WO2012064112A2 - 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템 - Google Patents

수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템 Download PDF

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유영식
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Definitions

  • the present invention relates to a blade structure of a vertical axis wind power generation device, and a blade structure of a vertical axis wind power generation device with a simple structure, easy to design and construction, convenient maintenance and operation, and excellent power generation efficiency, and a wind power generation system using the same. .
  • Korea has many mountainous regions and has a topography adjacent to the ocean, and is affected by monsoon and local regional winds where the wind direction and wind speed change from region to region.
  • the horizontal axis method has a disadvantage in that the blade does not respond when the wind direction is changed only in one direction, and the horizontal axis is always subjected to gravity, causing severe wear of other members such as bearings, which is likely to cause a failure.
  • Complementing the disadvantage of the horizontal axis method is the vertical axis method.
  • the conventional vertical axis method is difficult to design, manufacture and maintenance because it is composed of a large number of members and has a complex structure, there is a disadvantage that a predetermined quality can not be obtained during the construction of unskilled workers.
  • the existing power generation module (generator) is a current generation method (rotator: coil, stator: magnet) by the basic concept of coil rotation,
  • the speed increaser is separately attached to increase the speed of generator (over a certain number of revolutions per minute), which causes additional maintenance cost due to the increase of wear of the speed increaser.
  • the conventional control unit has a problem in that the design is complicated and physical and electrical interference occurs because the separate control unit is installed and configured according to solar, wind, commercial power, lamp power consumption, and storage battery selection.
  • the present invention is proposed to solve the conventional problems as described above.
  • the purpose is as follows.
  • the present invention provides a wind power generation system including a blade structure (BS) and a power generation module 40 disposed below the blade structure, wherein the blade structure (BS) is the power generation module (
  • a center shaft 10 installed vertically to vertically transmit the rotational force to 40;
  • the central shaft 10 penetrates through the central shaft through-hole 22 in a S-shape as a whole, and a plurality of the central shafts 10 are installed at equal intervals from the lower end to the upper end of the central shaft 10, and the upper portion is at an angle toward the upper end.
  • a plurality of reinforcing ribs 20 installed by rotating; And two blades 30 twisted by a plate and bonded to the front or rear surface of the reinforcing rib 20.
  • the power generation module 40 includes a plurality of magnets M installed therein. External rotor 41; A lower outer rotor 42 having a plurality of magnets M installed therein; And a fixed coil 43 installed between the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42. When the central shaft 10 rotates, the fixed coil 43 does not rotate. It provides a wind power generation system characterized in that the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 rotates to generate power.
  • a ventilation path 38 through which wind passes is formed between the central axis 10 and the blade 30.
  • the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 has a disk shape, and the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 have a plurality of magnets (M) therein. ) Is radially installed, and the coil part 44 of the fixed coil 43 is positioned between the magnet M installed on the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42. 43 is hollow 45 is formed in the center.
  • the blade 30 is formed with a plurality of blade pins 36 protruding perpendicularly to the inner surface, the blade pin 36 has a slope shape that the slope is lowered toward the central axis 10 to be.
  • a blade structure of a vertical shaft wind turbine generator with a small number of members and a simple structure, and a wind turbine generator system using the same.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a wind power generation system using the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the reinforcing rib in the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of the blade of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view from above of the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view from above of a blade structure of a vertical axis wind turbine generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a combined perspective view of a wind power generation system using a blade structure of a vertical axis wind power generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of various embodiments of blade pins of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of the outside of the external rotor of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the interior of the external rotor of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view as viewed obliquely from above of a blade structure of a vertical axis wind turbine generator according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is an enlarged view of the coupling portion of the blade structure and the power generation module portion of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of the power generation module in the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • Figure 13 is a plan view of a high-density fixed coil used in the power generation module in the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a wind power generation system using the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention includes a central shaft 10 installed vertically in the form of a steel rod to vertically transmit the rotational force to the power generation module 40;
  • the central shaft 10 is penetrated through the central shaft through-hole 22 in a S-shape as a whole, and a plurality of the central shafts 10 are installed from the lower end to the upper end of the central shaft 10 at a predetermined angle than the lower one.
  • a plurality of reinforcing ribs 20 installed by rotating; And two blades 30 which are twisted into a twisted sheet and bonded to the front or rear surface of the reinforcing rib 20.
  • the central shaft 10 is installed vertically in the form of a steel rod to vertically transmit the rotational force to the power generation module 40, it is preferable to use a solid forged steel to prevent vibration during high-speed rotation. .
  • FIG. 2 is a plan view of the reinforcing rib in the present invention.
  • the reinforcing ribs 20 have a S-shape as a whole, and the central shaft 10 penetrates through the central shaft through-hole 22 in the center, and a plurality of reinforcing ribs 20 are installed at equal intervals from the lower end to the upper end of the central shaft 10. Rotating to a certain angle rather than installed in the lower portion is installed a plurality.
  • a bolt or a conventional method such as adhesive or welding may be used as a bolt or a conventional method such as adhesive or welding may be used.
  • the reinforcing rib 20 serves to structurally support the blade 30, and when installed in the front of the blade 30 increases the frictional force with the wind along with the blade pin 36, the wind power to high efficiency Transfer to power generation module 40.
  • FIG. 3 is a front view of the blade of the present invention
  • Figure 4 is a plan view from above of the blade structure of the vertical axis wind turbine generator of the present invention. More specifically, FIG. 3 is a state before bending the blade 30.
  • the blade 30 is twisted plate is processed into a twisted shape is bonded to the front or rear of the reinforcing rib (20).
  • the blade 30 may be cast in tempered glass or eco-friendly plastic, etc. in consideration of weight, economical efficiency, and processability, or in consideration of external installation environment, such as fiberglass or reinforced plastic having excellent durability, impact resistance, abrasion resistance, corrosion resistance, and heat resistance. It is preferable to produce with.
  • the blade 30 can be drilled more than a plurality of wind holes (not shown), the wind holes to easily pass the wind to increase the rotational force by the wind.
  • a plurality of blade connecting protrusions 24 are formed on the front or rear of the reinforcing rib 20 at regular intervals, and the blade 30 It is preferable that a plurality of reinforcing rib connecting holes 34 corresponding to the blade connecting protrusions 24 are formed so that the blade connecting protrusions 24 and the reinforcing rib connecting holes 34 are fastened to each other.
  • 2 shows that the blade connecting protrusions 24 are formed on the front surface of the reinforcing rib 20 as an example
  • FIG. 1 shows that the blade connecting protrusions 24 are formed on the rear surface of the reinforcing rib 20 according to the embodiment. It shows that the blade 30 is coupled.
  • 5, 6, and 10 show another embodiment of the present invention.
  • the blade 30 is attached to the reinforcing rib 20 spaced apart from the central axis 10 by a predetermined distance, the ventilation path 38 is formed along the central axis.
  • the ventilation path 38 By providing such a ventilation path 38, it has the advantage of preventing damage and damage caused by strong winds.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of various embodiments of blade pins of the present invention.
  • the blade pin 36 increases resistance and friction with wind, the blade 30 is rapidly rotated to transfer wind power to the power generation module 40 with high efficiency.
  • the blade pin 36 is perpendicular to the inner surface of the blade 30. A plurality is formed so as to protrude.
  • the cross section of the blade pin 36 may be configured in a rectangular shape as shown in FIG. 7 (a) and adjusts the frictional force with the wind toward the central axis 10 as shown in FIG. 7 (b) or 7 (c). It can be made into the slope shape so that a slope may become low.
  • FIG. 10 is a plan view obliquely showing the blade structure of the vertical axis wind turbine generator of the present invention from above.
  • the blade structure of the vertical axis wind turbine generator of the present invention is different from the conventional art, and a ventilation path 38 through which wind passes is formed between the central shaft 10 and the blade 30 to form a strong wind. It has the advantage of preventing breakage and damage caused.
  • Wind power generation system using the blade structure of the vertical axis wind turbine of the present invention is a wind power generation system using the blade structure of the vertical axis wind turbine
  • Blade structure (BS) of the vertical axis wind power generator of the vertical axis wind power generator; And a power generation module 40 extending and installed below the central axis 10 to generate power by receiving the rotational force of the central axis 10.
  • the power generation module 40 is installed below the upper outer rotor 41 and the upper outer rotor 41 with the plurality of magnets M installed therein, and the lower outer assembly with the plurality of magnets M installed therein.
  • a high-density fixed coil 43 installed between the electron 42 and the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42. When the central shaft 10 rotates, the high-density fixed coil is rotated. 43 is characterized in that the electric power is generated by rotating only the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 without rotating.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a portion in which the blade structure and the power generation module are coupled to the vertical axis wind power generator of the present invention
  • FIG. 12 is a side view of the power generation module in the blade structure of the vertical axis wind power generator according to the present invention
  • Figure 13 shows a high-density fixed coil used in the power generation module in the blade structure of the vertical axis wind power generator of the present invention.
  • the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 have a disc shape and a plurality of magnets M therein. ) Is installed radially, the coil portion 44 of the high-density fixing coil 43 is located between the magnet (M) installed in the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42, the high density fixed coil It is preferable that 43 is a disk shape in which the hollow 45 is formed in the center.
  • the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 are arranged in the form of a rare earth magnet (neodymium) radially around the center of the magnet is more than twice as strong as the permanent magnet of the existing iron component is sufficient to small size It can be configured to form a magnetic field, and unlike the existing generator method in which the coil rotates, the magnet (M) is rotated by the wind, reducing the amount of heat generated from the coil to increase the durability of the power generation module (generator) There is an extended feature.
  • a rare earth magnet neodymium
  • the high-density fixed coil 43 is configured to maintain the form of the hollow 45 while the coil is configured as a stator, so that the high-density coil configuration is impossible because the coil is a rotor in the existing generator, and the coil unit 44 is multilayered as necessary. Can be laminated.
  • the existing generator is a structure that requires a certain number of revolutions per minute to generate a current, but the present invention is capable of generating current even at a low revolutions per minute (130rpm) by additional additional speed increase between the blade structure (BS) and the power generation module 40 It doesn't need any device and it's outer rotor type.
  • the present invention is configured to further include; an integrated control unit for simultaneously controlling the use of solar, wind, commercial power, lamp power consumption, storage battery selection in a single system without additional equipment,
  • the integrated control unit may be logically disconnected without using a mechanical or electronic clutch during high-speed rotation of the central shaft 10, the upper outer rotor 41 and the lower outer rotor 42 according to the strong wind. can do.

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Abstract

본 발명은 블레이드 구조 및 블레이드 구조의 하부에 배치된 발전모듈을 포함하는 풍력발전시스템으로서, 보다 구체적으로 적은 수의 부재와 간단한 구조로써 효율이 좋은 수직축 블레이드 구조 및 회전자에 자석이 구비되어 있고, 고정자에 코일이 구비된 발전모듈을 포함하는 풍력발전시스템에 관한 것이다.

Description

수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템
본 발명은 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조에 관한 것으로, 간단한 구조로 설계 및 시공이 용이하고 유지관리 및 운용이 편리하며 발전효율이 우수한 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템에 관한 것이다.
최근 녹색성장의 기조에서 이산화탄소 발생량이 없는 풍력발전장치의 필요성이 대두되고 있으나 화석연료를 사용하지 않고 효율이 높은 풍력발전장치의 개발은 저조한 실정이다.
우리나라는 산지가 많고 해양에 인접한 지형을 갖추고 있으며 지역별로 풍향과 풍속이 수시로 변화하는 계절풍 및 국지적인 지역풍의 영향을 많이 받고 있다.
현재까지 연구개발된 대부분의 풍력발전장치는 풍향이 일정한 지형에 적합하도록 블레이드가 전면을 향하고 수평축의 회전력을 발전모듈에 전달하는 수평축 방식을 취하고 있다.
그러나 상기 수평축 방식은 블레이드가 한 방향만을 향하므로 풍향이 변할 경우에는 대응하지 못하는 단점이 있으며, 상시 수평축이 중력을 받아 베어링 등 다른 부재의 심한 마모가 유발되어 고장이 일어날 우려가 높다.
상기 수평축 방식의 단점을 보완한 것이 수직축 방식이다.
그러나 종래의 수직축 방식은 많은 부재로 구성되고 복잡한 구조를 가지므로 설계 및 제작과 유지가 곤란하며, 비숙련공의 시공시 소정의 품질을 얻을 수 없는 단점이 있다.
따라서 풍향에 무관하게 발전할 수 있는 수직축 방식의 장점을 살리면서 종래의 수직축 방식의 복잡한 구조를 단순화한 새로운 수직축 방식의 개발이 시급한 실정이다.
또한, 기존의 발전모듈(발전기)은 기본개념인 코일회전에 의한 전류 생성 방식(회전자: 코일, 고정자: 자석)으로,
(1) 코일이 회전하는 구조적 한계로 인해 코일에 다량의 열량이 발생하고 그 생성된 열량으로 인해 발전기 내구성이 감소하며,
(2) 코일의 밀도와 체적을 높이는데 한계가 있었다. 그리고
(3) 발전기의 증속(분당 회전수 일정 이상)을 위해 증속장치가 별도로 부착되며 이로 인하여 증속장치 마모에 따른 추가적인 유지보수비용이 발생하고,
(4) 코일 회전에 따른 회전 공간 필요성으로 인해 그 확보된 공간에 대한 방수에 대한 대처가 미흡한 단점이 있다.
그리고 기존의 제어부는 태양광, 풍력, 상용전원, 램프소모전력, 축전지 선택사용에 따라 각각 별도의 부가장치를 설치하여 구성하므로 설계가 복잡하고 물리적 전기적으로 간섭이 발생하는 등의 문제점이 있어왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 다음과 같다.
첫째, 적은 수의 부재와 간단한 구조로써 효율이 좋은 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공하고자 한다.
둘째, 기존의 발전모듈(발전기)의 개념을 뒤집어서 회전자를 자석으로 고정자를 코일로 구성한 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공하고자 한다.
셋째, 기존의 제어부와 달리 태양광, 풍력, 상용전원, 램프소모전력, 축전지 선택사용을 별도의 부가장치 없이 하나의 시스템으로 동시에 제어하는 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 블레이드 구조(BS) 및 상기 블레이드 구조의 하부에 배치된 발전모듈(40)을 포함하는 풍력발전시스템으로서, 상기 블레이드 구조(BS)는, 상기 발전모듈(40)에 회전력을 수직으로 전달하기 위하여 수직으로 설치되는 중심축(10); 전체적으로 S자 형태로써 중앙의 중심축 관통구멍(22)으로 상기 중심축(10)이 관통되어, 상기 중심축(10)의 하단부터 상단까지 등간격으로 다수 개 설치되되, 상단으로 갈수록 일정각도로 회전하여 설치되는 다수 개의 보강리브(20); 및 판재를 비틀어 꼬인 형상을 갖고 상기 보강리브(20)의 전면 또는 후면에 접합되는 두 개의 블레이드(30);를 포함하고, 상기 발전모듈(40)은 내부에 다수 개의 자석(M)이 설치된 상부외부회전자(41); 내부에 다수 개의 자석(M)이 설치된 하부외부회전자(42); 및 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42) 사이에 설치되는 고정코일(43)을 포함하고, 상기 중심축(10)이 회전하면 상기 고정코일(43)은 회전하지 않고 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)만 회전하여 발전을 일으키는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기 중심축(10)과 블레이드(30) 사이에는 바람이 통과하는 통풍로(38)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 원반 형상이고, 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 내부에 다수의 자석(M)이 방사형으로 설치되어 있고, 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)에 설치된 자석(M) 사이에 고정코일(43)의 코일부(44)가 위치하되 상기 고정코일(43)은 중앙에 중공(45)이 형성되어 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 블레이드(30)는 안쪽면에 수직으로 돌출되는 다수의 블레이드 핀(36)이 형성되어 있고, 상기 블레이드 핀(36)은 상기 중심축(10) 쪽으로 경사가 낮아지는 슬로프 형상이다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 적은 수의 부재와 간단한 구조로써 효율이 좋은 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
둘째, 기존의 발전모듈(발전기)의 개념을 뒤집어서 회전자를 자석으로 고정자를 코일로 구성한 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
셋째, 기존의 제어부와 달리 태양광, 풍력, 상용전원, 램프소모전력, 축전지 선택사용을 별도의 부가장치 없이 하나의 시스템으로 동시에 제어하는 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조 및 이를 이용한 풍력발전시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템의 결합사시도이다.
도 2는 본 발명 중 보강리브의 평면도이다.
도 3은 본 발명 중 블레이드의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 위에서 바라본 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 위에서 바라본 평면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템의 결합사시도이다.
도 7은 본 발명 중 블레이드 핀의 여러 실시예의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 외부회전자의 외부의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 외부회전자의 내부의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 위에서 비스듬하게 바라본 평면도이다.
도 11은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조와 발전모듈 부분의 결합부분의 확대도이다.
도 12는 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조에서 발전모듈의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조에서 발전모듈에 사용되는 고밀도고정코일의 평면도이다.
이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
1. 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조(BS)
도 1은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템의 결합사시도이다.
본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조는 발전모듈(40)에 회전력을 수직으로 전달하기 위하여 강봉의 형태로 수직으로 설치되는 중심축(10); 전체적으로 S자 형태로써 중앙의 중심축 관통구멍(22)으로 상기 중심축(10)이 관통되어 상기 중심축(10)의 하단부터 상단까지 다수 개 설치되되 상부로 갈수록 하부에 설치된 것보다 일정각도로 회전하여 설치되는 다수 개의 보강리브(20); 및 판재를 비틀어 꼬인 형상으로 가공되어 상기 보강리브(20)의 전면 또는 후면에 접합되는 두 개의 블레이드(30);를 포함하여 구성되어 있다.
상기 중심축(10)은 발전모듈(40)에 회전력을 수직으로 전달하기 위하여 강봉의 형태로 수직으로 설치되는 것으로, 고속회전시 진동을 방지하기 위하여 속이 차있는 단조체 강철을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명 중 보강리브의 평면도이다.
상기 보강리브(20)는 전체적으로 S자 형태로써 중앙의 중심축 관통구멍(22)으로 상기 중심축(10)이 관통되어 상기 중심축(10)의 하단부터 상단까지 등간격으로 다수 개 설치되되 상부로 갈수록 하부에 설치된 것보다 일정각도로 회전하여 다수 개가 설치된다. 보강리브(20)를 중심축(10)에 설치하는 방법으로는 볼트를 이용하거나 접착제 또는 용접 등의 통상적인 방법을 이용할 수 있다. 상기 보강리브(20)는 블레이드(30)를 구조적으로 지지하는 역할을 하며, 블레이드(30)의 전면에 설치될 경우 하기 블레이드 핀(36)과 함께 바람과의 마찰력을 증대시켜 풍력을 높은 효율로 발전모듈(40)에 전달한다.
도 3은 본 발명 중 블레이드의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 위에서 바라본 평면도이다. 더욱 구체적으로 도 3은 블레이드(30)를 휨가공하기 전의 상태이다.
상기 블레이드(30)는 판재를 비틀어 꼬인 형상으로 가공되어 상기 보강리브(20)의 전면 또는 후면에 접합된다. 그리고 상기 블레이드(30)는 중량, 경제성 및 가공성 등을 고려하여 강화유리 또는 친환경 플라스틱 등으로 주물제작하거나 외부 설치 환경을 고려하여 내구성, 내충격성, 내마모성, 내식성 및 내열성이 우수한 유리섬유나 강화플라스틱 등으로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 블레이드(30)에는 바람구멍(미도시)을 다수 개 더 천공할 수 있는데, 상기 바람구멍은 바람이 쉽게 통과하도록 하여 풍력에 의한 회전력을 높이게 된다.
상기 보강리브(20)와 블레이드(30)의 결속을 견고히 하기 위하여, 상기 보강리브(20)의 전면 또는 후면에는 블레이드 연결돌기(24)가 일정간격으로 다수 개 더 형성되고, 상기 블레이드(30)에는 상기 블레이드 연결돌기(24)에 대응하는 보강리브 연결구멍(34)이 다수 개 더 형성되어 상기 블레이드 연결돌기(24)와 보강리브 연결구멍(34)이 서로 체결되도록 하는 것이 바람직하다. 도 2는 실시예로써 상기 보강리브(20)의 전면에 블레이드 연결돌기(24)가 형성된 것을 나타내고, 도 1은 실시예로써 상기 보강리브(20)의 후면에 블레이드 연결돌기(24)가 형성되어 블레이드(30)가 결합된 것을 나타낸다.
도 5, 6, 10 은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 5, 6 에 도시된 바와 같이, 블레이드(30)는 중심축(10)으로부터 소정간격 이격되어 보강리브(20)에 부착됨으로써, 중심축을 따라 통풍로(38)가 형성되어 있다. 이러한 통풍로(38)를 구비함으로써, 강풍에 의한 파손 및 손상을 방지하는 장점을 가진다.
도 7는 본 발명 중 블레이드 핀의 여러 실시예의 단면도이다.
상기 블레이드 핀(36)은 바람과의 저항력 및 마찰력을 증대시키므로 블레이드(30)를 빠르게 회전시켜 풍력을 높은 효율로 발전모듈(40)에 전달하기 위한 것으로, 상기 블레이드(30)의 안쪽면에 수직으로 돌출되도록 다수 개가 형성된다.
상기 블레이드 핀(36)의 단면은 도 7(a)와 같이 방형으로 구성될 수도 있고 바람과의 마찰력을 조절하여 도 7(b) 또는 7(c)에 도시된 것처럼 상기 중심축(10) 쪽으로 경사가 낮아지도록 슬로프(slope) 형상으로 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 위에서 비스듬하게 도시하는 평면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조는 종래의 기술과 다르게 상기 중심축(10)과 블레이드(30) 사이에 바람이 통과하는 통풍로(38)가 형성되어 강풍에 의한 파손 및 손상을 방지하는 장점을 가진다.
2. 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템(WS)
본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템은 상기 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조를 이용한 풍력발전시스템으로,
상기 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조(BS); 및, 상기 중심축(10)의 하부에 연장되어 설치되어 상기 중심축(10)의 회전력을 받아 발전을 일으키는 발전모듈(40);을 포함하여 구성되되,
상기 발전모듈(40)은 내부에 다수개의 자석(M)이 설치된 상부외부회전자(41) 및 상기 상부외부회전자(41) 아래 설치되는 것으로 내부에 다수개의 자석(M)이 설치된 하부외부회전자(42) 그리고 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42) 사이에 설치되는 고밀도고정코일(43)을 포함하여 구성되어, 상기 중심축(10)이 회전하면 상기 고밀도고정코일(43)은 회전하지 않고 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)만 회전하여 발전을 일으키는 것을 특징으로 한다.
도 11은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조와 발전모듈이 결합한 부분의 확대도이며, 도 12은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조에서 발전모듈의 측면도이다. 도 13은 본 발명의 수직축 풍력발전 장치의 블레이드 구조에서 발전모듈에 사용되는 고밀도고정코일을 도시한다.
도 8 내지 9 및 도 12 내지 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 발전모듈(40)에서는 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 원반형상으로 내부에 다수개의 자석(M)이 방사형으로 설치되고, 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)에 설치된 자석(M) 사이에 고밀도고정코일(43)의 코일부(44)가 위치하되 상기 고밀도고정코일(43)은 중앙에 중공(45)이 형성된 원반형상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 가운데를 중심으로 방사형태로 희토류 자석(네오디움)을 배열함으로써 기존 철 성분의 영구자석보다 2배 이상 자성이 강해져 작은 크기로 충분한 자기장을 형성할 수 있도록 구성할 수 있으며, 코일이 회전하는 기존의 발전기방식과 달리 풍력에 의해 자석(M)이 회전하게 되는 구조로써 코일에서 발생되는 열량을 감소시켜 발전모듈(발전기)의 내구성이 연장되는 특징이 있다.
상기 고밀도고정코일(43)은 코일을 고정자로 구성하면서 중공(45)이 형성된 형태를 유지함으로써 기존 발전기에서 코일이 회전자이기 때문에 불가능한 고밀도 코일구성이 가능하며 필요에 따라 코일부(44)를 다층으로 적층하여 구성할 수 있다.
또한 기존의 발전기는 전류 생성을 위해 일정 이상의 분당 회전수가 필요한 구조이나 본 발명은 낮은 분당 회전수 (130rpm)에서도 전류 생성이 가능함으로써 블레이드 구조(BS)와 발전모듈(40) 사이에 별도의 추가적인 증속장치가 필요 없는 외곽회전자 방식이다.
기존의 발전기 형태는 코일이 회전하는 방식으로 코일회전자 회전을 위한 회전공간 확보로 인해 방수에 대한 처리가 미흡하였으나, 본 발명은 중심축(10)과 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)가 일체로 외부에서 회전되게 되므로 외부에서 밀폐되므로 고밀도고정코일(43)을 위한 별도의 회전공간이 필요없어 방수성능이 우수하다.
본 발명은 태양광, 풍력, 상용전원, 램프소모전력, 축전지 선택사용을 별도의 부가장치 없이 하나의 시스템으로 동시에 제어하는 통합제어부;를 더 포함하여 구성되되,
상기 통합제어부는 강풍에 따른 상기 중심축(10), 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)의 고속회전시 기계적 또는 전자적 클러치를 사용하지 않고 논리적으로 연결을 해제하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.
따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (4)

  1. 블레이드 구조(BS) 및 상기 블레이드 구조의 하부에 배치된 발전모듈(40)을 포함하는 풍력발전시스템으로서,
    상기 블레이드 구조(BS)는,
    상기 발전모듈(40)에 회전력을 수직으로 전달하기 위하여 수직으로 설치되는 중심축(10);
    전체적으로 S자 형태로써 중앙의 중심축 관통구멍(22)으로 상기 중심축(10)이 관통되어, 상기 중심축(10)의 하단부터 상단까지 등간격으로 다수 개 설치되되, 상단으로 갈수록 일정각도로 회전하여 설치되는 다수 개의 보강리브(20); 및
    판재를 비틀어 꼬인 형상을 갖고 상기 보강리브(20)의 전면 또는 후면에 접합되는 두 개의 블레이드(30);를 포함하고,
    상기 발전모듈(40)은
    내부에 다수 개의 자석(M)이 설치된 상부외부회전자(41);
    내부에 다수 개의 자석(M)이 설치된 하부외부회전자(42); 및
    상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42) 사이에 설치되는 고정코일(43)을 포함하고,
    상기 중심축(10)이 회전하면 상기 고정코일(43)은 회전하지 않고 상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)만 회전하여 발전을 일으키는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심축(10)과 블레이드(30) 사이에는 바람이 통과하는 통풍로(38)가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 원반 형상이고,
    상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)는 내부에 다수의 자석(M)이 방사형으로 설치되어 있고,
    상기 상부외부회전자(41) 및 하부외부회전자(42)에 설치된 자석(M) 사이에 고정코일(43)의 코일부(44)가 위치하되 상기 고정코일(43)은 중앙에 중공(45)이 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드(30)는 안쪽면에 수직으로 돌출되는 다수의 블레이드 핀(36)이 형성되어 있고,
    상기 블레이드 핀(36)은 상기 중심축(10) 쪽으로 경사가 낮아지는 슬로프 형상임을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
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