KR20230101220A - 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조 - Google Patents

복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조는, 로터몸체와, 상기 로터몸체에 결합되어 바람을 동력으로 회전 에너지를 발생하는 로터블레이드를 포함하는 로터부; 상기 로터부에 직결되어 상기 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전유닛; 및 상기 로터몸체 또는 로터블레이드에 부착되어 상기 로터블레이드의 회전과 동일하게 회전되며, 내부에 수용체가 수용된 관성실린더를 통해 자중에 따라 상기 수용체가 이동되어 상기 로터부의 회전을 균일하게 하는 이너시아 발생부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조는, 로터몸체에 부착되어 로터블레이드와 같이 회전되는 관성실린더 내 수용체의 관성모멘트에 의해 로터부가 균일하고 지속적으로 회전될 수 있어 일정한 회전 에너지가 발생하고 풍력 발전효율이 상승될 수 있으며, 로터블레이드가 무거워지더라도 일단 회전이 촉발된 이후 적정 토크 이상이 발생되므로 회전 에너지가 확보될 수 있어 로터부의 내구성도 유지될 수 있다.

Description

복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조{ROTOR STRUCTURE HAVING PLURAL INERTIA-CYLINDERS FOR WIND GENERATOR}
본 발명은 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블레이드에 부착되어 같이 회전되는 복수의 관성실린더에서 내부 수용체의 이동에 따라 로터부가 비교적 균일하고 일정하게 회전될 수 있는 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(또는 프로펠러)를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전 에너지를 이용하여 발전기를 구동하여 전기를 생산한다. 여기서 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다.
최근 친환경 발전, 그린 에너지 및 지속가능한 에너지 관점에서 풍력 발전기의 수요는 비약적으로 증가하고 있으며, 풍력 발전을 위한 장소도 기존 해상, 산간 오지 등뿐만 아니라 컴팩트한 사이즈로 개발되어 도심 옥상, 주택가 등에서의 발전 가능성을 타진하고 있는 상태이다.
이러한 풍력발전기의 최대 단점은 균일하고 지속적인 바람 공급원이 제공되어야 하는 점이다.
그러나, 평지가 거의 없고 산이 많은 우리나라 지형 구조상 바람이 지속적으로 공급되기가 힘들고 자연 현상의 제어도 사실상 불가능하여 바람이 균일하게 불기는 거의 불가능하여 회전 에너지가 일정하게 발생되지 못해 풍력 발전효율이 저해되는 문제점이 있다.
또한, 소형화 및 컴팩트화 경향에 따라 블레이드의 무게를 줄이고 관성모멘트를 낮추게 되면 로터 및 풍력발전기 자체의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 로터몸체에 부착되어 로터블레이드와 같이 회전되는 관성실린더 내 수용체의 관성모멘트에 의해 로터부가 균일하고 지속적으로 회전될 수 있어 일정한 회전 에너지가 발생하고 풍력 발전효율이 상승될 수 있으며, 로터블레이드가 무거워지더라도 일단 회전이 촉발된 이후 적정 토크 이상이 발생되므로 회전 에너지가 확보될 수 있어 로터부의 내구성도 유지될 수 있는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조는, 로터몸체와, 상기 로터몸체에 결합되어 바람을 동력으로 회전 에너지를 발생하는 로터블레이드를 포함하는 로터부; 상기 로터부에 직결되어 상기 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전유닛; 및 상기 로터몸체 또는 로터블레이드에 부착되어 상기 로터블레이드의 회전과 동일하게 회전되며, 내부에 수용체가 수용된 관성실린더를 통해 자중에 따라 상기 수용체가 이동되어 상기 로터부의 회전을 균일하게 하는 이너시아 발생부를 포함할 수 있다.
상기 이너시아 발생부는, 상기 로터몸체에 마련되어 상기 관성실린더를 지지하는 지지브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 이너시아 발생부는 상기 로터블레이드에 마련되어 상기 관성실린더를 지지하는 지지브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 로터부와 연결되어 상기 바람 방향에 따라 상기 로터부를 회동하는 풍향추종부를 더 포함하며, 상기 풍향추종부는, 추종본체; 및 상기 추종본체 후단에 마련되는 추종날개를 포함할 수 있다.
상기 로터부는 상기 로터몸체에 결합되는 회전샤프트를 더 포함하며, 상기 관성실린더의 일측에 상기 지지브라켓이 연결될 수 있다.
본 발명에 의한 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조는, 로터몸체에 부착되어 로터블레이드와 같이 회전되는 관성실린더 내 수용체의 관성모멘트에 의해 로터부가 균일하고 지속적으로 회전될 수 있어 일정한 회전 에너지가 발생하고 풍력 발전효율이 상승될 수 있으며, 로터블레이드가 무거워지더라도 일단 회전이 촉발된 이후 적정 토크 이상이 발생되므로 회전 에너지가 확보될 수 있어 로터부의 내구성도 유지될 수 있다.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 정면도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조가 적용된 소형 풍력발전기의 실제 적용례이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 정면도이고, 도 3은 도 2의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조가 적용된 소형 풍력발전기의 실제 적용례이다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 관성실린더(310)를 구비한 풍력발전기용 로터구조는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 로터몸체(120)와, 상기 로터몸체(120)에 결합되어 바람을 동력으로 회전 에너지를 발생하는 로터블레이드(110)를 포함하는 로터부(100); 상기 로터부(100)에 직결되어 상기 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전유닛(200); 및 상기 로터몸체(120) 또는 로터블레이드(110)에 부착되어 상기 로터블레이드(110)의 회전과 동일하게 회전되며, 내부에 수용체(320)가 수용된 관성실린더(310)를 통해 자중에 따라 상기 수용체(320)가 이동되어 상기 로터부(100)의 회전을 균일하게 하는 이너시아 발생부(300)를 포함할 수 있다.
로터부(100)는 주로 도 1 내지 도 3을 참조하면, 로터몸체(120)와, 상기 로터몸체(120)에 결합되어 바람을 동력으로 회전 에너지를 발생하는 로터블레이드(110)를 포함할 수 있다.
로터몸체(120)는 원형의 단면 형상을 가지고 일단에는 회전샤프트(130)가 결합될 수 있다. 로터몸체(120)의 외면에는 로터블레이드(110)가 결합될 수 있다.
이에 따라, 로터블레이드(110)의 회전에 의해 로터몸체(120) 및 이에 연결된 회전샤프트(130)가 회동될 수 있다.
회전샤프트(130)에는 발전유닛(200)이 연결될 수 있다. 로터부(100)의 회전 에너지는 발전유닛(200)에 의해 전기 에너지로 변환되며, 도면에 도시되지 않았지만 발전유닛(200)에 연결된 저장소 등으로 전기 에너지가 출력 및 저장될 수 있다.
회전샤프트(130)의 단부 구역에는 풍향추종부(400)가 마련될 수 있다. 상기 풍향추종부(400)는 상기 바람 방향에 따라 상기 로터부(100)를 회동하는 부분이다. 상기 풍향추종부(400)는, 추종본체(410); 및 상기 추종본체(410) 후단에 마련되는 추종날개(420)를 포함할 수 있다.
추종본체(410)는 로터몸체(120)에 연이어 배치되며, 유선형으로 마련되어 바람의 저항성을 줄일 수 있다. 그리고 추종날개(420)에 의해 로터블레이드(110)가 맞바람을 맞도록 추종본체(410) 및 로터몸체(120)의 위치가 조정될 수 있다.
한편, 평지가 거의 없고 산이 많은 우리나라 지형 구조상 바람이 지속적으로 공급되기가 힘들고 자연 현상의 제어도 사실상 불가능하여 바람이 균일하게 불기는 거의 불가능하여 회전 에너지가 일정하게 발생되지 못해 풍력 발전효율이 저해되는 문제점이 있었다.
이에 본 실시예에서는 이너시아 발생부(300)가 마련될 수 있다.
상기 이너시아 발생부(300)는 주로 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로터몸체(120)에 마련되어 상기 관성실린더(310)를 지지하는 지지브라켓(330); 지지브라켓(330)에 연결되는 관성실린더(310) 및 관성실린더(310) 내부에 수용되는 수용체(320)를 포함할 수 있다.
상기 지지브라켓(330)은 로터몸체(120) 외면에 원주 둘레를 따라 마련될 수 있다.
상기 관성실린더(310)의 일측에 상기 지지브라켓(330)이 연결될 수 있다. 이로써, 로터몸체(120) 및 이에 결합된 회전샤프트(130)에 편심되게 결합될 수 있다.
관성실린더(310) 내부에는 수용체(320)가 마련될 수 있다. 상기 수용체(320)는 유체 또는 고체(예컨대, 모래, 점도가 낮은 고형물 등)이 대상이 될 수 있다.
한편, 상기 이너시아 발생부(300)는 도 4에 도시된 것처럼 상기 로터블레이드(110) 외면에 마련될 수도 있으며, 이때에는 로터몸체(120)에는 로터블레이드(110)를 감싸는 블레이드하우징(140)이 추가로 마련되며, 블레이드하우징(140)은 로터몸체(120)에 일체로 결합될 수 있다.
그리고 블레이드하우징(140)에 이너시아 발생부(300)가 결합될 수 있다. 즉, 블레이드하우징(140) 외면에 상기 관성실린더(310)를 지지하는 지지브라켓(330)이 마련되며, 지지브라켓(330)에 관성실린더(310)가 배치될 수 있다.
이러한 구성의 이너시아 발생부(300)를 통해, 로터부(100)가 균일하고 지속적으로 회전될 수 있어 일정한 회전 에너지가 발생하고 풍력 발전효율이 상승될 수 있다. 이에 따라 도 5에서와 같은 건물 옥상 등에 설치가 가능할 수 있다.
또한, 소형화된 풍력발전기의 경우, 로터블레이드(110)가 무거워지더라도 일단 회전이 촉발된 이후 적정 토크 이상이 발생되므로 회전 에너지가 확보될 수 있어 로터부(100)의 내구성도 유지될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 복수의 관성실린더(310)를 구비한 풍력발전기용 로터구조의 발전 과정을 도 1 내지 도 5을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 바람에 의해 로터블레이드(110)가 회전한다.
이때, 기존 풍력발전기용 로터에 비해 상대적으로 관성모멘트가 클 수 있기 때문에, 회전을 촉발하는 제너레이터 구성이 추가로 마련될 수도 있을 것이다.
로터블레이드(110)의 회전하면 이에 연결된 로터몸체(120) 및 회전샤프트(130)가 회동된다. 이때, 이너시아 발생부(300)가 작동되게 된다.
이너시아 발생부(300)의 동작을 상세 설명하면, 도 2에 도시된 것처럼, 로터블레이드(110)가 시계 방향으로 회동하면 회전샤프트(130)를 기준으로 우측에 배치된 관성실린더(310)에서 자중에 의한 관성모멘트가 발생된다. 관성실린더(310) 내부의 수용체(320)가 자중에 의해 하방으로 외력을 형성하고, 이에 따라 로터몸체(120)의 회전 및 이에 연결된 회전샤프트(130)의 시계 방향 회전을 가속화한다.
이에 관성에 의한 시계 방향의 회전 흐름이 균일하게 확보되고, 회전 기준 이하의 바람이 작용되더라도 관성에 의한 회전력은 유지될 수 있게 된다.
이처럼, 로터부(100)가 균일하고 지속적으로 회전될 수 있어 일정한 회전 에너지가 발생하고 풍력 발전효율이 상승될 수 있다.
또한, 소형화된 풍력발전기의 경우, 로터블레이드(110)가 무거워지더라도 일단 회전이 촉발된 이후 적정 토크 이상이 발생되므로 회전 에너지가 확보될 수 있어 로터부(100)의 내구성도 유지될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 소형 풍력발전기
100 : 로터부 110 : 로터블레이드
120 : 로터몸체 130 : 회전샤프트
140 : 블레이드하우징 200 : 발전유닛
300 : 이너시아 발생부 310 : 관성실린더
320 : 수용체 330 : 지지브라켓
400 : 풍향추종부 410 : 추종본체
420 : 추종날개

Claims (5)

  1. 로터몸체와, 상기 로터몸체에 결합되어 바람을 동력으로 회전 에너지를 발생하는 로터블레이드를 포함하는 로터부;
    상기 로터부에 직결되어 상기 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전유닛; 및
    상기 로터부에 부착되어 상기 로터블레이드의 회전과 동일하게 회전되며, 내부에 수용체가 수용된 관성실린더를 통해 자중에 따라 상기 수용체가 이동되어 상기 로터부의 회전을 균일하게 하는 이너시아 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이너시아 발생부는, 상기 로터몸체에 마련되어 상기 관성실린더를 지지하는 지지브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로터부와 연결되어 상기 바람 방향에 따라 상기 로터부를 회동하는 풍향추종부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 풍향추종부는,
    추종본체; 및
    상기 추종본체 후단에 마련되는 추종날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 로터부는 상기 로터몸체에 결합되는 회전샤프트를 더 포함하며,
    상기 관성실린더의 일측에 상기 지지브라켓이 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 관성실린더를 구비한 풍력발전기용 로터구조.

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