부 고정판재 및 상기 하부 고정판재의 마주보는 회전디스크 간의 거리는 조절가능한 것을 특징으로 하는 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전 제너레이터.
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|---|---|---|---|
| KR1020200081989A KR20220004311A (ko) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터 |
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| KR1020200081989A KR20220004311A (ko) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20220004311A true KR20220004311A (ko) | 2022-01-11 |
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ID=79355877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200081989A KR20220004311A (ko) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 낮은 회전저항을 갖는 풍력발전용 제너레이터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220004311A (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100946198B1 (ko) | 2009-10-09 | 2010-03-09 | 태창엔이티 주식회사 | 모듈형 멀티 풍력발전기 시스템 |
| KR101534690B1 (ko) | 2014-09-03 | 2015-07-07 | 주식회사 지에이 | 풍력발전모듈 및 이를 이용한 모듈형 풍력발전시스템 |
| KR102068128B1 (ko) | 2018-09-18 | 2020-01-20 | 정성호 | 풍력 발전 모듈 및 풍력 발전 시스템 |
| KR102068132B1 (ko) | 2018-09-18 | 2020-02-11 | 정성호 | 풍력 발전 모듈 및 풍력 발전 시스템 |
-
2020
- 2020-07-03 KR KR1020200081989A patent/KR20220004311A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100946198B1 (ko) | 2009-10-09 | 2010-03-09 | 태창엔이티 주식회사 | 모듈형 멀티 풍력발전기 시스템 |
| KR101534690B1 (ko) | 2014-09-03 | 2015-07-07 | 주식회사 지에이 | 풍력발전모듈 및 이를 이용한 모듈형 풍력발전시스템 |
| KR102068128B1 (ko) | 2018-09-18 | 2020-01-20 | 정성호 | 풍력 발전 모듈 및 풍력 발전 시스템 |
| KR102068132B1 (ko) | 2018-09-18 | 2020-02-11 | 정성호 | 풍력 발전 모듈 및 풍력 발전 시스템 |
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| E601 | Decision to refuse application |