KR20240003165A - 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단방향 또는 양방향으로의 풍력발전에 정방향 또는 역방향의 복합적 발전 구조를 갖는 단일 발전기를 적용하여 복합적인 풍력발전을 구현하면서 발전 성능을 효율적으로 개선함을 제공하도록, 타워형태의 설치대 상부에 고정 설치하는 하우징과; 상기 하우징의 전후 양단에 서로 대칭 배치하되 풍력에 의하여 정방향 또는 역방향 중 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구성하는 양방향 블레이드와; 상기 하우징 내 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전축을 연결 결합하여 전력을 생성시키는 이중회전자형 발전부;를 포함하고, 상기 이중회전자형 발전부는, 원주 방향으로 간격을 두고 복수 개의 슬롯을 구비하며 상기 슬롯마다 코일을 권선 형성하는 제1고정자와, 상기 제1고정자에 대응된 내측 또는 외측에 간격을 두고 배치하고 상기 제1고정자의 코일에 대응된 일면에 자극을 교번 가능한 영구자석을 부착 형성하는 제2고정자와, 상기 제1고정자 및 상기 제2고정자의 사이에서 회전 가능하게 설치하는 회전자모듈을 포함하는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기를 제공한다.
Description
본 발명은 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단방향 또는 양방향으로의 풍력발전에 정방향 또는 역방향의 복합적 발전 구조를 갖는 단일 발전기를 적용하여 복합적인 풍력발전을 구현하면서 발전 성능을 효율적으로 개선하는 것이 가능한 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 풍력에너지 즉 풍력에 의해 회전하는 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 전환시켜 각 수요자에게 전기를 공급하는 장치로서, 전반적으로 타워의 상부에 회전 가능하게 설치된 동체와, 상기 동체의 선단에서 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키기 위한 증속기 등의 기어박스와, 상기 기어박스에서 증속된 회전력을 전기적 에너지로 변환하는 발전기 등으로 구성되어 있다.
여기서 발전기는 보통 설치대에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 회전되게 장착되어 외력에 의해 회전하는 회전축과, 상기 회전축과 함께 회전하는 회전자로 구성되며, 상기 고정자와 회전자는 발전코일 혹은 영구자석으로 이루어지고, 상기 발전코일과 영구자석은 각각 다수의 권선으로 이루어지는 코일과 다수의 영구자석 조각이 일정한 피치로 배열되도록 구성하고 있다.
이러한 구조의 풍력발전기는 상기 회전축이 풍력에 의해 회전하게 되면, 상기 회전축에 결합된 발전코일 또는 영구자석이 회전하면서 상기 자석에서 발생하는 자기장에 의해 상기 코일 내부에는 전류가 흐르게 된다.
그러나 풍력발전기는 주로 바람이 많은 지역 즉, 풍속이 약 4m/s 이상인 곳에 설치하여 발전을 하고 있으나, 바람이 없거나 바람이 약한 경우에는 프로펠러의 회전력이 약해 발전효율이 떨어진다는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 개시되어 있었던 종래기술로써, 대한민국 등록특허공보 제973256호(2010.07.26.)에는 대형 프로펠러가 설치되고, 상기 대형 프로펠러의 축에 발전기가 결합된 풍력발전기에 있어서, 상기 대형 프로펠러와 발전기의 사이에는 회전력 가속부를 더 결합하는 바, 상기 회전력 가속부는 대형 프로펠러의 축과 결합되는 회전자와, 그 외측에 이격되어 결합되는 고정자로 이루어지며, 상기 고정자의 내주연에는 전자석이 부착되고, 상기 회전자 외주연에는 영구자석이 부착되게 구성됨에 따라 영구자석과 전자석의 서로 상호간의 역할로 풍력에 의한 회전력이 증대되므로 발전효율이 향상되는 매우 경제적이고 유용한 자력에 의해 발전력이 향상되는 풍력발전기가 공지되어 있다.
또한, 등록특허공보 제1272165호(2013.05.31.)에는 지면에 수직으로 설치되는 타워; 상기 타워의 상단에 수직축을 중심으로 회전 가능하도록 연결되는 나셀; 상기 나셀과 직각 방향으로 축결합되어 수평축을 중심으로 회전하는 회전체; 상기 회전체의 외주면에 0° 내지 30° 범위에서 피치각을 조절 가능하도록 결합되고, 시위선(Chord Line)을 중심으로 상부면과 하부면의 굴곡 형상이 완전하게 동일한 대칭의 에어포일(Airfoil) 형상으로 형성되어 상기 상부면과 하부면 양면에 양력에 의한 회전력이 발생되는 하나 이상의 블레이드; 및 상기 피치각을 0° 내지 30° 범위로 변화시키는 피치각 조절장치; 를 포함하되, 상기 피치각 조절장치는, 상기 회전체와 결합하는 피치각 조절모터 및 상기 피치각 조절모터에 연결되어 상기 블레이드에 동력을 전달하는 제3기어를 포함하여, 풍속 변화에 대응하여 상기 블레이드의 피치각을 가변시키고, 수평축 풍력발전기의 초기 구동 시 상기 블레이드의 피치각은 상기 피치각 조절장치에 의하여 20°내지 30°의 범위를 가지는 상태에서 상기 블레이드 및 회전체의 회전이 시작되고, 상기 블레이드 및 회전체의 회전 속도가 점차 증가함에 따라 상기 피치각 조절장치에 의하여 상기 블레이드의 피치각을 점차 감소시켜 상기 블레이드의 피치각이 0°로 조절되어 회전하며, 상기 블레이드의 회전속도가 점차 가속되어 양력이 향상되고, 이에 따른 상기 블레이드 및 회전체의 회전 속도가 더욱 증가하게 되며, 상기 블레이드는 상기 블레이드 단면의 회전 방향측 끝단으로부터 상기 블레이드 단면 폭의 1/5 내지 1/3 지점 사이의 두께가 가장 두꺼운 형태를 가지고, 상기 블레이드 단면의 회전 방향측 끝단으로부터 상기 블레이드 단면 폭의 1/5 내지 1/3 지점 사이의 두께는 상기 블레이드 단면 폭의 13.33% 내지 23.33% 범위 내의 값을 가지게 되어 상기 블레이드 표면에 출력의 감소를 야기시키는 실속영역이 감소하게됨과 동시에, 상기 블레이드의 길이방향을 따라 동일한 폭과 두께로 형성되어 상기 블레이드의 팁 쪽 영역을 중심으로 양력에 의한 회전력이 발생되며, 상기 블레이드의 회전 속도가 최고속도에 도달한 후에는 상기 블레이드를 향하여 불어오는 바람이 상기 블레이드의 회전으로 형성되는 회전면을 통과하지 못하고 원주방향 가장자리측으로 유도되도록 상기 블레이드의 피치각이 0°로 위치하도록 조절되어 회전함으로써, 상기 바람의 유동에너지를 가장 크게 회전동력으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 동일한 폭과 두께로 형성된 에어포일 블레이드를 이용한 수평축 풍력발전기가 공지되어 있다.
그러나 상기한 종래기술들은 모두 풍력발전기에 있어서 어느 한쪽만을 회전시킬 경우 코일과 영구자석의 상대속도 효율이 낮고, 이는 설치면적이나 중량이 제한되는 설치장소에서 적용하기 어려우며, 토크밀도 및 출력밀도에 한계가 있다는 문제가 있었다.
또한, 종래에는 하나의 타워에 양방향으로 구동할 수 있게 구성하는 경우, 풍력발전을 위한 발전기의 구성이 2개가 적용되야만 하기 때문에 장치의 원가상승을 초래하면서 설치 및 유지관리가 어렵다는 문제가 있었다.
또, 종래에는 발전기의 구성 중 자속 변조 철심이 단순히 링 형상의 브릿지로만 부착 고정하기 때문에 자속 변조 철심의 설치 각도가 틀어져 모터의 성능을 저하시킬 수 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 발전기를 적용하여 단방향은 물론 양방향의 블레이드를 갖는 이중 회전자 구조를 이루게 구성하므로 기존 풍력발전 대비 발전효율을 배가시키면서 고토크밀도 및 고출력밀도를 도모하고, 장치의 원가를 낮추면서 설치 및 유지관리가 용이하며, 기존 발전기의 동일 출력 대비 부피 및 중량을 최소화할 수 있는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기를 제공하는데, 그 목적이 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 고정자와 영구자석 사이에서 회전하는 자극편 회전자를 하우징에 맞물림 끼움 결합하여 일체로 조립하므로 모터 조립이 용이하며 원주 방향으로 배치한 회전자의 각도 틀어짐을 방지하여 발전기의 성능을 높일 수 있는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기는 타워형태의 설치대 상부에 고정 설치하는 하우징과; 상기 하우징의 전후 양단에 서로 대칭 배치하되 풍력에 의하여 정방향 또는 역방향 중 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구성하는 양방향 블레이드와; 상기 하우징 내 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전축을 연결 결합하여 전력을 생성시키는 이중회전자형 발전부;를 포함하고, 상기 이중회전자형 발전부는, 원주 방향으로 간격을 두고 복수 개의 슬롯을 구비하며 상기 슬롯마다 코일을 권선 형성하는 제1고정자와, 상기 제1고정자에 대응된 내측 또는 외측에 간격을 두고 배치하고 상기 제1고정자의 코일에 대응된 일면에 자극을 교번 가능한 영구자석을 부착 형성하는 제2고정자와, 상기 제1고정자 및 상기 제2고정자의 사이에서 회전 가능하게 설치하는 회전자모듈을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 이중회전자형 발전부를 기준으로 상기 양방향 블레이드에 대응하여 양측에 각각 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전에너지를 빠른 회전으로 전환하여 상기 이중회전자형 발전부에 전달하는 감속기어부를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 이중회전자형 발전부는, 상기 제1고정자의 극수와 상기 영구자석의 극수를 다르게 설계하고, 상기 제1고정자의 극수와 상기 영구자석의 극수를 조합하여 상기 회전자모듈의 개수를 결정하게 구성하는 결합형 구조로 구성한다.
또한, 상기 이중회전자형 발전부는, 상기 제1고정자에서 상기 회전자모듈에 대응된 일측에 영구자석을 더 부착 형성하고, 상기 제1고정자의 극수와 영구자석의 극수를 동일하게 설계하여 구성하는 비결합형 구조로 구성하는 것도 가능하다.
상기 회전자모듈은, 원주 방향을 따라 등간격으로 배치하고 양쪽 측면에 끼움홈을 형성하는 회전자와, 상기 회전자에 대응하여 수직 방향으로 연장 형성된 복수 개의 지지폴을 구비하며 상기 회전자가 간격을 두고 배치한 채 각도를 고정하게 상기 회전자의 끼움홈에 결속 결합하는 로터하우징와, 상기 로터하우징 중 상기 지지폴의 상단에 결합하여 상기 회전자를 구속 고정하는 로터커버를 구성한다.
본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기에 의하면 양방향 블레이드로부터 전달되는 회전력을 단일 발전기로부터 이중 회전자 구조를 이루게 구성하므로, 동일 풍력에 대한 발전효율을 극대화하며 고토크밀도 및 고출력밀도화를 도모하면서 시장경쟁력을 확보하고, 장치의 내부 구조에서 고가의 영구자석에 대한 사용량을 줄여 장치의 제조원가를 절감하는 반면 고전압을 생성시키며, 기존 발전기의 동일 출력 대비 부피 및 중량 저감을 도모할 수 있는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기는 발전기 모터의 기어비 산정에 의한 최적의 극수 조합으로 자속레벨을 낮출 수 있게 구성하므로, 고온 및 역자계에 의한 영구자석의 감자 내력이 우수하고, 영구자석의 비산 및 회전자의 비틀림 강성을 확보하여 모터의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 사시 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 확대 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부의 자계 변조 특성을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부의 다른 실시예를 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 사시 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부를 나타내는 확대 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부의 자계 변조 특성을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 일실시예에서 이중회전자형 발전부의 다른 실시예를 나타내는 평면도.
본 발명은 타워형태의 설치대 상부에 고정 설치하는 하우징과; 상기 하우징의 전후 양단에 서로 대칭 배치하되 풍력에 의하여 정방향 또는 역방향 중 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구성하는 양방향 블레이드와; 상기 하우징 내 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전축을 연결 결합하여 전력을 생성시키는 이중회전자형 발전부;를 포함하고, 상기 이중회전자형 발전부는, 원주 방향으로 간격을 두고 복수 개의 슬롯을 구비하며 상기 슬롯마다 코일을 권선 형성하는 제1고정자와, 상기 제1고정자에 대응된 내측 또는 외측에 간격을 두고 배치하고 상기 제1고정자의 코일에 대응된 일면에 자극을 교번 가능한 영구자석을 부착 형성하는 제2고정자와, 상기 제1고정자 및 상기 제2고정자의 사이에서 회전 가능하게 설치하는 회전자모듈을 포함하는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기를 기술구성의 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 하우징(10)과, 양방향 블레이드(20)와, 이중회전자형 발전부(100)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(10)은 지면으로부터 충분히 이격된 위치에 설치될 수 있게 설치대(5)의 상부에 고정 설치한다.
상기에서 설치대(5)는 수직방향 연장하여 기립 설치된 타워형태로 이루어지고, 내측에 전력선을 구비토록 형성한다.
상기 하우징(10)은 상자 형상으로 이루어지고, 상기 양방향 블레이드(20) 및 상기 이중회전자형 발전부(100)를 장착 지지하게 구성한다.
상기 양방향 블레이드(20)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)의 전후 양단에 서로 대칭된 구조로 배치 구성한다.
상기 양방향 블레이드(20)는 상기 하우징(10) 상에 회전 가능하게 설치하되, 풍력에 의하여 정방향 또는 역방향 중 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구성한다. 즉, 상기 하우징(10)의 전후로 배치된 한 쌍의 상기 양방향 블레이드(20)는 동일한 풍력에 의하여 전방에 배치한 블레이드가 정방향으로 회전하면 반대편 후방에 배치한 블레이드는 역방향으로 회전하게 구성한다.
상기 이중회전자형 발전부(100)는 전후 양방향으로의 전력 생성을 위한 발전을 도모하는 기능을 수행한다.
상기 이중회전자형 발전부(100)는 상기 하우징(10) 내 고정 설치하고, 상기 양방향 블레이드(20)의 회전축(21)을 연결 결합한다. 즉, 상기 이중회전자형 발전부(100)는 전후 양방향에서 상기 양방향 블레이드(20)로부터 전달되는 회전력을 전환하여 전력을 생성시킨다.
상기 이중회전자형 발전부(100)는 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1고정자(110) 및 제2고정자(120)를 구비하고, 상기 제1고정자(110) 및 상기 제2고정자(120)의 사이 공극에 자속변조효과를 발생시키는 회전자모듈(130)을 적용하여 구성한다.
상기 제1고정자(110)는 상기 회전자모듈(130)을 기준으로 내측 또는 외측에 구비토록 구성한다.
상기 제1고정자(110)는 원형의 링 형상을 이루며, 상기 제1고정자(110)에는 원주방향으로 간격을 두고 복수 개의 슬롯(111)을 구비한다. 즉, 상기 제1고정자(110)에는 상기 회전자모듈(130)에 대응하여 상기 슬롯(111)이 돌출 형성한다.
상기 슬롯(111)에는 각각에 코일(113)이 일정한 권선수로 감겨 지고, 자속의 자기통로 역할을 수행하게 구성한다.
상기 제2고정자(120)는 상기 제1고정자(110)에 대응하여 배치 구성하되, 상기 제1고정자(110)에 대응된 내측 또는 외측에 간격을 두고 배치 구성한다.
상기 제2고정자(120)에는 상기 제1고정자(110)의 코일(113)에 대응된 일면에 자극을 교번 가능한 영구자석(125)을 부착 형성한다. 즉, 복수 개의 슬롯(111)에 코일(113)이 권선되어 있는 상기 제1고정자(110)에 상기 영구자석(125)의 자속을 쇄교시켜 상기 회전자모듈(130)이 하나의 독립된 자기장 내 폐회로를 이룰 수 있게 한다.
상기에서 영구자석(125)은 희토류 금속 종류의 자속밀도가 높은 자석으로 복수 개의 영구자석(125)이 일정 간격을 두고 N극성 및 S극성이 순차적으로 배열시켜 상기 제2고정자(120)에 부착된다.
상기 제1고정자(110) 및 상기 제2고정자(120)는 상기 회전자모듈(130)을 기준으로 각각 내측 또는 외측에 배치 형성한다. 도면(도 3 내지 도 5)에서는 코일(113)이 권선된 상기 슬롯(111)을 구비한 상기 제1고정자(110)를 내측에 배치하면서 영구자석(125)이 부착 고정된 상기 제2고정자(120)를 외측에 배치하게 구성하여 외전형 구조로만 개시하고 있지만, 코일(113)이 권선된 상기 슬롯(111)을 구비한 상기 제1고정자(110)를 외측에 배치하면서 영구자석(125)이 부착 고정된 상기 제2고정자(120)를 내측에 배치하게 구성하여 내전형 구조를 이루게 구성하는 것도 가능하다.
상기 회전자모듈(130)은 상기 제1고정자(110) 및 상기 제2고정자(120)의 사이에 위치하여 원형의 링 형상으로 배치 형성하고, 상기 제1고정자(110)와 상기 제2고정자(120)의 사이에서 회전 가능하게 설치한다.
상기 회전자모듈(130)은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 원주 방향을 따라 등간격으로 배치하는 복수 개의 회전자(131)와, 복수의 상기 회전자(131)를 일체로 조립 고정하는 로터하우징(133)과, 상기 회전자(131)를 구속 고정토록 상기 로터하우징(133)에 결합하는 로터커버(135)를 구성한다.
상기 회전자(131)는 직사각형의 막대 형상으로 이루어지고, 회전기 갭의 형상을 조절하고 자기 저항을 제어 가능한 자극편 구조를 이룬다.
상기 회전자(131)에는 원주 방향으로의 양쪽 측면에 끼움홈(132)을 형성한다. 즉, 상기 회전자(131)는 사각 단면에서 상기 끼움홈(132)을 형성하여 "H" 단면형상을 이루게 형성한다.
상기 끼움홈(132)은 상기 회전자(131)의 측면에 내측으로 오목하게 형성하되 상하 길이방향으로 연장 형성한다.
상기 로터하우징(133)은 개개의 상기 회전자(131)가 일정한 간격을 두고 배치되게 지지 고정한다. 즉, 상기 로터하우징(133)에서는 상기 회전자(131)가 간격을 두고 배치한 채 설치각도를 유지토록 부동상태로 고정한다.
상기 로터하우징(133)에는 상기 회전자(131)에 대응하여 수직 방향으로 연장 형성된 복수 개의 지지폴(134)을 구비한다. 즉, 상기 회전자(131)는 상기 지지폴(134)의 사이마다 끼움 결합하되, 상기 회전자(131)의 끼움홈(132)에 상기 지지폴(134)이 맞물림 결합하여 상기 회전자(131)가 부동상태를 유지할 수 있도록 구속 조립하게 구성한다.
상기에서 회전자(131)는 상기 로터하우징(133)의 지지폴(134) 사이마다 개방된 상부로 진입하여 결속 결합한다.
상기 로터커버(135)는 상기 로터하우징(133) 중 상기 지지폴(134)의 상단에 결합하여 상기 회전자(131)를 재차 구속 고정한다.
상기 로터커버(135)는 상기 회전자(131) 및 상기 지지폴(134)이 배치된 원주 둘레에 대응하여 링 형상으로 구성하고, 상기 로터커버(135)는 상기 회전자(131) 및 상기 지지폴(134)에 결속 결합하게 구성한다.
상기 이중회전자형 발전부(100)는 결합형 구조 또는 비결합형 구조의 구동 원리를 이루게 구성한다.
결합형 구조를 갖는 상기 이중회전자형 발전부(100)는 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 제1고정자(110)의 극수와 상기 영구자석(125)의 극수를 다르게 설계한다. 즉, 상기 제1고정자(110)의 극수와 상기 영구자석(125)의 극수를 조합하여 상기 회전자모듈(130)의 개수를 결정하게 구성한다.
상기에서 제1고정자(110)에서 발생되는 자계와 상기 영구자석(125)에서 발생되는 자계가 상기 회전자모듈(130)을 지나면서 공간 고조파가 변조되어 변조된 상기 제1고정자(110)의 자계와 상기 영구자석(125)의 자계가 동기화되므로 토크 발생 및 구동되는 원리를 이룬다.
상기와 같은 이중회전자형 발전부(100)의 구동 원리에 따른 자계 변조 특성을 도 6을 참조하여 설명하면, 영구자석(125)을 10극(극쌍수 5)으로 결정하고 회전자모듈(130)의 개수를 7개로 설계하면 제1고정자(110)의 극수를 4극(극쌍수 2)로 설계되어져야만 토크가 발생하면서 구동이 이뤄진다. 즉, 영구자석(125)의 자계는 회전자모듈(130)의 퍼미언스에 의해 2 공간고조파로 성분으로 변조됨을 알 수 있고, 2 공간고조파로 만들기 위해 제1고정자(110)의 극수를 4극으로 설계해야만 한다. 따라서 제1고정자(110)와 영구자석(125)의 극수가 다르기 때문에 동일한 전기주파수 기준으로 공간고조파의 차수가 높아지면 높아질수록 기계적인 속도가 느려지게 되므로 기어비가 발생하는 특성을 가지게 되며, 기어비에 의해 영구자석(125)과 회전자모듈(130) 간에 토크와 기계적인 속도 차이가 발생하게 된다.
또한, 비결합형 구조를 갖는 상기 이중회전자형 발전부(100)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제1고정자(110)에서 상기 회전자모듈(130)에 대응된 일측에 영구자석(125)을 더 부착 형성하고, 상기 제1고정자(110)의 극수와 상기 영구자석(125)의 극수를 동일하게 설계하여 구성한다. 즉, 비결합형 구조를 갖는 상기 이중회전자형 발전부(100)의 구동 원리는 상기 제1고정자(110)의 극수와 상기 영구자석(125)의 극수가 동일하지만 상기 제1고정자(110)에 부착되어 있는 영구자석(125)의 극수가 상술한 결합형 구조를 갖는 상기 이중회전자형 발전부(100)의 제1고정자(110) 극수와 동일하면 구동 원리는 서로 동일하다.
그리고 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 양방향 블레이드(20)의 회전에너지를 빠른 회전으로 전환하는 감속기어부(50)를 더 포함하여 기어드 타입으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 감속기어부(50)는 상기 이중회전자형 발전부(100)를 기준으로 상기 양방향 블레이드(20)에 대응하여 양측에 각각 대칭된 구조를 이루며 설치한다. 즉, 한 쌍의 상기 감속기어부(50)는 각각 풍력에 의한 상기 양방향 블레이드(20)의 회전력을 그대로 전달받아 빠르게 가속시키면서 상기 이중회전자형 발전부(100)에 전달한다.
즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기에 의하면, 양방향 블레이드로부터 전달되는 회전력을 단일 발전기로부터 이중 회전자 구조를 이루게 구성하므로, 동일 풍력에 대한 발전효율을 극대화하며 고토크밀도 및 고출력밀도화를 도모하면서 시장경쟁력을 확보하고, 장치의 내부 구조에서 고가의 영구자석에 대한 사용량을 줄여 장치의 제조원가를 절감하는 반면 고전압을 생성시키며, 기존 발전기의 동일 출력 대비 부피 및 중량 저감을 도모하는 것이 가능하다.
뿐만 아니라 본 발명은 발전기 모터의 기어비 산정에 의한 최적의 극수 조합으로 자속레벨을 낮출 수 있게 구성하므로, 고온 및 역자계에 의한 영구자석의 감자 내력이 우수하고, 영구자석의 비산 및 회전자의 비틀림 강성을 확보하여 모터의 성능 및 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 : 하우징
20 : 양방향 블레이드
21 : 회전축 50 : 감속기어부
100 : 이중회전자형 발전부
110 : 제1고정자 111 : 슬롯
113 : 코일 120 : 제2고정자
125 : 영구자석 130 : 회전자모듈
131 : 회전자 132 : 끼움홈
133 : 로터하우징 134 : 지지폴
135 : 로터커버
21 : 회전축 50 : 감속기어부
100 : 이중회전자형 발전부
110 : 제1고정자 111 : 슬롯
113 : 코일 120 : 제2고정자
125 : 영구자석 130 : 회전자모듈
131 : 회전자 132 : 끼움홈
133 : 로터하우징 134 : 지지폴
135 : 로터커버
Claims (5)
- 타워형태의 설치대 상부에 고정 설치하는 하우징과;
상기 하우징의 전후 양단에 서로 대칭 배치하되 풍력에 의하여 정방향 또는 역방향 중 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구성하는 양방향 블레이드와;
상기 하우징 내 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전축을 연결 결합하여 전력을 생성시키는 이중회전자형 발전부;를 포함하고,
상기 이중회전자형 발전부는, 원주 방향으로 간격을 두고 복수 개의 슬롯을 구비하며 상기 슬롯마다 코일을 권선 형성하는 제1고정자와, 상기 제1고정자에 대응된 내측 또는 외측에 간격을 두고 배치하고 상기 제1고정자의 코일에 대응된 일면에 자극을 교번 가능한 영구자석을 부착 형성하는 제2고정자와, 상기 제1고정자 및 상기 제2고정자의 사이에서 회전 가능하게 설치하는 회전자모듈을 포함하여 이루어지는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이중회전자형 발전부를 기준으로 상기 양방향 블레이드에 대응하여 양측에 각각 설치하고 상기 양방향 블레이드의 회전에너지를 빠른 회전으로 전환하여 상기 이중회전자형 발전부에 전달하는 감속기어부를 더 포함하여 이루어지는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이중회전자형 발전부는, 상기 제1고정자의 극수와 상기 영구자석의 극수를 다르게 설계하고, 상기 제1고정자의 극수와 상기 영구자석의 극수를 조합하여 상기 회전자모듈의 개수를 결정하게 구성하는 결합형 구조로 이루어지는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이중회전자형 발전부는, 상기 제1고정자에서 상기 회전자모듈에 대응된 일측에 영구자석을 더 부착 형성하고, 상기 제1고정자의 극수와 영구자석의 극수를 동일하게 설계하여 구성하는 비결합형 구조로 이루어지는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기.
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자모듈은, 원주 방향을 따라 등간격으로 배치하고 양쪽 측면에 끼움홈을 형성하는 회전자와, 상기 회전자에 대응하여 수직 방향으로 연장 형성된 복수 개의 지지폴을 구비하며 상기 회전자가 간격을 두고 배치한 채 각도를 고정하게 상기 회전자의 끼움홈에 결속 결합하는 로터하우징와, 상기 로터하우징 중 상기 지지폴의 상단에 결합하여 상기 회전자를 구속 고정하는 로터커버를 포함하여 이루어지는 풍력발전용 이중 회전자 구조 영구자석 발전기.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100973256B1 (ko) | 2007-02-05 | 2010-08-04 | 민승기 | 자력에 의해 발전력이 향상되는 풍력발전기 |
| KR101272165B1 (ko) | 2011-09-21 | 2013-06-07 | 오영록 | 동일한 폭과 두께로 형성된 에어포일 블레이드를 이용한 수평축 풍력발전기 및 그 피치각 제어 방법 |
-
2022
- 2022-06-30 KR KR1020220080312A patent/KR20240003165A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
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