KR810001946B1 - 풍력 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

풍력 장치

제1도는 본 발명 풍력장치의 제1실시형태의 일부를 단면표시한 정면도.

제2도는 본 발명의 제2실시형태의 부분단면 표시한 정면도.

제3도는 제2도의 Ⅲ－Ⅲ선 확대단면도.

제4도는 협곡에 설치된 본 발명의 제3실시형태의 도식적인 부분단면표시한 정면도.

제5도는 본 발명의 제4실시형태의 종단면도.

제6도는 제5실시형태의 종단면도.

제7도는 제6실시형태의 종단면도.

제8도는 본 발명 풍력장치로 구성된 발전기에서 한쌍의 자극을 보인 부분단면도.

본 발명은 회전자 회전축에 대하여 회전가능하게 되어 있고 풍향에 대하여 배향토록한 조절장치에 의하여 상기 회전자회전축과 일정한 각도를 이루는 직립축에 대하여 회동가능하게 되어 있는 지지구조체에 착설된 적어도 하나의 회전자로 구성되고 발전기를 구동시키는 풍력장치에 관한 것이다.

종래 수평축에 대하여 회동가능하도록 수평배치된 지지체의 선단부에 프로펠라가 착설되고, 지지체 그 자체는 수직축에 대하여 회동가능하게 착설되어 있으며, 상기 수직축에 대하여 지지체를 선회시킴으로서 바람부는 쪽으로 프로펠라를 자동배향되도록 하기 위하여 상기 지지체의 후단에 배향판이 착설된 형태의 풍력장치가 공지된 바 있다. 이와 같은 경우 수직풍성분(垂直風成分)은 고려되지 않았다. 다른 공지된 풍력장치에 있어서는 프로펠라의 크기가 직경 1m－수m로 비교적 작은 크기로 제한되었다. 그러나 프로 펠라의 방향이 변화될때에 프로펠라의 선회효과에 의하여 프로 펠라의 축수 또는 회전자 회전축에서 생성된 힘은 이들 크기이내에서만 조절될 수 있었다 그러나 이러한 풍력기관의 출력용량은 이들 크기의 제한으로 제한될 수 밖에 없었다.

종래 상기 언급된 종류의 대형 풍력장치를 건설하기 위한 시도가 있었다(독일 특허 제556,032와 함께 1932년 베르린의 ELGAWE-Tagestragen, Verlag Dr. Fritz Pfotenhauer에서 발행된 Honneef의 저서 ＂Windkrafewerke＂(풍력발전소)에서 이에 관련된 제안이 있었다).

약 70m 직경의 회전자를 갖는 한 미국의 실험장치가 있었으나, 이는 회전속도가 매우 낮음에도 불구하고 회전자의 배향이 변화될때에 회전자가 그 지지구조체로부터 떨어져나가 파괴되고 말았다. 바람의 상태를 유용한 에너지로 공급토록 하는 것이 경제적일뿐이지 이와 같은 대형장치에 있어서 일어나는 변형과 힘은 거의 제어가 불가능하므로 근래까지 풍력의 이용은 매우 제한된 규모의 소형 풍력장치에서만 이루어질 수 있었다. 그러나 다른 에너지원의 결핍과 비용의 상승으로 유용한 풍력의 경제적인 이용이 매우 중요하게 되었다.

본 발명의 목적은 간단하고 가벼우며 경제적인 구조를 갖는 대형장치로 설계되기 용이하며, 신속하고 정확하며 제어하기 곤란하거나 전혀 제어할 수 없는 어떠한 힘도 발생됨이 없이 바람의 방향으로 배향되고 선회할 수 있으며 안전하고 경제적인 반면에 풍력을 최적한 상태로 이용할 수 있는 상기 언급된 형태의 풍력장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적은 다음과 같이 요약되는 본 발명에 따라 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 회전자 회전축의 회전자의 전진운동(前進運動)을 허용하는 다른 가상적인 경사축에 대하여 회동될 수 있도록 지지구조체에 착설되고, 주회전자평면의 위치를 정하기 위한 위치선정수단은 회전자가 수평풍형의 변화에 따라 조절되는 경우에 회전자를 직립축에 대하여 선회하는 조절장치와 더불어 구성되며, 회전자 회전축에 대하여 수직으로 연장되고 또한 직립축에 대하여 수직은로 연장되는 토오크벡타 성분을 갖는 회전자 회전축 또는 회전자에 직접 또는 간접으로 토오크를 가하는 적어도 하나의 고정장치(setting devices)로 구성되고, 상기 각 토오크벡타 성분의 크기는 회전자 회전속도와, 직립축 조절장치에 의하여 가하여지는 토오크에 따라 그리고 자이로스코프적인 전진운동의 법칙에 따라 회전자에 가하여지는 요구된 풍향배향운동에 따라서 제어장치에 의하여 제어될 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 풍력장치는 종래의 기술에 비교하여 매우 유리하다. 종래풍력장치에 있어서, 직립축에 대하여 회전자를 그 지지체와 함께 회동되게 하는데 요구된 토오크와 각변위(角變位)의 효과는 회전자의 회동속도를 감속토록 장치에 가하여진 일과 동일하다. 이러한 에너지의 소비는 직립축에 대하여 장치를 회전시키는데 소비되어야할 에너지가 회전자를 회전시키는 에너지로 소비되므로 에너지의 이중손실이라고 여겨진다. 반대로 본 발명은 풍력장치의 회전자가자 이로스코프로서 간주되는 개념에 기초를 두고, 외부 토오크가 회전자의 위치를 정하도록 즉 회전자를 바람의 방향으로 향하게 조절하도록 회동자이로스코프상에 가하여질때에 일어나는 전진운동을 이용하는데 기초를 두고 있다.

본 발명에 따른 풍력장치에 있어서, 각회전자는 상호 일정한 각도를 유지하는 세개의 축 즉 회전자 회전축, 직립축과 경사축에 대하여 회동가능하게 착설된다. 여기에서 직립축이 수직이고, 회전자 회전축이 수평이며, 바람의 방향을 향하고 경사축이 수평으로 바람의 방향에 대하여 횡방향으로 연장된다고 가정할때에, 회전자가 회전하여 자이로스코프를 형성하고, 회전자가 재가된 지지구조체는 회전자에서 일어나는 전진운동에 의하여 회전 구동수단 또는 제어플랩(control flap)과 같은 조절장치로 직립축에 대한 지지구조체의 회전감각에 따라 경사축에 대하여 상측 또는 하측으로 경사지게 될 것이다. 따라서 이와 같은 경사축의 배열은 지지구조체가 전진운동의 힘에 대항하여 작용하는 지지력을 흡수하는 것을 방지한다. 회전자가 고속으로 회전하거나 회전자의 크기가 70m정도로 대형인 경우 비록 이러한 회전자가 느리게 회전한다 할지라도 이러한 지지력은 상당히 클것이므로 이들 힘을 흡수하기 위하여 비경제적인 대형의 지지구조체가 구축되어야 한다. 더우기 경사축의 설비없이 직립축에 대한 회동중에는 종래 풍력장치의 상기 언급된 에너지손실을 감수하여야 할 것이다. 반대로, 본 발명장치의 캐리어 구조체(carrier structure)는 회전자의 하중만을 감당하고 전진운동으로부터 일어나는 부가적인 지지력을 감당치 않으므로 아주 경량의 구조로 구성할 수 있다. 회전자 회전축이 직립축에 대하여 장치가 회동함에 따라 상하로 경사운동하는 본 발명에 따른 풍력장치는 수평풍향이 일정하나 회전자의 위치가 상승기류 또는 하강기류와 같은 수직풍성분에 대하여 변화될 수 있도록한 모든 경우에 있어서도 부수적인 고정장치 없이 사용될 수 있다.

예를 들어 본 발명에 따른 풍력장치는 바람이 항상 계곡 또는 협곡방향으로 부나 상승 또는 하강기류의 성분이 변화를 이르키는 깊은 계곡 또는 협곡을 가로질러 설치할 수 있다. 만약 본 발명에 따른 풍력장치에 있어서 회전자의 배향이 수직풍향성분 뿐만 아니라 수평풍향성분의 변화에도 적응되는 경우 회전자고 정체의 경사축에 토오크가 가하여지도록 하는 부수적인 고정장치가 설치된다. 이러한 본 발명의 풍력장치에 있어서 회전자가 회전시 경사축에 토오크가 가하여짐으로서 직립축에 대하여 회전자에 의하여 구성되는 자이로스코프적인 장치의 전진운동, 즉 수평풍향에 대한 회전자의 조절운동이 일어나게 된다. 만약 회전자가 수평풍향과 수직풍향에 모두에 적용될 것이 요구되는 경우 토오크를 일으키는 전진운동은 조절장치에 의하여 장치의 직립축에 그리고 고정장치에 의하여 장치의 경사축에 작용될 것이다. 직립축 및 경사축에 작용하는 전기모우터가 조정장치 및 고정장치로서 사용될 수 있다. 조절장치와 고정장치는 회전자의 회전속도와 수평 및 수직방향에 회전자 회전축의 요구된 각변 위와 같은 측정된 변수가 공급되는 제어장치에 연결되어 제어될 수 잇다. 요구된 각도는 예를들어 짐발(gimbal)이 착설된 풍향판에 의하여 즉 수평방향 및 수직방향의 풍향변화를 탐지하여 전기적인 신호로 전환시켜 상기 제어장치에 공급하는 풍향판에 의하여 측정된다. 회전 속도는 공지의 회전속도계에 의하여 측정될 수 있으며, 제어장치에 전기적인 신호로 공급될 수도 있다. 전자장치로 구성된 제어장치는 자이로스코프 운동의 법칙에 따라 조절장치 또는 고정장치를 위하여 공급된 신호를 지시신호로 전환시킨다. 이와 같이 하므로서 풍향에 따라 본 발명 장치의 회전자를 연속적이고 고감도로 배향제어할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치에 있어서, 장치의 축(직립축, 경사축, 회전자회전축)에 토오크를 일으키기 위한 모든 장치, 예를 들어 조절장치, 하나 또는 그이상의 고정장치는 폭풍, 특히 태풍이 이는 중에는 작용치않도록 즉 상기 언급된 세개의 축에 가하여지는 작용이 차단된다. 이와 같은 경우 풍력의 작용으로 회전자는 바람의 저항이 최소가 되는 중립위치로 이동하려는 전진운동에 의하여 자동적으로 풍력장치를 위한 자동적인 과부하보호조치가 이루어지는 것이다.

본 발명은 따른 풍력장치에 있어서, 특히 기계적이거나 전기기계적인 장치가 관련된 경우, 조절장치에 의하여 직립축에 대한 선회 기능과 고정장치에 의하여 경사축에 대한 회전기능이 수행된다. 이들 장치들은 전진운동을 이용하므로서 회전자가 주어진 풍향에 배향되게 하고 이 배향이 유지되도록 하는 것이다. 만약 회전자장치가 회전하지 않는 경우 이 장치들은 회전자가 요구된 위치로 선회하도록 작용하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치의 모든 실시형태들은 이들의 건설비용이 매우 저렴하고 경량이므로 비교적 소량의 자재와 같은 소모비용으로 건조되며 우세한 풍향에 대하여 연속적이고 정확히 적용할 수 있어 바람의 에너지를 매우 경제적으로 이용할 수 있는 공통적인 잇점을 갖는다.

본 발명 풍력장치의 지지골조상에 작용하는 전진운동력을 제거하므로서 매우 낮은 유속의 바람이라할지라도 경제적으로 이용가능한 대규모의 장치로 건설할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 풍력장치의 모든 부품과 회전자의 고정체가 회전자회전축, 경사축 및 직립축에 대한 회전운동을 위하여 그 질량이 균형을 이룰 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이 하므로서 토오크에 중력의 영향, 예를들어 회전자가 회전자장치의 전진운동을 이르키게하는 경사축에 대한 지지구조체하중의 불균형분포에 의한 영향이 미치지 않게되는 것이다. 만약 이러한 질량 또는 중량의 균형이 없다면 중력의 효과는 불필요한 전진운동을 피하기 위하여 각축에 대해 작용하는 조절장치 또는 고정장치에 의하여 보상되어야 한다. 그러나 어떤 환경하에서는 이러한 장치는 조절장치띠 또는 고정장치가 작동치 않을 때에 특수한 위치에서 회전자의 자동적인 세차운동과 이에 따른 자동적인 배향운동이 중량분포에 대한 인위적인 불균형에 의하여 성취되는 경우에는 유리할 때가 있다.

본 발명에 따른 풍력장치의 한 좋은 실시형태에 있어서는 동축상이고 동평면상으로 상호 반대방향으로 회전하는 두개의 회전자자가 회전축여 대하여 회전가능하게 착설된다. 만약 이 두 회전자가 본 발명에 따른 풍력장치에 사용되는 경우 회전자를 향하여 부는 바람은 동일한 속도로 회전자에 부딪칠 것이다. 따라서 각회전자에 부딪치는 공기의 충돌은 각 회전자의 면적에 비례한다.

또한 각 회전자에 바람에 의하여 전달된 에너지도 각 회전자의 면적에 비례한다. 동축상이고 동평면상의 회전자의 경우 회전자날개길이가 공기역학의 원리에 따라 정환히 구성된 것이라면 대개 내부회전자의 면적은 외부 회전자의 면전보다 작다. 그리고 외부회전자의 회전속도는 만약 반대방향으로 회전하는 두 회전자가 이후 상세히 설명되는 바와 같이 발전기의 두 부분(＂스테이터＂와 ＂로타＂)을 구성하는 경우, 외부회전자의 토오크가 내부회전자의 토오크와 동일하고 또한 반대방향의 토오크이어야 하며 각 회전자의 출력이 회전속도와 토오크의 적(積)에 비례하므로 내부회전자의 회전속도보다 커야할 것이다. 이론적으로, 본 발명의 풍력장치의 이 실시형태에서 동축상이고 상호 반대방향으로 회전하는 두 회전자의 각 운동량(角運動量)을 상호 보상하는 것이 가능하다. 이는 이 경우에 상호 반대방향으로 회전하는 회전자의 자이로스코프적인 영향이 상호 보상되게하고 회전자 회전축에 작용하는 토오크가 직립축경사축 또는 회전자회전축 어느 것에 대하여서나 관계없이 아무 세차운동도 일으키지 않게하는 효과를 가지는 것이다. 실제로 회전자의 각 운동량의 이러한 보상은 작은 내부회전자의 회전속도가, 예를들어 회전자에 바람이 충돌하는 적당한 영향에 의하여(그러나 이에 의하여 전체장치의 효율이 크게 떨어진다), 외부회전자의 회전속도보다 증가되어야하므로 동축상이고 상호반대방향으로 회전하는 상기 언급된 회전자에서는 곤란한 문제이다.

본 발명에 따른 풍력장치에 있어서, 동축상이고 동평면상이며 상호반대방향으로 회전하는 회전자를 이용하므로서 각 두 회전자자체가 최대의 공기역학적인 효능과 경량의 구조로 구성될 수 있는 잇점을 가지는 것이다.

이러한 실시형태에 있어서, 반대방향으로 회전하는 두 회전자의 자이로스코프효과는 상호 제거되나 각 운동량은 그대로 유지되어 회전자가 전진운동에 의하여 요구된 풍향을 향하여 용이하게 배향된다. 회전자를 동축상이고 동평면상이며 상호반대방향으로 회전할 수 있도록 배열하므로서 비록 직경이 크고 매우 빠륵 회전한다 하더라도 총전진 운동효과는 다만 하나의 동일한 외경의 회전자를 이용할 때보다 크게 감소되거나 완전히 제거되므로 전진운동효과는 비교적 낮거나 어떤 환경하에서는 나타나지 않으며 다만 매우 작은 힘이 나타날 것이다. 더우기 회전자의 이중구성은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 구조적으로 매우 유리한 것이다.

또한 동축상이고 동평면상이며 상호반대방향으로 회전하는 회전자로 구성되는 본 발명의 풍력장치에는 그 주연에 다수의 자극(磁極)이 배설될 수 있도록 되어 있다.

상기 자극은 각 회전자의 자극에 대하여 상호 작용토록 되어 있으며 적어도 한 회전자의 자극은 도선을 통하여 콜렉터(collector)에 연결된 전기적인 전도체 권선을 가지므로 두 회전자는 발전기의 상대적 회동부분(＂스테이터＂와 ＂로타＂)를 구성하거나 전류가 콜렉터에 공급되면 전기모우터의 상대적인 회동부분을 구성하게 된다. 상당히 많은 자극이 반대방향으로 회전하는 두 회전자의 주연에 배설된다. 더우기, 이들 자극의 크기는 매우 작고 가볍다. 이와 같이 하므로서 발전기 또는 전동기가 회전자로 한 장치를 구성하고 매우 낮은 하중대 동력비를 갖도록 제조될 수 있다. 이러한 발전기에서 발전된 전류는 콜렉터를 통하여 공급되며, 이 경우 정류기 또는 변압장치가 전송망 또는 모우터에 연결된다.

단일 회전자 또는 동평면상이고 동축상으로 상호반대방향회전하는 두개의 회전자가 제공된 본 발명에 따른 풍력장치의 다른 실시형태에서는 회전자 또는 상호반대방향으로 회전하는 각 회전자에 회전자 회전축에 대한 회동을 방지할 수 있도록 회전자 회전축의 둘레에 착설된 자극은 도선을 통하여 콜렉터에 연결되는 전기적인 도전성권선을 가지므로, 회전자회전축 둘레에 회동되지 않도록 착설된 자극과 함께 회전자 또는 상호반대방향으로 회전하는 각 회전자는 발전기 또는 전류가 콜렉터에 공급되는 경우 전기모우터의 부품(＂스테이터＂및＂도타＂를 구성한다.

또한 이 실시형태에 있어서는 각 회전자의 주연에 다수의 자극을 배설할 수 있으며 이들을 축에 대하여 회동되지 않도록 비교적 직경이 큰 원으로 배설할 수가 있다. 매우 낮은 하중대 동력비를 갖는 발전기 또는 전기모우터를 이러한 방법으로 구성할 수 있다.

상기 언급된 실시형태의 하나에 따른 풍력장치에서는 발전기 또는 전기 모우터의 한부분의 자극, 예를들어 회전자의 자극, 또는 회전자회전축에 대하여 회동되지 않도록 착설된 자극은 영구자석으로 되어 있다. 이 실시 형태에서 전류가 공급되거나 또는 일부분, 예를들어 상호반대방향으로 회전하는 두회전자인 경우 회전하는 회전자의 자극의 권선 또는 회전자회전축에 대하여 회동되지 않도록 착설된 자극의 권선으로부터 생성된다.

이미 언급한 바와같이, 본 발명의 실시형태에 있어서 이미 언급한 바와같이, 본 발명의 실시형태에 있어서 전류는 회전자가 바람에 의하여 회전하면 발전된다. 그러나 이들 실시형태는 본 장치가 전기모우터로서 작용시 회전자가 회전하거나 또는 만약 이들이 정지되어 있거나 느리게 회전하는 경우 전기적인 권선이 연결된 자극에 공급되는 전류에 의하여 가속될 수 있는 잇점을 가진다. 또한 회전자의 속도를 장치의 시동시 바람의 조건하에 바람의 흐름을 이용하기 위해 요구되는 최적한 회전속도에 신속히 맞출수 있는 것이다. 이러한 속도에 도달하면 모우터로서의 작동은 전류의 공급이 끝나고 스위치가 전환되면서 발전기로서의 작동으로 전환되는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치의 실시형태에 있어서는 각 회전자의 환상회전익조립체가 내외주연부에서 덕트후포(duck hoop)로 둘러싸여 있다. 따라서 각 회전자의 적당한 구조와 함께 회전자평면을 통한 바람의 조절된 유속으로 바람의 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 동축상이고 동평면상으로서 상호 반대방향으로 회전하는 각 회전자는 회전자 회전축상에 적어도 하나의 허브(hub)로서 착설되어 있으며, 외측 회전자는 내측회전자를 양측에 걸치게하고 각 허브를 향하여 외측으로 경사지게 놓인 지주에 의하여 그 허브에 고정되어 있다. 이러한 구조는 전진운동력에 의한 회전자 회평면의 변형에 대하여 견고하고, 간단한 수단으로서 회전 자평면으로부터 반대방향으로 작용하는 전진운동력의 효과에 의한 상호반대방향으로 회전하는 회전자들의 변형을 매우 작게하므로서 상호반대방향으로 회전하는 회전자 사이의 환상간극변화와 상기 회전자들에 의하여 구성되는 발전기의 성능변화가 적은 경량의 구조체를 이루는 것이다. 상기 언급한 구성에 관계없이, 동축상이고 동평면상이며 상호 반대방향으로 회전하는 회전자는 전후로 나란히 배설되는 두개의 동축상이고 상호반대방향으로 회전하는 회전자로 구성되는 종래의 회전자 조립체에 비하여 유리하며, 방사상공간이 동평면상의회 전자가 발전기의 일부를 구성토록 사용되는 경우 동평면상의 회전자에 결정적으로 형성된다. 실제로 이 방사상 공간은 전진운동효과에 의한 최소변형의 경우에서도 그 주연의 둘레에 일정하게 유지되는 반면에 회전자가 직렬로 배열되는 경우 축상공간이 결정적으로 형성된다. 이러한 축상공간은 상호반대방향으로 회전하는 직렬배열의 회전자주연에서 전진운동효과에 의해 크게 변화하므로 발전기의 일부로서 이러한 회전자를 사용하는 것은 매우 곤란하거나 유효한 에어 갭(air gap)의 과잉변화에 의해 거의 불가능하다.

이와 같은 실시형태는 본 발명에 따른 풍력장치에 관련하여 그 보호가 청구될 뿐만 아니라 그 자체를 상대적으로 가동케한 자극을 방사상으로 인접되게 배열한 교류발전기 또는 전기모우터에 독립적 사용할수 있는 것으로, 이와 같은 경우 발전기 또는 모우터를 구성하고 방사상 외부 또는 방사상내부의 부분에 대하여 상대적으로 가동가능한 대향배열된 자극열(磁極列)의 자극이 가그 타측부의 대향자극을 지나 양측에서 회전자회전축의 방향으로 평행하게 연장된다. 이러한 실시형태에 있어서, 만약 발전기의 부분 또는 상대적으로 회동하는 모터의 부분이 예를들어 반대방향으로 회전하는 회전자의 전진운운동효과에 의하여 회전자회전축의 방향으로 축상이동하는 경우, 일측 자극으로부터 타측자극으로 연장되는 자계(磁界)는 상대적인 축상이동이 있음에도 불구하고, 약화되거나 차단되지 아니하며, 각 쌍의 한 자극이 타측자극보다 양측의 축상방향으로 길게 되어 있어 충분한 강도가 유지된다. 이러한 축상이동이 비교적 적고 자극사이의 방사상간격이 변화되지 않으므로 이와 같은 자극구조는 자계강도가 실제로 변화되지 않게하여 안정된 교류발전 또는 모우터출력을 얻을 수 있는 것이다. 또한 이러한 자극구조는 풍력장치의 회전자에 결합하여 유리하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라 외부요인에 의하여 ＂스테이터＂와 ＂로타＂사이에 축상이동이 일어나는 교류발전기 또는 전기모우터에도 사용될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치의 실시형태에서 각 회전자에는 발전기 또는 전기모우터를 구성하는 타측부분의 상응하는 자극열에 상호작용하는 자극열이 재가되어 있으며, 이 회전자와 함께 상기 자극열은 회전자 회전축의 방향으로 상호방사상으로 인접한 각 회전자에 고정되어 있다.

이와 같은 방법으로 상당수의 자극이 배열되어 하나 또는 두개의 반대방향으로 회전하는 회전자만이 사용되는 경우 비교적 작은 공간에서 매우 높은 전기적인 출력이 발전되거나 모우터로서 작동하는 중에 공급될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치의 한 실시형태는 회전자의 회전축이 주회전자평면을 따라 대칭적으로 회전자의 적어도 한 측부상에 연장된 지지구조체의 중심에 회동가능하게 착설되고, 그 단부는 회전자회전축에 대하여 대칭적으로 대향된 축수에 회동가능하개 축설되며, 상기 축수의 가상적인 회전축은 주회전자평면내에 놓이고 상호 일렬로 배열되며, 다시 상기 축수는 캐리어구조체에 고정되도록 유리하게 구성된다. 이러한 구조는 경량으로 부가저인 경사축에 대하여 회전자 회전축이 안정되게 선회가능토록 한 것이다

이 실시형태의 잇점은 캐리어구조체가 직립축에 대하여 회동가능하게 되도로 회전축 수구조체에 착설되는 골조로서 구성되는 점이다. 이는 풍력장치에서 회전자(회전자들)가 세개의 축, 즉 회전자회전축, 경사축 및 직립축에 대하여 회동가능하게 하는 것이다.

또한 이러한 풍력장치의 개선점은 토오크벡타가 지지구조체의 회전축에 놓이므로 지지구조체에 토오크를 가하기 위한 고정장치로서 작용하는 한 장치가 상기 지지구조체의 적어도 일측단부에 배설되도록 제안되는 것이다.

예를 들어 토오크를 가하기 위한 이 장치는 지지구조체의 회전축에 대하여 즉토오크 벡타가 놓이는 경사축에 대하여 토오크를 가하는 전기모우터로서 구성할 수 있다.

이 구동수단은 이 구동수단이 작용치 않을 때에는 경사축에 대하여 지지구조체가 자유회동, 즉 공회전하도록 구성된다.

동축상이고 동편면상이며 반대방향으로 회전하는 회전자를 사용할때에 본 발명 풍력장치의 실시형태는 지지구조체가 동축상이고 동평면상이며 반대방향으로 회전하는 회전자 사이에 동심원상으로 배열되고 내부회전자가 그내측주연에 회동가능하게 착설되는 지지랑을 포함하게 되어 있다. 이러한 구조에서는 내부회전자의 외측주연과 외부회전자의 내측주연에 영구자석의 자극열을 배열하는 것과, 지지링의 주연에 영구자석의 자극열에 자용하는 유도권선을 가진 자극을 배열하는 것이 가능하다. 이 실시형태에서는 내부 또는 외부회전자로부터 지지골조로 전류를 유도하기 위한 슬라이딩접점을 구비하는 것이 요구되지 않는다.

이상 설명된 풍력장치의 구성은 적어도 하나의 제어플랩(control flap)이 지지링의 상측변부에 고정되어 조절가능하게 절첩연결되어 있다. 이러한 하나의 제어플랩 또는 상기 지지링의 주연에 대칭적으로 또는 환상적으로 배설된 다수의 제어플랩에 의하여 예를들어 회전자의 전면으로 회전자에 부딪치는 바람의 흐름을 상기 회전자중의 하나에 유도하도록 조절하는 것이 가능하다. 또한 이러한 제어플랩에 의하여 제어플랩에 작용하는 풍력을 이용하므로서 회전자시스템의 전진운동이 이루어지도록 회전자시스템에 경사모멘트를 일으키게할 수 있는 것이다.

따라서 이러한 제어플랩은 예를들어 경사축상에 벡타가 놓이는 토오크를 가하기 위한 기계적이거나 전기기계적인 고정장치를 대신하는 환경하에서 사용될 수 있다. 그러나 이는 하나 또는 그 이상의 제어플랩이 바람에 의하여 가하여지는 힘이 회전자의 주연둘레에서 균일하게 제어플랩상에 작용치 않도록 조절되어야 할것이 요구된다.

회전자를 지지하는 지지구조체가 경사축에 대하여 선회될 수 있도록 다른 캐리어구조체에 착설된 상기 실시형태의 다른 개선점은 캐리어구조체가 지중(地中)에 견고히 연결된 골조구조체로서 설계되는 점이다. 이러한 실시형태는 예를들어 하나 또는 그 이상의 반대방향으로 회전하는 회전자가 협곡에 설치되고 지지구조체의 단부가 경사축에 대하여 선회될 수 있도록 협곡의 양측에 고정된 캐리어구조체에 착설되는 경우 실시가능한 것이다.

이러한 실시형태에서 회전자전진운동을 이용하므로서 수직풍향성분의 변화에 회전자가 용이하게 순응할 수 있도록 하기 위하여, 이 실시형태는 지지구조체가 회전자의 양측으로 연장되고 회전자회전축의 단부가 회전자의 전후로 돌출되게하여 회전자가 직립축에 토오크벡타가 놓이는 토오크를 어느정도 유효토록 회전자축과 지지구조체의 축수점을 지나는 가상 평면상인 지지구조체의 전후부의 안내도에서 조절장치로서 왕복가능하게 되도록 구성된다. 이와 같이 하여 회전자회전축은 어느 정도 제한된 회전각의 범위내에서 직립축에 대해 선회될 수 있는 것이다. 이러한 선회운동중에 회전자는 전진운동을 하게되어 상하로 경사지게되므로서 수직풍향성분의 변화에 대하여 조절가능하게 된다. 수평풍향은 이러한 실시형태에서는 실제로 일정하게 유지되어야하나 이는 협곡과 같이 바람의 흐름이 종잡을 수 없는 경우에 한하는 것이다.

본 발명에 따른 풍력장치의 상기 언급된 실시형태의 다른 구조적인 개선점은 회전자회전축의 단부가 슬라이딩형 가동지지단의 볼－소켓트형 축수에 착설되고 다시 슬라이드형 가동지지단은 리이드스크류(lead screw) 구동수단에 의하여 지지구조체의 전후부분의 안내로에서 양측방향으로 왕복가능하게 되어 있는 점이다.

또 다른 개선점은 회전자회전축이 벡타가 경사축에 놓이는 토오크 효과로서 회전자회전축과 직립축을 통과하는 가상평면에서 고정장치에 의하여 왕복가능하게되도록 주회전자평면의 전후로 돌출되고 지지구조체의 전후안내로에 착설된 단부를 가진다. 이 실시형태에서 경사축에 대한 회전자의 선회가능성은 경사축에 대하여 선회가능한 지지구조체에 착설된 회전자회전축에 의하여 일어나지 않고 회전자회전축의 단부를 안내하여 회전자회전축 및 경사축에 대하여 지지구조체에서 선회가능한 회전자축 그 자체에 의하여 이루어지는 것이다. 이러한 구조는 본 발명 풍력장치가 소형으로 극히 간단하게 되는 경우와 경사축에 대한 상대적인 운동이 최소가 되도록 요구되는 경우에 유리하다.

또한 본 발명의 이 실시형태에서 바람직한 개선점은 회전자회전축의 단부가 가동지지단의 볼－소켓트형 축수에 착설되는 경우로서, 가동지지단은 구동수단, 예를들어 리드스크류 수단 또는 압축공기나 유압실린더－피스턴장치 의하여 양측방향으로 안내로에서 상하운동하게 된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 보인 풍력장치의 제1실시형태에서, 동축상이고 동평면상이며 상호 반대방향으로 회전하는 회전자(1)(2)가 종종 회전자축 또는 회전축으로 불리어지는 공통회전자회전축(3)에 회동가능하게 착설되어 있다. 각 회전자(1)(2)의 환상회전자날개는 내외주연에서 덕트후프(1')(1＂)(2')(2＂)로서 둘러싸여 있다. 회전자회전축(3)은 지지구조체(4)의 중심부에 회전가능하게 착설된다. 지지구조체는 도시된 실시형태에서는 다수의 각재 또는 튜우브로 용접한 구조이며 그 일부가 두 회전자(제1도참조)의 일축을 따라 연장되어 있고 다른 부분은 두 회전자의 타측을 따라 연장되어 있다. 회전자의 양측으로 연장된 부분은 지지구조체의 양단에서 결합되어 있다. 축(4')은 지지구조체의 일측단에 위치하고 축(4＂)은 지지구조체의 타측단에 위치하며 상기 축(4')에 일렬로 정렬되어 있고 , 양 축(4')(4＂)는 주회전자평면내에 위치한다. 이들 축(4')(4＂)은 회전자에 대하여 대칭으로 배설된 축수(5)(6)에 회전가능하게 착설되어 있으며 회동가상축은 주회전자평면냉 놓이고, 상호 일렬로 정렬되어 있다. 도시된 실시형태에서 볼베어링으로 구성된 축수(5)(6)은 캐리어 구조체(7)에 고정되어 있으며, 캐리어구조체(7)는 함께 용접된 지주들로 형성되는 골조로 구성되어 있다. 캐리어 구조체(7)의 하측부분에서, 기판(7')이 회전측(3)과 축수(5)(6)을 연결하는 가상축선을 지나는 수직축선에 대하여 회동가능하게 되어 있는 회동링(9)상의 로울러(8)를 통하여 착설되어 있다. 회동링(9)은 앵카(10)에 의하여 지중에 고정되어 있다.

한 로울러(8)는 기판(7)에 착설된 전기모우터(11)에 구동가능하게 연결되어 있다. 전기모우터(11)가 구동시 마찰로울러의 형태로 구성된 로울러(8)는 캐리어구조체를 회동되게하는 동시에 회전자를 직립축, 즉 본 실시형태의 경우 수직축선에 대하여 회동되게 한다.

지지구조체(4)의 축(4＂)은 캐리어구조체(7)에 고정착설된 전기모우터(12)에 구동가능하게 연결되어 있다. 전기모우터(12)가 작동시 이는 벡타가 이 축(4＂)에 놓인 토오크를 축(4＂)에 가하므로서 회전자가 경사축(4')(4＂)에 대하여 회동되게 하는 것이다. 풍력장치의 이 실시형태에서, 이와 같이 두개의 상호 반대방향으로 회전하는 회전자는 상호 직각을 구성하는 세개의 축 즉 축(3)(4')(4＂) 대하여 회동가능하며 수직축선은 회동링(9)의 중심에 놓인다.

만약 제1도에서 보인 풍력장치의 실시형태에서 상호 반대방향으로 회동하는 두개의 회전자가 회전시 이들은 동축상이고 동평면상이며 상호 반대방향으로 회동하는 두개의 자이로스코프를 구성한다.

이들 두 자이로스코프가 이들의 각운동량이 동일하고 운동방향이 되도록 구성되어 있지 않다면 캐리어구조체(7)가 전기모우터에 의하여 수직축선에 대하여 회동되므로 자이로스코프적인 전진운동의 법칙으로 두 회전자(1)(2)는 전진운동을 할 것이다. 이러한 전진운동으로 회전자회전축(3)은 경사축(4')－(4＂)에 대하여 상하측 방향으로 경사지게 될것이다. 다른 한편으로, 전체시스템은 전기모우터(12)가 상기 언급된 조건하에서 작동하는 경우 수직축선에 대하여 전진운동을 하여 회전자축을 회전자(1)(2)와 함께 경사축(4')－(4＂)에 대하여 선회하도록 할것이다. 이는 캐리어구조체(7)가 수직축선에 대하여 회동되는 것을 의미한다. 도시된 풍력장치에 있어서, 각 유효풍향에 대한 회전자의 정확한 배향은 전기모우터(11)에 의해 수직축선에 대하여 또는 전기모우터(12)에 의해 경사축에 대하여 회전자시스템에 토오크가 가하여지므로서 유용화되는 자이로스크로프적인 전진운동으로 이루어진다. 어떤 조건하에서는 요구된 배향이 성취될수 있도록 제한된 시간동안 양측 전기모우터(11)(12)가 동시에 작동될 수도 있다. 그러나 각각의 경우 전기모우터(11)(12)에 의하여 생성된 매우 작은 토오크는 대형구조라 할지라도 위치를 변화시키기 위하여 회전자의 회전이 편향되게하거나 중지되게함이 전진운동으로 조절되므로 대형의 회전자시스템의 경우에도 정확하고 신속히 위치를 효과적으로 선정하는데에 필요하다. 이러한 가운데에, 지지구체(4)와 캐리어구조체(7)는 회전자중량에 의한 매우 적은 힘만을 흡수할 수 있어야 한다. 종래 풍력장치에서 달갑지 않게 일어났던 전진운동에 의한 축수력(軸受力)은 회전자를 세축으로 착설하므로서 완벽히 제거 된다.

도시된 실시형태에서 회전자의 배향은 회전자의 회전속 도와 요구된 방향에 관계없이 제어신호를 발하는 제어장치에 의하여 제어된다. 요구된 방향, 즉 바람이 부는 방향은 예를들어 짐발현수형 측정풍향판과 같은 측정계기에 의하여 결정되고 요구된 회전각도는 수직 및 수평방향 모두를 연속적으로 결정한다. 측정풍향판신호는 전기적인 신호로 전환되어 제어장치로 공급되고 전기모우터(11)(12)를 위한 지시신호로 변환될 것이다. 따라서 풍향에 대한 회전자의 연속적이고 자동적인 배향이 가능하게 되는 것이다.

제1도에서 도시된 실시형태에서 다수의 자극(도시하지 않았음)이 외부 회전자의 내주연과 내부회전자의 외주연에 배설고정되어 있다. 내부회전자의 자극은 영구자석으로 되어있는데 반하여 외부회전자의 자극은 전기적인 유도코일로 둘러싸인 전자석 자극으로 되어있다. 이들 자극의 배열은 제1도에 도시되어 있지 않으나 이후 설명되는 제5도에서 보인 배열과 동일하다. 외부회전자 자극의 전기적 유도코일은 지지구조체(4)를 따라 연장되고 슬립링 접점을 통하여 캐리어구조체(7)에 연속하여 연장된 리이드(도시하지 않았음)와 회전축(3)을 둘러싸고 있는 콜렉터(도시하지 않았음)을 통하여 주요회로망 또는 전기적인 소모기에 연결된다. 이러한 구조에서 상호 반대방향으로 회동하는 회잔자(1)(2)는 교류발전기의 상대적인 회동부분을 구성한다. 만약 회전자가 풍향에 따라 회전하면 이 발전기는 연결된 주요 회로방 또는 전기소모기에 전류를 공급할 것이다. 반대로 회전자(1)(2)를 고정한 상태에서 적당한 전류를 외부회전자의 자극에 공급하면 회전자(1)(2)는 전기모우터와 같이 적용하게 된다. 이와같이 하여 본 발명 풍력장치가 시동될때에 회전자를 유효풍을 효율적으로 이용하기 위한 최적회전 속도에 일치하는 회전속도에 신속히 도달하게 할 수 있다. 회전축에 대한 회전자(1)(2)의 취부구조는 제1도에서 보인바와 같이 대칭으로 되어 있다. 그러나 이러한 회전자의 구조나 취부구조는 이후 설명되는 바와 같이 제5도의 방법으로도 할수 있다.

본 발명의 제2실시형태가 제2도에 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 동축상이고 동평면상이며 상호반대 방향으로 회전하는 두개의 회전자(1)(2)가 지지구조체(4A)에 회전가능하게 착설되어 있다. 지지구조체는 그 외주연에 외부회전자(1)가 회동가능하게 착설되고 내주연에 내부회전자(2)가 회동가능하게 착설되는지 지링(33)을 포함한다. 지지함(34)(34')이 주회전자평면에서 지지링(33)으로 부터 직경상 대칭방향으로 연장되어 있다. 지지암(34)(34')의 단부 또는 지지암(34)의 단부는 주회전자 평면의 양측을 따라 연장한 지지암(33)과 지지암(34)(34')에 의하여 구성된 지지구조체(4A)의 양단에 연결되고 주회전자 평면내에 위치하는 정렬된 축(4')과 (4＂)를 지지한다. 캐리어구조체(7)에 축수(5)(6)를 착설하는것, 그리고 이들을 회동가능하게 착설하는 것과 함께 양 축수(5)(6)에서 경사축선(4')－(4＂)을 형성하는 이들 축(4')(4＂)은 제1도에 따른 실시형태로서 설명된 구조와 같으므로 제2도에 관련된 설명은 제1도의 실시형태를 참고할수 있다. 또한 경사축(4') 또는 (4＂)에 대하여 토오크를 가하기 위한 고정장치로서 전기모우터(12)의 배열에 대하여도 제1도 실시형태를 적용할 수 있다. 회전자는 제1도에 따른 실시형태에서와 같이 동일한 방법으로 제2도에 따른 실시형태에서 요구된 방향으로 배향되므로 역시 그 설명은 생략한다.

제2도에 따른 실시형태에서 회전자구조의 단면이 제3도에서 확대도시되어 있다. 이 단면은 로울러(35')(35＂)가 지지링(33)에 회전가능하게 착설되고 그 주연에 배설되어 있음을 보이고 있다.

상기 로울러의 주행표면은 지지링(33)의 외주연측으로 노출되어 있고 외부회전자(1)가 트랙(track)(37)로 이에 회동가능하게 착설되어 있다. 이와 유사하게 내부회전자(2)가 트랙(37)으로 로울러(36')(36＂) 상에서 지지링(33)의 내주연에 회동가능하게 착설되어 있다. 지지링(33)이 고정적인데 반하여 회전자(1)(2)는 반대방향으로 회전한다. 이 지지링은 로울러(35')(35＂)(36')(36＂)를 위한 설치대로서 작용하며 또한 지지구조체(4A)의 일부를 구성한다. 이 실시형태에서 지지링(33)은 교류발전기의 ＂스테이터＂와 같고, 각 회전자(1)(2)는 발전기의 ＂로타＂와 같다. 전자석 자극(21)은 외주연과 내주연을 따라 지지링(33)에 일정한 간격을 두고 배설되어 있으며 전류가 흐를 수 있는 유도권선이 감겨져 있다.

전류를 발생토록 전자석 자극(21)과 작용하는 영구자석자극(25)가 외부회전자(1)와 내부회전자(2)에 대향되게 고정되어 있다. 이들 자극의 배열과 구조는 이후 제5도 및 제7도에서 상세회 설명된 것이다. 제2도에 따른 실시형태는 전류가 회전자(1)(2)로 부터 슬립접점을 통하여 지지구조체(4A)로 흐르게 할 필요가 없이 발생된 전류가 지지구조체(4A)에 속하는 지지링(33)의 자극(21)의 도선으로 흐르므로 지지링(33)과, 슬립접점이 요구되지 않는 두개의 회전자로서 간단히 발전기를 구성할 수 있다.

제2도 및 제3도로서 알수 있는 바와같이 네개의 제어플랩(38)이 지지링(33)의 상측 전면변부(33')에 그 주연을 따라 일정한 간격을 두고 절첩가능하게 연결되어 있다.

이 플랩들은 그들의 각자 위치에서 고정될 수 있도록 되어 있다. 각 제어플랩(38)은 제3도에서 보인 고정모우터(39), 예를들어 솔레노이드 또는 유압 및 압축공기형의 피스턴－실린더장치로서 조절되거나 고정가능하게 되어 있다. 만약 모든 네개의 제어플랩(38)이 동시에 펼쳐지는 경우 이는 회부 회전자의 유입단면이 주연을 따라 분포된 내부분에서 줄어들므로 전회전자 시스템으로의 공기유입에 영향을 주게할 수 있다. 그러나 제어플렙(38)은 선택적이고 개별적으로 펼쳐진다. 예를 들어, 만약 제2도의 상부측에 도시되어 있는 제어플랩만이 외측으로 회동하여 펼쳐지고 다른 제어플랩은 폐쇄된 상태가 유지된다면 이는 경사축에 대하여 회전자(1)의 공기유입상태가 공기유입 상태가 대칭이 되지 않게하여 경사축에 대하여 토오크가 가하여 질것이다. 따라서 제어플랩은 경사축에 대하여 토오크를 가하기 위한 고정장치를 대신하거나 고정장치로서의 모우터(12)에 부가하여 사용하므로서 회전자시스템의 배향을 선정할 수 있다.

제어플랩(38)을 펼치므로서 생성된 토오크의 크기는 여러가지로 조절가능 한 제어플랩의 각 회동각도에 의하여 영향을 받는다.

제4도는 동축상이고 동평면상이며 상호 반대방향으로 회전하는 두개의 회전자(1)(2)가 회전자회전축(3)에 대하여 회전하고 회전축 자체는 지지구조체(13)에 착설된 본 발명 풍력장치의 한 실시형태를 보인것이다. 지지구조체는 튜우브 또는 각재로 용접구성한 것이고 그 구조는 제1도 실시형태에서 보인 지지구조체(4)와 거의 같다.

다시 지지구조체(13)의 단부는 그 가상축선이 상호 일력이 되게 정렬되고 회전자(1)(2)의 주평면 내에 위치하여 회전자(1)(2)를 위한 경사축선(13')－(13＂)를 형성하는 축수(5)(6)에 회동가능하게 착설되어 있다. 축수(5)(6)은 캐리어 구조체(14)(15)에 착설되고 캐리어구조체(14)(15)는 다시 협곡의 대향된벽에 고정되어 있다. 회전자(1)(2)의 주회전자평면은 이 협곡에 대하여 횡방향으로 연장된다.

주회전자 평면의 전후로 연장된 지지구조체(13)은 기 중간에 안내로(16)가 형성되어 있어 제1도에서 보인 지지구조체(4)와는 근본적으로 다르다. 전후를 향하여 주회전평면으로 부터 돌출된 회전자회전축(3)의 단부가 이 안내로(16)내에서 안내된다. 예를들어 회전자회전축(3)의 단부는 가동회회단(도시하지 않았음)의 볼－소켓트형 축수(제4도에서는 설명을 간단히 하기 위하여 도시하지 않았음)에 착설되고, 상기 가동 지지단은 리드스크류 구동수단(역시 도시하지 않았음)에 의하여 양측방향에서 지지구조체(13)의 전후부의 안내로에서 전후로 이동가능하게 되어 있다. 리이드스크류 구동수단은 예를 들어 풍향판에 의하여 측정된 수직풍성분이 측정신호로서 공급되는 제어장치에 의하여 제어될 수 있도록 할수 있다. 안내로(16)은 경사축선(13')－(13＂)에 평행한 회전자축에 대하여 횡방향으로 연장되어 있다. 이 안내로에서 회전축의 단부가 이동함으로서 회전축(3)과 함께 회전자(1)(2)의 주회전자 평면이 경사축(13')(13＂)에 대하여 수직이고 회전자축(3)에 대하여서도 수직으로 연장된 직립축선에 대하여 선회될 수 있는 것이다. 만약 이 실시형태에서 상호 반대 방향으로 회전하는 회전자(1)(2)가 회동하고 회전자축(3)이 안내로(16)에서 선회한다면, 회전자(1)(2)의 전진운동은 회전자축이 경사축선(13')－(13＂)에 대하여 상하로 경사지게 되도록할 것이다. 이와같이 하므로서 상승풍 또는 하강풍의 방향에 대하여, 즉 수직풍성분의 변화에 대하여 회전자는 자이로스코프적인 전진운동의 이용으로 적절히 이용할 수 있게 되는 것이다. 이러한 경우 안내로(16)에서 회전자축(3)의 가벼운 배향변화로도 이러한 경사운동이 효과적으로 이루어질 수 있는 것이다.

협곡에서 바람은 협곡의 방향으로 불구 그 방향은 실제로 변화하지 않으므로 이 실시형태에서는 풍향의 수평변화에 대한 적응이 요구되지 않는다. 전기모우터(12)가 축(13')에 대하여 경사운동을 가하기 위하여 캐리어 구조체(15)에 착설된다. 이 전기모우터는 제1도 및 제2도에 따른 실시형태의 전기모우터(12)와 유사한 방법으로 작용한다. 그러나, 제4도의 실시형태에 있어서는 수평풍향에 대한 적응이 요구되지 않으므로 매우 제한되 범위에서 고정장치로서만 사용된다. 이 실시형태에서 회전자가 회전하지 않는 경우, 이는 경사축에 대하여 전 시스템을 경사지게 하는데 사용된다.

풍력장치의 다른 실시형태가 제5도의 종단면도에서 설명된다. 이 실시형태의 부분구성은 이미 언급한바와 같은 실시형태와 근본적으로 일치하므로 동일부호를 사용하였다. 이 실시형태에서도 역시 동축상이고, 동평면상이며 상호 반대방향으로 회전하는 회전자(1)(2)가 회전자 회전축(3')에 대하여 회동 가능하게 착설된다. 각 회전자의 환상날개 조립체가 덕트후프로서 내주연과 외주연 모두 둘러싸여 있다. 이는 바람의 에너지를 효과적으로 이용토록 기류를 안내하게 된다. 내부회전자(2)는 후부(17)에 의하여 볼베어링을 통해회전자축(3')에 착설되어 있고 외부회전자(1)는 상기 후브(17)의 양측에 배설된 두 후브(18)(18')에 의해 볼베어링을 통하여 회전자축(3')에 회전가능하게 착설되어 있다. 외부회전자(1)는 내부회전자(2)를 양측에서 버티고 후브(18)(18')를 향하여 외측으로 경사지게 연장된 지주(19)(19')에 의하여 후브(18)(18')에 고정되어 있다. 내부회전자(2) 자체는 다수의 경사지주(20)에 의하여 후부(17)에 착설되어 있다. 이러한 지주구조는 전체구조가 경량이 되게하나 회전자평면의 변형을 충분히 방지할 수 있는 견고한 것이다.

제5도에 따른 실시형태에 있어서, 자극들은 상기 언급된 실시형태들의 경우와 같이 외부회전자(1)의 내주연과 내부회전자(2)의 외주연에 일정한 간격을 두고 배설되어 있다. 이 실시형태에서 각 두개의 자극이 상호 축방향으로 인접하여 배설되어 있다. 외부회전자(1)에 고정된 자극(21)은 지지구조체(24)에 고정된 슬립접점(23)과 접촉되어 지주(19)(19')를 따라 콜렉터(22)에 연장한 도선(도시하지 않았음)에 연결된 전기적인 유도권선을 가진다. 슬립접점(23)으로부터 도선(설명을 간편히 하기 위하여 도시하지 않았음)은 주요 회로망 또는 전기적인 에너지를 소모하는 장치로 유도되어 있다. 만약 필요하다면 이들 사이에 변류기가 연결될 수도 있다. 내부회전자(2)의 외주연에 배설된 자극(25)는 영구자석이다. 따라서 상호 반대방향으로 회전하는 회전자(1)(2)는 교류발전기의 부분을 형성하거나 자극(21)의 권선에 외부로부터 전류를 공급하는 경우 이들은 전기모우터의 부분을 형성하게 되는 것이다.

제5도에 따른 실시형태에 있어서, 회전자축(3')의 단부는 주회전자 평면의 전후로 돌출되어 지지구조체(24)의 전후부분에서 안내로(16')(16＂)에 착설된다. 이들 안내로는 수직방향으로 상호 평행하게 연장되어 있다. 유압 또는 압축공기 실린더－피스턴장치, 또는 티드스크류구동수단을 구비한 전기모우터와 같은 고정모터(39)가 각각 안내로(16') 또는 (16＂)에 인접한 지지구조체(24)에 착설되어 있다. 이들 고정모우터(39)는 회전축(3')의 단부상에서 작용하므로 회전축의 일측단이 상승하는 경우 타측단은 동일한 정도로 동시에 하강한다. 이와같이 하므로서, 경사축 즉 주회전자 평면상에 놓이고 직립축선에 교차하는 벡타를 갖는 토오크가 회전축상에 가하여진다. 따라서 회전자축과 상호 반대방향으로 회전하는 회전자(1)(2)로 구성된 회전자시스템은 이러한 경사운동으로 경사축선에 대하여 선회된다. 만약 이와같은 경우 회전자가 회전하면 회전자의 배향이 변화하는 수평풍향에 적용되어 전진운동이 직립축에 대하여 일어난다. 회전자의 방향은 제1도의 실시형태에서와 같은 방법으로 조절된다. 제5도의 실시형태에 있어서, 지지구조체(24)는 하부의 판체(24')에 의하여 직립축에 대하여 회동가능하게 착설되어 있다.

조절장치로서 제공된 전기모우터(11)와 함께 이러한 착설구조 및 작용은 제1도에 따른 실시형태에서 직립축에 대하여 착설한 것등과 같으므로 이에 관한 설명을 생략하기로 한다.

제5도의 실시형태에서, 회전자의 경사운동 범위는 짧은 길이의 안내로(16')(16＂)에 의하여 매우 제한된다. 그러나 대부분의 경우 이러한 제한된 경사운동으로도 회전자의 배향을 제어하는데 충분한 것이다.

또한 제5도에 따른 실시형태에서 사용된 회전자를 위한 지주구조는 예를들어 제1도, 제3도 및 제4도에 따른 풍력장치에도 사용될 수 있다.

제6도는 그 원리가 제5도에 따른 풍력장치의 구조원리와 같은 풍력장치의 다른 실시형태를 보이고 있다. 그 기능이 동일하므로 동일부분에 대하여 동일부호로 표시하었다. 이 실시형태에 있어서, 다른 회전자의 자극열에 작용하는 다수의 자극열이 회전축(3')의 방향에서 각 각 회전자(1) 또는 (2)상에 축방향으로 인접 배설되어 있다.

이와 같은 경우 자극(21)의 두 열이 외부회전자(1)의 내주연에 축방향으로 인접배설되고 내부회전자(2)의 외주연상의 자극(25)과 대향되어 있다. 아울러 다른 자극(21')의 열이 내부회전자(2)의 지주(20)에 고정된 자극(25')의 열에 대향되어 내부회전자(2)의 내주연위치에서 외부회전자(1)의 지주(19)(19')상에 측방향으로 인접배열된다. 자국열의 수를 증가함으로서 발전기의 경우 출력을 얻을 수 있고, 만약 모우터로서 작용하는 경우는 입력을 증가시켜야 한다.

풍력장치의 다른 실시형태가 제7조의 종단면도에서 보이고 있다. 역시 기본적인 구성은 제5도 또는 제6도에 따른 실시형태와 일치한다. 그러나 제7도에 따른 실시형태에 있어서, 외부 회전자는 지주(19＂)로서 회전자회전축(3＂)에 직접 고정되어 있는 반면에 내부회전자는 회전자축(3＂)에 회전 가능하게 착설된 후브(27)(27')에 지주(20')(20＂)를 통하여 착설되어 있다. 이 실시형태에서 회전자(1)와 함께 회전하는 회전자축의 직경은 그 중간부가 확대되어 있고, 그 외주면에 다수의 자극이 배설되어 있다. 이들 자극(28)의 열은 축방향으로 일정한 간격을 두고 배설되어 있다. 전기적인 권선이 감겨있는 자극(29)의 다수 열이 자극(28)의 열에 대향되게 내부회전자(2)의 지주(20')(20＂) 상에 배설되어 있다. 자석(29)의 자극권선은 다시 도선(도시하지 않았음)을 통하여 콜렉터(도시하지 않았음)에 연결되고, 콜렉터를 통해 발전전류는 슬립접점을 통하여 소모기에 전달되거나, 회전자가 전기 모우터로서 작용하는 경우는 콜렉터를 통하여 전류가 공급될 수 있다.

기류의 상태를 개선하기 위하여 제1도－제8도에 도시된 풍력장치의 실시형태에서 동축상의 회전자(1)(2)의 중심이 공기역학적인 유선형으로 되어 있다. 이러한 유선형의 덮개가 제5도, 제6도 및 제7도에서 단면으로 나타나 있다.

제8도는 풍력장치의 상기 언급된 실시형태의 외부회전자(1) 또는 내부회전자(2)에 고정된 자극을 확대하여 보인 것이다. 여기에서 두 열의 영구자석자극(31)(31')이 외부회전자(1)의 내주연에서 축방향으로 일정한 간격을 두고 자극(30)(30')에 방사상으로 대향되게 배설되어 있다.

각 자극(31)(31')에는 전기적인 유도권선(32)이 감겨져 있다. 이들 권선은 도선(도시하지 않았음)을 통하여 이미 언급한 바와같은 콜렉터에 연결되어있다. 제8도는 대향자극(30)(30') 및 (31)(31')의 자극(30)(30')이 회전축의 방향에 대하여 평행하게 연장된 방향으로 반대측 자극(31) 또는 (31')의 양측으로 돌출되어 있는 것을 보이고 있다. 만약 회전자축의 위지변화중에 회전자(1)(2)의 전진운동이 일어난다면 회전자는 회전자가 반대방향으로 회전하므로 양측 방향으로 전진운동하게 되어 주회전자평면으로 부터 회전자(1)(2) 반대방향으로 굽히게하려는 반대방향의 토오크가 가하여질 것이다. 회전자(1)(2)의 가요성으로, 외부회전자(1)의 내주연과 내부회전자의 외주연사의 가벼운 축방향 이동, 즉 외부회전자의 자극(30)(30')은 내부회전자의 자극(31)(31')에 대하여 일측 또는 타측으로 축방향이동되게 하는 축방향이동이 이들 로오크에 의하여 나타나게 되는 것이다. 그러나 회전자에 외력이 가하여지지 않을 때에도 자극(30)(30')는 내부 회전자의 자극(31)(31')의 양측으로 돌출되어 있으므로 이러한 가벼운 축방향 이동의 경우에도 자극(30)(30')과 자극(31)(31') 사이의 자장이 감소되거나 차단되지 아니하고 최대강도가 유지된다. 자극사이의 에어갭의 폭은 회전자 사이의 작은 축방향이동에 의하여 실질적으로 변화없이 유지되고 방사상 간극도 일정하게 유지된다. 이는 상호 반대방향으로 회전하는 회전자와 이에 의하여 생성된 전진운동적인 토오크의 조정운동중에도 발전출력이 감소되지 않게한다.

제8도에 도시된 자극구조는 풍력장치의 회전자에 뿐만 아니라 일반적으로 회전축에 대하여 상대적으로 회전하는 부분(예를들어 ＂스테이터＂와 ＂로타＂) 사이에 축방향 이동이 일어나는 교류발전기 또는 전기모우터 등에도 응용할 수 있다. 자극 사이에 축방향 이동이 일어나는 상황은 이러한 경우 자극구조의 권선에 그다지 중요한 문제는 아니다.

본 발명은 본문에 기술된 실시형태로 제한되는 것은 아니다. 예를들어 본 발명 풍력장치에서는 두개 이상의 동평면상이고 동축상인 회전자가 제공될 수도 있다.

또한 동축상이고 동평면상인 다수의 회전자 모두를 동일방향으로 회전되게 할수도 있다. 이와같은 경우 회전자의 자이로스코프적인 효과는 상호 부가되는 반면에 상호 반대방향으로 회전하는 회전자의 경우 그 효과는 각각 보상된다.

도면을 인용하여 본문에 기술된 실시형태에 있어서, 상호 반대 방향으로 회전하는 두 회전자는 각각 발전기를 형성한다. 그러나 본 발명 풍력장치는 회전자가 전동수단을 통하여 연결된 회전축을 통해 분리된 발전기를 구동시키거나 직접적으로 다른 기계장치, 예를들어 펌프와 같은 장치를 구동시킬 수 있다. 이러한 경우 구동장치가 예를들어 카르단축(cardan shaft)를 통하여 회전축에 연결되므로 회전자축의 전방향 선회가능성이 구동될 기계의 연결로 장애받지 않는다.

Claims (1)

1. 회전자회전축에 대하여 회동가능하고 풍배향을 위한 조절장치에 의하여 회전자 회전축과 각도를 이루는 직립축에 대하여 선회 가능하게 지지구조체에 착설되어 교류발전기를 구동시키는 회전자로 구성되는 풍력장치에 있어서, 회전자회전축이 회전자의 전진운동을 허용하도록 다른 경사축에 대하여 선회되는 지지구조체에 착설되고, 상기 경사축은 회전자회전축 및 직립축과 각을 이루어 교차하며, 주회전자 평면의 위치선 정수단이 수평풍향의 변화에 따라 회전자의 조절이 이루어지는 경우 회전자를 직립축에 대하여 선회되게 하는 조절장치와, 회전자회전축 및 직립축에 대하여 수직으로 연장되는 토오크벡타 성분을 갖는 토오크가 회전자 회전축 또는 회전자에 가하여지는 고정장치로 구성되고, 상기 토오크벡타 성분의 크기가 회전자의 회전속도와, 직립축조절장치에 의하여 가하여지는 토오크 및 자이로스코프적인 전진운동에 따라 회전자에 가하여지는 풍배향운동에 따라서 제어장치에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 풍력장치.

Images