KR20230055407A - 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치 - Google Patents

회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치 Download PDF

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KR20230055407A
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Abstract

본 발명의 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치는,
회전축(110) 또는 고정축(210)을 이용할 수 있는 발전장치로써.
외부에 있는 상기 제2회전자(150)에게 외력에 의한 회전동력이 발생하면, 상기 회전축(110) 또는 상기 고정축(210)에 회전하도록 결합된 상기 제1회전자(120)와 상기 제2회전자(150)가 동시에 동일한 방향으로 동일한 회전각을 가지고 등속회전을 하게 된다. 즉, 상기 제1회전자(120)는 상기 제1회전자 결합허브(123)를 이용하여 상기 회전축(110)에 직접 결합되거나, 상기 제1회전자 결합베어링(122)을 장착한 상기 제1회전자 결합허브(123)를 이용하여 상기 고정축(210)과 자율 회전되도록 결합되어 있으므로, 나선형 블레이드(341)를 이용한 풍력 및 수력 등등 외부동력에 의해 회전되는 상기 제2회전자(150)와 자력에 의해 서로 붙으려고 끌어당기는 힘에 이끌리면서 상기 제1회전자(120) 및 상기 제2회전자(150)가 동시에 동일한 방향으로 동일한 회전각을 이루며 등속 회전운동을 하게 된다.
상기 고정자(130)에 설치된 상기 코일(135)에 의해 형성되는 기전력은 상기 코일(135)을 따라 상기
부싱R(133b)의 상기 배선관통구(241)를 통해 외부로 안전하게 도출된다.
그러므로 외부에 노출된 상기 제2회전자 외주면(152)에 상기 나선형 블레이드부(340)를 부착하여 회전시키게 될 때 상기 제1회전자(120) 및 상기 제2회전자(150)가 서로 끌어당기며 붙으려고 하는 힘을 유지한 상태에서 회전하게 되어서, 코깅토크와 와전류를 억제하여 고열과 회전저항을 줄이므로 풍력 또는 조력 발전의 연간 이용률을 높이고 고효율의 기전력을 얻을 수 있다.

Description

회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치{A power generation device that combines blades with the outer circumferential surface of a rotor}
본 발명은 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 발전기는 고정자의 코어를 강력한 자성체인 계자철심으로 성형한 후 코일을 권선을 하여 회전자와 고정자 간에 자기장으로 인해서 서로 붙으려고 끌어당기는 힘(attraction) 때문에 회전 저항이 많이 발생하는데, 본 발명에서는 비자성(非磁性) 복합연성물질로 성형된 고정자에 권선된 권선코일을 사용하여 복수의 자석 또는 자성체인 제1회전자와 자성체 또는 복수의 자석으로 성형된 제2회전자가 동일한 방향으로 회전할 때, 상호간 자기장이 유도되어 상기 비자성 복합연성물질로 성형된 고정자에 권선된 코일에 기전력을 발생하면서 서로 붙으려고 끌어당기는 힘이 작용하는데, 2개의 회전자가 직접 붙지는 못하지만 서로 끌어당기면서 동시에 동일한 회전각의 위상을 가지면서 함께 등속 회전운동을 하게 되며, 회전 저항이 없이 자연스러운 회전력을 얻도록 하여 발전 효율성을 증가시킬 수 있는 발전기에 관한 것으로 회전하는 상기 제2회전자 외주면에 다수의 나선형 블레이드를 일정한 간격으로 결합해 풍력 또는 조력 발전의 기전력을 얻고자 하는 것이다.
본 발명은 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전기에서 생성되는 기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대속도에 비례한다.
따라서 자기장의 세기를 높이거나 도체를 길게 형성하거나 자기장과 도체의 상대속도를 크게 함으로써 기전력을 높일 수 있다. 통상적으로 자기장과 도체의 상대속도를 크게 하여 기전력을 높이고 있는데 이를 위해서는 회전자의 회전속도를 높여야 하는 데 이럴 때 고속회전을 필요로 하므로 조력, 풍력 및 도로발전과 같이 저속회전력을 인가하는 경우 원하는 기전력을 얻을 수가 없었다.
이에 회전축을 이용하여 원하는 기전력을 얻을 수 있는 풍력터빈이 개발되었으며, 그 일례인 제10-1792251호의 「바람가이드를 갖는 나선형 블레이드」가 도 12에 도시되어 있다.
도 12의 「바람가이드를 갖는 나선형 블레이드」는 터빈날개 30° 횡방향 곡면기울기 각(42)과 터빈날개 40° 종방향 나선형 뒤틀림 각(43) 및 터빈날개 120° 배치각(44)을 형성할 때, 바람제어날개(31)의 바람제어날개 20° 횡방향 곡면기울기 각(32)과 바람제어날개 30° 종방향 나선형 뒤틀림 각(33)이 터빈날개(41)의 터빈날개 30° 횡방향 곡면기울기 각(42)과 터빈날개 40° 종방향 나선형 뒤틀림 각(43)보다 입사각이 완만하고 넓으므로 더욱 많은 바람을 터빈날개(41) 내측 중심방향으로 들어가게 하여 1차적인 회오리 바람을 만들어주므로 더욱 높은 가속도를 얻을 수가 있었으나 터빈날개 30° 횡방향 곡면기울기 각(42)과 터빈날개 40° 종방향 나선형 뒤틀림 각(43)의 곡면 기울기 각이 부족하여 나선형 블레이드 내부로 유입되는 바람의 충돌할 때 운동량이 부족하고 바람이 빠르게 빠져나가며 체공 시간이 부족하게 되어 바람의 이용률이 부족한 단점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것이다. 본 발명의 목적은 회전축을 이용하는 발전장치 및 고정축을 이용하는 발전장치에 나선형 블레이드부를 결합한 풍력발전장치 및 조력발전장치를 개발하는 것이다.
이를 위해, 첫째, 회전축을 이용한 발전장치의 제1회전자 및 제2회전자를 모두 회전시키도록 하며, 고정자를 중간에 두고 회전하는 제1회전자와 제2회전자를 서로 대응되도록 결합한다.
둘째, 고정축을 이용한 발전장치의 제1회전자 및 제2회전자를 모두 회전시키도록 하며, 고정자를 중간에 두고 회전하는 제1회전자와 제2회전자를 서로 대응되도록 결합한다.
셋째, 블레이드를 만들기 위해 다수개의 직사각 판형 구조물을 일측 방향으로 나선형의 기울기 각을 성형하며, 회전축을 이용한 발전장치 또는 고정축을 이용한 발전장치의 외곽을 형성하는 제2회전자 외주면의 곡면기울기와 동일한 성형 각을 만든다.
넷째, 제2회전자 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 120° 간격으로 배치하여 결합한다.
다섯째, 풍력(風力)이나 수력(水力)에 대응토록 지상구조물 또는 지상거치대에 요양장치 및 회전축을 이용한 발전장치 또는 고정축을 이용한 발전장치의 제2회전자 외주면에 나선형 블레이드부를 결합하여 나선형 블레이드를 이용한 발전장치를 구성한다.
본 발명의 목적은 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치로써,
첫째, 회전축을 이용하는 발전장치의 경우,
제1회전자는 복수의 자석 또는 자성체로 성형한다.
또한, 제2회전자는 제1회전자에 대응하여 자성체 또는 복수의 자석으로 성형한다.
또한, 제1회전자와 제2회전자 모두 복수의 자석으로 성형시킬 수가 있다.
제1회전자는 제1회전자 결합허브를 이용하여 회전축과 함께 회전되도록 직접 결합한다.
또한, 고정자는 고정자측판L은 고정자결합베어링, key, 스냅링을 이용하여 회전축에 고정되도록 결합한다.
또한, 고정자는 고정자측판R은 key, 스냅링, 회전축베어링, 부싱R을 이용하여 회전축에 고정되도록 결합한다.
또한, 제2회전자의 좌측은 회전축의 일측에 직접 결합하여 회전되도록 하고,
또한, 제2회전자의 우측은 제2회전자측판R의 내주면에 제2회전자 결합베어링을 장착하고, 제2회전자 결합베어링의 내주면과 회전축 사이에 부싱R을 결합하여 제2회전자가 회전되도록 한다.
또한, 회전축을 이용하는 발전장치에서 사용되는 부싱R과 회전축 사이에 회전축베어링이 장착된다.
둘째, 고정축을 이용하는 발전장치의 경우,
제1회전자는 복수의 자석 또는 자성체로 성형한다.
또한, 제2회전자는 제1회전자에 대응하여 자성체 또는 복수의 자석으로 성형한다.
또한, 제1회전자와 제2회전자 모두 복수의 자석으로 성형시킬 수가 있다.
제1회전자는 제1회전자결합베어링과 제1회전자 결합허브를 이용하여 고정축으로부터 자율 회전되도록 결합한다.
또는, 고정자는 고정자측판L과 고정자측판R을 가지며 부싱L 또는 부싱R, key, 스냅링을 이용하여 고정축에 고정되도록 결합한다.
또한, 제2회전자는 제2회전자측판L 및 제2회전자측판R의 내주면에 제2회전자 결합베어링을 결합하고, 제2회전자 결합베어링의 내주면과 고정축 사이에 부싱L 및 부싱R을 결합하여 고정축에서 회전되도록 한다.
셋째, 회전축을 이용하는 발전장치 및 고정축을 이용하는 발전장치에서 공통되는 내용은 다음과 같다.
고정자는 제1회전자과 제2회전자의 사이에 구성한다.
또한, 고정자는 둥근 원통형으로 비자성 복합연성물질로 성형한다.
또한, 고정자는 다수의 슬롯을 성형한다.
또한, 부싱R은 축 방향으로 배선 관통구를 성형한다.
또한, 고정자로부터 나온 기전력은 부싱R의 배선관통구와 배선을 통해 외부로 도출한다.
또한, 다수개의 직사각 판형 구조물을 일측 방향으로 나선형으로 성형하고 나선형 블레이드부를 구성한다.
또한, 나선형 블레이드는 나선형의 기울기 각을 성형하며, 회전축 또는 고정축을 이용하는 발전장치의 외곽을 형성하는 제2회전자 외주면의 곡면기울기와 동일한 성형 각을 더하여 절곡한다.
또한, 나선형 블레이드부를 구성하는 배치각은 제2회전자 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 120° 간격으로 배치하여 결합한다.
또한, 회전축을 이용하는 발전장치 또는 고정축을 이용하는 발전장치와, 나선형 블레이드부와, 지상구조물 또는 지상거치대를 결합하여 풍력발전장치 또는 조력발전장치를 구성한다.
본 발명의 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치에 따르면,
회전자를 이용하는 발전장치 또는 고정자를 이용하는 발전장치에서 동일하게 복수의 자석으로 성형된 제1회전자와 자성체로 성형된 제2회전자, 또는 자성체로 성형된 제1회전자와 복수의 자석으로 성형된 제2회전자, 또는 모두가 복수의 자석으로 성형된 제1회전자와 제2회전자가 동시에 회전될 때, 2개의 회전자와 고정자 간에 자력으로 인해서 서로 끌어당기며 붙으려고 하는 힘을 이용하며, 동시에 회전하기 때문에 회전저항을 크게 줄임으로써 제1회전자와 제2회전자는 고정자의 코일 간의 코깅 현상과 맴돌이 전류를 제거하고, 상대속도를 높일 수 있어서 원하는 기전력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 비자성 복합연성물질로 구성된 고정자를 가지므로 와전류의 해소하고 열 발생을 억제하여 코일의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 코깅토크와 와전류를 억제하여 고열과 회전저항의 감소로 외부의 회전동력이 크게 필요하지 않아 외부공급 동력에너지를 절약하는 장점이 있다.
또한, 고정축을 이용하는 발전장치의 경우, 외부에 노출된 제2회전자 외주면에 나선형 블레이드부를 부착하여 회전시키게 될 때, 내측에 있는 제1회전자 결합베어링이 고정축으로부터 자율 회전하는 상태로 결합되어 있으므로, 서로 끌어당기며 붙으려고 하는 힘을 유지한 상태에서 회전하게 되어, 코깅토크와 와전류를 억제하여 고열과 회전 저항을 줄이므로, 풍력 또는 조력 발전의 연간 이용률을 높이고 고효율의 기전력을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전축을 이용하는 발전장치의 횡단면도
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 얻어진 종단면도
도 3은 도 1의 B-B선을 따라 얻어진 종단면도
도 4는 도 1의 C-C선을 따라 얻어진 종단면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고정축을 이용하는 발전장치의 횡단면도
도 6은 도 5의 A-A선을 따라 얻어진 종단면도
도 7은 도 5의 B-B선을 따라 얻어진 종단면도
도 8은 도 5의 C-C선을 따라 얻어진 종단면도
도 9는 나선형 블레이드를 결합한 정면도와 후면도 및 단면도
도 10은 나선형 블레이드를 결합한 풍력터빈
도 11은 나선형 블레이드를 결합한 조력터빈
도 12는 종래기술의 바람가이드를 갖는 나선형 블레이드의 횡단면도
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이,
첫째, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전축을 이용하는 발전장치(100)는,
회전축(110), 회전축지지대L(111a) 및 회전축지지대R(112b), 제1회전자(120), 제1회전자 결합허브(123), 고정자(130), 고정자측판L(131a) 및 고정자측판R(131b), 부싱L(133a) 및 부싱R(133b), 제2회전자(150), 제2회전자측판L(151a) 및 제2회전자측판R(151b), 제2회전자 결합베어링L(155a) 및 제2회전자 결합베어링R(155b)을 포함하고,
풍력발전장치(300)는 지상구조물(310), 요양장치(311), 너셀(312), 나선형 블레이드부(340), 나선형 블레이드( 341)를 포함하고,
조력발전장치(400)는 지상거치대(401), 조력터빈용 요양장치(402)를 포함한다.
상기 회전축(110)은 상기 회전축지지대L(111a) 및 상기 회전축지지대R(112b)에 의해 지지된다.
상기 회전축지지대L(111a) 및 상기 회전축지지대R(112b)은 회전축베어링(112)을 장착한다.
상기 제1회전자(120)는 중공원통형으로 상기 회전축(110)의 외측에서 복수의 자석(157a) 또는 자성체(157b)로 성형되며, 제1회전자결합허브(123)를 이용하여 상기 회전축(110)과 회전되도록 결합된다.
상기 제1회전자(120)는 다수 또는 단수의 중공원형으로 성층되며, 다수의 슬롯(134)을 형성할 수 있는 제1회전자 테두리(121)를 구성한다.
상기 제1회전자 테두리(121)는 테두리를 가지는 교차로(十) 모양으로 성형되며, 교차로(十)가 성형되는 정 중심부에 중공원형을 성형하는 제1회전자 바퀴살(124)을 구성한다.
제1회전자 바퀴살(124)은 상기 제1회전자결합베어링(122)이 장착되며, 암수 1쌍으로 성형된 상기 제1회전자결합허브(123)를 이용하여 상기 회전축(110)에 결합된다.
상기 제1회전자(120)의 외측에 비자성 복합연성물질로 성형되고, 상기 슬롯(134) 형상을 포함하고, 상기 슬롯(134)에 권선된 코일(135)에 자기장을 유도하여 기전력을 생성하는 고정자(130)를 구성한다.
상기 고정자(130)는 좌측면 지지를 위해 상기 고정자측판L(131a)을 고정자결합베어링(132), key(136), 스냅링(137)을 이용하여 상기 회전축(110)에 고정되도록 결합한다.
상기 고정자(130)는 상기 고정자(130)의 우측면 지지를 위해 상기 고정자측판R(131b)을 상기 key(136), 상기 스냅링(137), 상기 회전축베어링(112), 부싱R(133b)을 이용하여 결합한다.
상기 고정자(130)의 상기 슬롯(134)에 권선되는 상기 코일(135)을 구성한다.
상기 부싱R(133b)은 상기 회전축(110)의 외주면에 결합되고, 상기 고정자측판R(131b)의 중심부 내주면 및 제2회전자 결합베어링R(155b)의 내주면과 결합된다.
상기 부싱R(133b)은 상기 회전축(110)과 평행한 방향으로 배선관통구(241)가 성형된다.
상기 배선관통구(141)를 통해 외부로 안전하게 도출되는 상기 배선(142)을 구비한다.
상기 제2회전자(150)는 상기 고정자(130)의 외측에서 상기 제1회전자(120)와 대응하여 중공원통형으로 상기 자성체(157b) 또는 상기 복수의 자석(157a)으로 성형된다.
상기 제2회전자(150)와 상기 회전축(110)과 직접 결합시키는 상기 제2회전자측판L(151a)과 상기 제2회전자측판R(151b)을 구성한다.
상기 제2회전자측판L(151a)은 상기 제2회전자(150)와 상기 부싱R(133b)의 외주면을 직접 결합시킨다.
상기 제2회전자측판R(151b)은 정 중심부에 상기 제2회전자결합베어링R(155b)을 장착하여 상기 부싱R(133b)의 외주면과 결합한다.
도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이,
둘째, 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 고정축을 이용하는 발전장치(200)는,
고정축(110), 고정축지지대L(211a) 및 고정축지지대R(211b), 고정축결합체L(213a) 및 고정축결합체R(213b), 제1회전자(120), 제1회전자 결합베어링(122), 제1회전자 결합허브(123), 고정자(130), 고정자측판L(131a) 및 고정자측판R(131b), 부싱L(133a) 및 부싱R(133b), 제2회전자(150), 제2회전자측판L(151a) 및 제2회전자측판R(151b), 제2회전자 결합베어링L(155a) 및 제2회전자 결합베어링R(155b)을 포함하며,
풍력발전장치(300)는 지상구조물(310), 요양장치(311), 너셀(312), 나선형 블레이드부(340), 나선형 블레이드( 341)를 포함하고,
조력발전장치(400)는 지상거치대(401), 조력터빈용 요양장치(402)를 포함한다.
상기 고정축(110)은 외부동력에 의해 회전하지 않고 고정축지지대L(211a) 및 고정축지지대R(211b)과 결합된다.
상기 고정축(210)과 상기 부싱L(133a) 및 상기 부싱R(133b)을 고정시키기 위해 상기 고정축결합체L(213a) 및 상기 고정축결합체R(213b)을 구성한다.
상기 제1회전자(120)는 중공원통형으로 복수의 자석(157a) 또는 자성체(157b)로 성형되며, 상기 고정축(110)의 외주면에 제1회전자 결합베어링(122)을 장착한 제1회전자 결합허브(123)를 이용하여 자율 회전되도록 결합된다.
상기 제1회전자(120)는 상기 고정축(110)과 결합되는 양측단에 상기 key(136)와 상기 스냅링(137)을 이용하여 좌우로 이동하지 않도록 한다.
상기 제1회전자(120)는 다수 또는 단수의 중공원형으로 성층되며, 다수의 슬롯(134)을 형성할 수 있는 제1회전자 테두리(121)로 구성된다.
상기 제1회전자 테두리(121)는 테두리를 가지는 교차로(十) 모양으로 성형되며, 교차로(十)가 성형되는 정중심부에 중공원형을 성형하는 제1회전자 바퀴살(124)을 구성한다.
제1회전자 바퀴살(124)은 상기 제1회전자결합베어링(122)이 장착되며, 암수 1쌍으로 성형된 상기 제1회전자결합허브(123)를 이용하여 상기 고정축(210)에 결합된다.
상기 제1회전자(120)의 외측에 비자성 복합연성물질로 성형되고, 상기 슬롯(134) 형상을 포함하고, 상기 슬롯(134)에 권선된 코일(135)에 자기장을 유도하여 기전력을 생성하는 고정자(130)를 구성한다.
상기 고정자(130)는 좌우 측면의 지지를 위해 상기 고정자측판L(131a) 및 고정자측판R(131b)를 구성한다.
상기 고정자측판L(131a)은 상기 고정자(130)의 좌측면 지지를 위해 상기 key(136), 상기 스냅링(137), 상기 고정축결합체L(213a), 상기 부싱L(133a)을 이용하여 상기 고정축(210)에 결합한다.
상기 고정자측판R(131b)은 상기 고정자(130)의 우측면 지지를 위해 상기 key(136), 상기 스냅링(137), 상기 고정축결합체R(213b), 상기 부싱R(133b)을 이용하여 상기 고정축(210)에 결합한다.
상기 고정자(130)는 상기 제1회전자(120)와 상기 제2회전자(150)사이에 위치하며, 코일(135)을 권선하기 위해 다수개의 슬롯(134)을 성형한다.
상기 슬롯(134)에 권선된 코일(135)에 자기장을 유도하여 기전력을 생성한다.
상기 부싱L(133a)은 일측단이 고정축(210) 외주면에 결합되고, 타측단은 고정자측판L(131a)의 중심부 내주면 및 상기 제2회전자 결합베어링L(155a)의 내주면과 결합된다.
상기 부싱R(133b)은 일측단은 고정축(210) 외주면에 결합되고, 타측단은 고정자측판R(131b)의 중심부 내주면 및 상기 제2회전자 결합베어링R(155b)의 내주면과 결합된다.
상기 부싱R(133b)은 상기 고정축(210)과 평행한 방향으로 배선관통구(241)가 성형된다.
상기 배선관통구(141)를 통해 외부로 안전하게 도출되는 상기 배선(142)을 구비한다.
상기 제2회전자(150)는 상기 고정자(130)의 외측에서 상기 제1회전자(120)와 대응하여 중공원통형으로 상기 자성체(157b) 또는 상기 복수의 자석(157a)으로 성형된다.
상기 제2회전자(150)는 상기 고정축(210)과 상기 부싱L(133a) 및 상기 부싱R(133b)에 결합하기 위해 양쪽에 상기 제2회전자측판L(151a)과 상기 제2회전자측판R(151b)을 구성한다.
상기 제2회전자측판L(151a)은 상기 제2회전자 결합베어링L(155a)를 장착하여 상기 부싱L(133a)의 외주면과 결합되고, 상기 부싱L(133a)의 내주면은 상기 고정축(210)과 결합되어 상기 제2회전자(150)가 회전하도록 한다.
상기 제2회전자측판R(151b)은 상기 제2회전자 결합베어링R(155b)을 장착하여 상기 부싱R(133b)의 외주면과 결합되고, 상기 부싱R(133b)의 내주면은 상기 고정축(210)과 결합되어 상기 제2회전자(150)가 회전하도록 한다.
또한, 첨부한 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이,
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치는 상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)의 외곽을 형성하는 상기 제2회전자 외주면(152)에 다수개의 직사각 판형구조물을 일측 방향으로 나선형으로 성형한 상기 나선형 블레이드(341)를 결합하여 기전력을 생산하기 위한 풍력발전장치(300) 또는 조력발전장치(400)에 관한 것이다.
도 9에 의하면, 상기 나선형 블레이드(341)는 3개의 판형구조물이 나선형으로 절곡되고, 블레이드 곡면기울기 각(342)과 블레이드 성형 각(343) 및 블레이드 배치각a(344a)과 블레이드 배치각c(344b) 및 블레이드 배치각c(344c)를 형성하여 상기 나선형 블레이드부(340)를 형성한다.
일례로 보다 자세하게 살펴보면,
블레이드를 만들기 위해 직사각 판형 구조물을 일측 방향으로 나선형으로 성형하여 상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)의 외곽을 형성하는 상기 제2회전자 외주면(152)에 결합하기 위한 다수의 상기 나선형 블레이드(341)를 성형한다.
나선형 블레이드부(340)는 상기 제2회전자 외주면(152)에서 가장자리의 끝까지 각각 270° 이상의 기울기를 가져서 나선형 블레이드부(340)를 모두 성형한 풍력터빈 전면(330a) 및 풍력터빈 후면(330b)이 원통형이 되도록 곡면기울기각(342)을 구성한다.
상기 블레이드 곡면기울기 각(342)을 유지한 상태에서 상기 제2회전자 외주면(152)의 원형 기울기와 대응하여 한쪽 방향으로 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 12시 방향(0°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 9시 방향(270°) 이상 결합되도록 나선형으로 성형되는 블레이드 성형 각(343)을 형성한다.
상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 12시 방향(0°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 9시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 상기 블레이드 배치각a(344a)를 유지한다.
상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 4시 방향(120°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 1시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 상기 블레이드 배치각b(344b)를 유지한다.
상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 8시 방향(240°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 5시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 상기 블레이드 배치각c(344c)를 유지한다.
풍력터빈 전면(330a)의 바람유입부(335a) 외경이 풍력터빈 후면(330b)의 바람토출부(335b)의 외경보다 크게 성형한다.
풍력터빈 전면(330a)의 외경보다 풍력터빈 측면(330c)을 더 길게 성형한다.
본 발명에 따른 상기 풍력발전장치(300)는 지면으로부터 지상구조물(310)에 의해서 지지를 받고, 그 위쪽에 좌우로 회전하는 요양장치(311)를 구성하고, 상기 요양장치 위에 너셀(312)을 설치하고, 상기 너셀(312) 및 상기 제2회전자 외주면(152)에 상기 나선형 블레이드부(340)를 결합하여 동력에너지를 생산한다.
상기 풍력발전장치(300)를 결합하는 상기 너셀(312), 상기 요양장치(311) 및 상기 조력발전장치(400)를 결합하는 조력터빈용 요양장치(402)는 제어핀(355)을 이용하여 좌측 또는 우측으로 360° 이하로만 움직이도록 한다.
이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 나선형 블레이드를 이용한 발전장치의 작용에 대하여 설명한다.
외부에 있는 상기 제2회전자(150)에게 외력에 의한 회전동력이 발생하면, 상기 회전축(110) 또는 상기 고정축(210)에 회전하도록 결합된 상기 제1회전자(120)와 상기 제2회전자(150)가 동시에 동일한 방향으로 동일한 회전각을 가지고 등속회전을 하게 된다. 즉, 상기 제1회전자(120)는 상기 제1회전자 결합허브(123)를 이용하여 상기 회전축(110)에 직접 결합되거나, 상기 제1회전자 결합베어링(122)을 장착한 상기 제1회전자 결합허브(123)를 이용하여 상기 고정축(210)과 자율 회전되도록 결합되어 있으므로, 나선형 블레이드(341)를 이용한 풍력 및 수력 등등 외부동력에 의해 회전되는 상기 제2회전자(150)와 자력에 의해 서로 붙으려고 끌어당기는 힘에 이끌리면서 상기 제1회전자(120) 및 상기 제2회전자(150)가 동시에 동일한 방향으로 동일한 회전각을 이루며 등속 회전운동을 하게 된다.
상기 고정자(130)에 설치된 상기 코일(135)에 의해 형성되는 기전력은 상기 코일(135)을 따라 상기
부싱R(133b)의 상기 배선관통구(241)를 통해 외부로 안전하게 도출된다.
그러므로 외부에 노출된 상기 제2회전자 외주면(152)에 상기 나선형 블레이드부(340)를 부착하여 회전시키게 될 때 상기 제1회전자(120) 및 상기 제2회전자(150)가 서로 끌어당기며 붙으려고 하는 힘을 유지한 상태에서 회전하게 되어서, 코깅토크와 와전류를 억제하여 고열과 회전저항을 줄이므로 풍력 또는 조력 발전의 연간 이용률을 높이고 고효율의 기전력을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조로 본 발명의 나선형 블레이드를 이용한 발전장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
100 : 회전축을 이용하는 발전장치
110 : 회전축
111a : 회전축 지지대L 111b : 회전축 지지대R
112 : 회전축 베어링
120 : 제1회전자
121 : 제1회전자 테두리
122 : 제1회전자 결합베어링
123 : 제1회전자 결합허브
124 : 회전자바퀴살
130 : 고정자
131a : 고정자측판L 131b : 고정자측판R 132 : 고정자 결합베어링
133a : 부싱L(Bushing L) 133b : 부싱R(Bushing R)
134 : 슬롯
135 : 코일
136 : key
137 : 스냅링(snap ring)
150 : 제2회전자
151a : 제2회전자 측판L 151b : 제2회전자 측판R
152 : 제2회전자 외주면
155a : 제2회전자 결합베어링L 155b : 제2회전자 결합베어링R
157a : 복수의 자석
157b : 자성체
200 : 고정축을 이용하는 발전장치
210 : 고정축
211a : 고정축 지지대L 211b : 고정축 지지대R
213a : 고정축 결합체L 213b : 고정축 결합체R
241 : 배선 관통구 242 : 배선
300 : 풍력발전장치
310 : 지상구조물
311 : 요양장치 312 : 너셀(nacelle)
330a: 풍력터빈 전면 330b: 풍력터빈 후면 330c: 풍력터빈 측면
335a: 바람유입부 335b: 바람토출부
340 : 나선형 블레이드부(Spiral Blade Device)
341 : 나선형 블레이드(Spiral Blade)
342 : 블레이드 곡면기울기 각
343 : 블레이드 성형각
344 : 블레이드 배치각
344a : 블레이드 배치각a 344b : 블레이드 배치각b 344c : 블레이드 배치각c
355 : 제어핀(Control Fin)
400 : 조력발전장치
401 : 지상거치대 402 : 조력터빈용 요양장치

Claims (12)

  1. 회전축(110)을 이용한 발전장치(100A)에 있어서,
    회전축지지대L(111a) 및 회전축지지대R(111b)과 결합되어 외부동력에 의해 회전하는 회전축(110);
    상기 회전축(110)을 지지하기 위해 베어링을 장착한 상기 회전축지지대L(111a) 및 상기 회전축지지대R(111b);
    상기 회전축(110)과 부싱R(133b)을 결합하기 위한 상기 회전축(110)의 외주면에 장착되는 회전축베어링(112);
    상기 회전축(110)의 외측에서 복수의 자석(157a) 또는 자성체(157b)로 성형되며, 제1회전자결합허브(123)를 이용하여 상기 회전축(110)과 결합되어 회전되도록 설치되는 제1회전자(120);
    다수 또는 단수의 중공원형으로 성층되며, 다수의 슬롯(134)을 형성할 수 있는 제1회전자 테두리(121);
    상기 제1회전자 테두리(121)는 테두리를 가진 교차로(十) 모양으로 결합되고, 교차로(十)가 형형되는 정 중심부에 중공원형을 성형하는 제1회전자 바퀴살(124);
    상기 회전축(110)과 상기 제1회전자 바퀴살(124)을 결합하기 위해 암수 나사를 포함한 1쌍으로 성형된 상기 제1회전자결합허브(123);
    상기 제1회전자(120)의 외측에 비자성(非磁性) 복합연성물질로 성형되고, 상기 슬롯(134) 형상을 포함하고, 상기 슬롯(134)에 권선된 코일(135)에 자기장을 유도하여 기전력을 생성하는 고정자(130);
    상기 고정자(130)의 좌측면 지지를 위해 고정자결합베어링(132), key(136), 스냅링(137)을 이용하여 회전축(110)에 고정되도록 결합되는 고정자측판L(131a);
    상기 고정자(130)의 우측면 지지를 위해 상기 key(136), 상기 스냅링(137), 상기 회전축베어링(112), 상기 부싱R(133b)을 이용하여 결합되는 고정자측판R(131b);
    상기 고정자(130)의 상기 슬롯(134)에 권선되는 상기 코일(135);
    상기 고정자(130)의 외측에서 상기 자성체(157b) 또는 상기 복수의 자석(157a)으로 성형되며, 상기 회전축(110)과 회전하도록 결합되어 외부에서 외력에 의해 회전되도록 설치되는 제2회전자(150);
    상기 제2회전자(150)와 상기 회전축(110)에 직접 결합되는 제2회전자측판L(151a);
    상기 제2회전자(150)와 부싱R(133b)의 외주면에 결합되는 제2회전자측판R(151b);
    상기 제2회전자측판R(151b)의 정중심부에 장착되어 상기 부싱R(133b)의 외주면에 결합되는 제2회전자결합베어링R(155b);
    상기 제2회전자결합베어링R(155b)의 내주면과 상기 회전축(110)의 외주면을 결합시키며, 상기 회전축(110)과 동일한 방향으로 배선관통구(141)를 성형하는 상기 부싱R(133b); 및
    상기 부싱R(133b)의 상기 배선관통구(141)를 통해 외부로 안전하게 도출되는 배선(142)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  2. 고정축(210)을 이용한 발전장치(200A)에 있어서,
    외부동력에 의해 회전하지 않고 고정축지지대L(211a) 및 고정축지지대R(211b)과 결합되는 고정축(210);
    상기 고정축(210)을 지지하기 위한 상기 고정축지지대L(211a) 및 상기 고정축지지대R(211b);
    상기 고정축(210)과 부싱L(133a) 및 부싱R(133b)을 고정시키기 위한 고정축결합체L(213a) 및 고정축결합체R(213b);
    상기 고정축(210)의 외측에서 복수의 자석(157a) 또는 자성체(157b)로 성형되며, 제1회전자결합베어링(122)을 장착한 제1회전자결합허브(123)를 이용하여 상기 고정축(210)으로부터 자율 회전되도록 설치되는 제1회전자(120);
    다수 또는 단수의 중공원형으로 성층되며, 다수의 슬롯(134)을 형성할 수 있는 제1회전자 테두리(121);
    상기 제1회전자 테두리(121)는 테두리를 가진 교차로(十) 모양으로 성형되고, 교차로(十)가 성형되는 정 중심부에 중공원형을 성형하는 제1회전자 바퀴살(124);
    상기 고정축(210)에서 상기 제1회전자 바퀴살(124)이 회전되도록 결합시키는 상기 제1회전자결합베어링(122);
    상기 고정축(210)에서 상기 제1회전자 바퀴살(124)이 회전되도록 결합하기 위해 상기 제1회전자결합베어링(122)을 장착하고 암수 나사를 포함한 1쌍으로 성형된 상기 제1회전자결합허브(123);
    상기 제1회전자(120)의 외측에 비자성 복합연성물질로 성형되고 상기 슬롯(134) 형상을 포함하고 상기 슬롯(134)에 권선된 코일(135)에 자기장을 유도하여 기전력을 생성하는 고정자(130);
    상기 고정자(130)의 좌측면 지지를 위해 key(136), 스냅링(137), 고정축결합체L(213a), 부싱L(133a)을 이용하여 상기 고정축(210)에 고정되도록 결합되는 상기 고정자측판L(131a);
    상기 고정자(130)의 우측면 지지를 위해 상기 key(136), 상기 스냅링(137), 상기 고정축결합체R(213b), 상기 부싱R(133b)을 이용하여 상기 고정축(210)에 고정되도록 결합되는 고정자측판R(131b);
    상기 고정자(130)의 상기 슬롯(134)에 권선되는 상기 코일(135);
    상기 고정자(130)의 외측에서 상기 자성체(157b) 또는 상기 복수의 자석(157a)으로 성형되며, 제2회전자측판L(151a)과 제2회전자측판R(151b)의 내주면에 제2회전자 결합베어링R(155b)을 이용하며, 상기 고정축(210)과 상기 부싱R로부터 회전하도록 연결되어 외부에서 외력에 의해 회전되도록 설치되는 제2회전자(150);
    상기 제2회전자(150)와 상기 고정축(210)을 결합하기 위해 상기 부싱L(133a)과 상기 부싱R(133b)을 이용하여 양쪽에 결합되는 상기 제2회전자측판L(151a)과 상기 제2회전자측판R(151b);
    상기 제2회전자측판L(151a)과 상기 제2회전자측판R(151b)의 정중심부에 장착되어, 상기 부싱L(133a)과 상기 부싱R(133b)의 외주면에 결합되는 제2회전자 결합베어링L(155a) 및 제2회전자 결합베어링R(155b);
    상기 제2회전자 결합베어링L(155a) 및 상기 제2회전자 결합베어링R(155b)과 상기 고정축(210)을 결합시키는 상기 부싱L(133a)과 상기 부싱R(133b); 및
    상기 부싱R(133b)의 상기 배선관통구(241)를 통해 외부로 안전하게 도출되는 상기 배선(242)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정자(130)의 상기 고정자측판L(131a)는 중심부 내주면에 상기 key(136)로 고정하고 좌우 측면에는 상기 스냅링(137)으로 고정하여 상기 고정축(210)과 고정되도록 결합하고,
    상기 고정자측판R(131b)은 중심부 내주면에 상기 key(136)로 고정하고, 좌우 측면에는 상기 스냅링(137)을 이용하며, 상기 부싱R(133b)을 이용하여 회전축(110)과 결합하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정자(130)의 상기 고정자측판L(131a)은 중심부 내주면에 상기 key(136)로 고정하고, 좌우 측면에는 상기 스냅링(137)으로 고정하며, 상기 부싱L(133a)을 이용하여 고정축(210)과 고정되도록 결합하고,
    상기 고정자측판R(131b)은 중심부 내주면에 상기 key(136)로 고정하고, 좌우 측면에는 상기 스냅링(137)으로 고정하며, 상기 부싱R(133b)을 이용하여 고정축(210)과 결합하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  5. 제1항 및 제2항에 있어서,
    상기 제1회전자(120) 및 상기 제2회전자(150) 중에 어느 한쪽을 상기 복수의 자석(157a)으로 성형시킬 때 다른 쪽은 상기 자성체(157b)로 성형시키거나, 어느 한쪽을 상기 자성체(157b)로 성형시킬 때 다른 쪽은 상기 복수의 자석(157a)으로 성형시키거나, 상기 제1회전자(120)와 상기 제2회전자(150) 모두에게 상기 복수의 자석(157a)으로 성형시키거나, 상기 복수의 자석(157a)을 결합할 수 있는 슬롯을 성형할 수 있는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  6. 제1항 및 제2항에 있어서,
    상기 제2회전자(150)가 외부의 외력에 의해 회전할 때 내부에 있는 상기 제1회전자(120)도 자력의 영향으로 상기 제2회전자(150)와 붙으려는 힘에 이끌리며 직접 붙지는 못하지만 서로 끌어당기면서 동시에 동일한 방향으로 동일한 회전각의 위상을 가지면서 상기 제1회전자(120)와 상기 제2회전자(150)가 함께 등속회전운동을 하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  7. 제1항 및 제2항에 있어서,
    상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)에 있어서,
    직사각 판형구조물을 일측 방향으로 나선형으로 성형하여, 상기 제2회전자 외주면(152)에 결합하는 다수의 나선형 블레이드(341);
    상기 나선형 블레이드부(340)는 상기 제2회전자 외주면(152)에서 가장자리끝까지 각각 270° 이상의 기울기를 가져서 상기 나선형 블레이드부(340)를 모두 성형한 풍력터빈 전면(330a) 및 풍력터빈 후면(330b)이 원통형이 되도록 구성되는 곡면기울기각(342): 및
    상기 블레이드 곡면기울기 각(342)을 유지한 상태에서 상기 제2회전자 외주면(152)의 원형 기울기와 대응하여 한쪽 방향으로 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 12시 방향(0°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 9시 방향(270°) 이상 결합되도록 나선형으로 성형되는 블레이드 성형 각(343)을 구성하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 첫 번째 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 12시 방향(0°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 9시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 결합되는 나선형 블레이드 배치각a(344a);
    상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 두 번째 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 4시 방향(120°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 1시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 결합되는 나선형 블레이드 배치각b(344b); 및
    상기 블레이드 성형 각(343)을 가진 세 번째 상기 나선형 블레이드(341)를 상기 제2회전자 외주면(152)의 앞쪽 8시 방향(240°)에서 뒤틀림을 시작하여 상기 제2회전자 외주면(152)의 뒤쪽 5시 방향(270°) 이상으로 나선형의 뒤틀림이 이르도록 결합되는 나선형 블레이드 배치각c(344c)를 유지하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  9. 제7항에 있어서,
    풍력터빈 전면(330a)의 바람유입부(335a) 외경이 풍력터빈 후면(330b)의 바람토출부(335b)의 외경보다 크게 성형하고, 풍력터빈 전면(330a)의 외경보다 풍력터빈 측면(330c)을 더 길게 성형하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  10. 제7항에 있어서,
    지면에서 풍력발전장치(300)의 지지역할을 하는 지상구조물(310);
    상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)와, 상기 나선형 블레이드부(340)를 결합시키는 너셀(312);
    상기 지상구조물(310)과 상기 너셀(312)을 결합시켜 상기 풍력발전장치(300)를 회전시키는 요양장치(311);
    상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)와, 상기 나선형 블레이드부(340)와, 상기 너셀(312)과, 상기 요양장치(311)와, 상기 지상구조물(310)로 상기 풍력발전장치(300)를 구성하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  11. 제7항에 있어서,
    해상에서 조력발전장치(400)의 지지역할을 하는 지상거치대(401);
    상기 지상거치대(401)와 상기 조력발전장치(400)를 회전시키는 요양장치(411);
    상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A) 또는 상기 고정자를 이용하는 발전장치(200A)와, 상기 나선형 블레이드부(340)와, 상기 요양장치(411)와, 상기 지상거치대(401)로 상기 조력발전장치(400)를 구성하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 회전자를 이용하는 발전장치(100A)의 경우, 상기 나선형 블레이드부(340)를 상기 회전축(110)의 외주면에 결합할 수 있는 풍력발전장치(300) 또는 조력발전장치(400)를 구성하는 것을 특징으로 하는 회전자 외주면에 블레이드를 결합한 발전장치.
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