WO2014025124A1

WO2014025124A1 - 풍력발전장치

Info

Publication number: WO2014025124A1
Application number: PCT/KR2013/003856
Authority: WO
Inventors: 박병억; 송정한
Original assignee: Park Byoung Eok; Song Jung Han
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR101309438B1

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로, 지면 위에 세워진 상태로 설치되도록 수직상태로 길게 형성되고, 외주면에 바람의 유입을 위한 다수개의 유입공이 형성된 관체형의 풍동타워; 상기 풍동타워의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되는 복수의 회전축; 상기 회전축과 함께 회전하는 한 쌍의 회전판; 상기 한 쌍의 회전판의 사이에 수직상태를 이루면서 일측이 편축회전 가능하게 설치되고, 상기 회전판을 회전시키는 판상의 블레이드; 상기 회전판에 마련되고, 풍압에 의해 편축회전하는 상기 블레이드의 타측에 걸리면서 상기 블레이드의 회전각도를 제어하며, 상기 블레이드의 타측을 걸린상태로 상기 블레이드를 지지하면서 상기 블레이드에 가해진 풍압을 상기 회전판으로 전달하는 스토퍼; 및 상기 회전축들에 제각기 연결되어 상기 회전축의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환시키는 복수의 제네레이터;를 포함한다. 본 발명은 복수로 구성되는 회전축이 풍동타워의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되어 제네레이터와 함께 독립적인 발전모듈을 형성하므로, 바람의 풍속이 고도에 따라 서로 다른 경우에도 회전축이 제각기 다른 속도로 회전함으로써 회전에너지의 손실이 최소화됨에 따라 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

풍력발전장치

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면에 수직상태로 설치되어 바람에 의한 풍압에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 바람의 풍압을 이용하여 터빈을 회전시킴으로써 터빈의 회전에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치이다.

선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-1129102호에 개시된 풍력발전기가 있다. 이러한 풍력발전기는 도 1에 도시된 바와 같이 바람이 유입되는 통공(11)이 형성되어 집풍타워(A)를 이루는 풍동(10)과, 풍동(10)의 통공(11)으로 바람을 안내하는 가이드부(20)와, 풍동(10)의 길이방향을 따라 설치되어 발전기(C)에 연결되는 회전축(13)과, 회전축(13)에 등간격으로 설치되어 바람에 의해 회전하면서 회전축(13)을 회전시키는 임펠러(B)로 구성된다.

선행기술의 풍력발전장치는 가이드부(20)를 통해 유입된 바람에 의해 다수의 임펠러(B)가 회전하고, 임펠러(B)의 회전에 따라 회전축(13)이 회전하여 발전기(C)를 작동시키는 구성이다. 미설명부호 14는 배기구, 21은 수직가이드패널, 22는 수평가이드패널, 23은 유도통로이다.

그런데, 선행기술의 풍력발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 회전축(13)이 단일체로 형성됨에 따라 다수의 임펠러(B)들이 동일한 회전수로 회전하므로 풍압의 에너지가 손실되는 문제점이 있다.

왜냐하면, 풍동(10)은 타워형으로 형성되어 수직상태로 설치되는바, 고도가 높은 부분에는 빠른 풍속의 바람이 유입되고 고도가 낮은 부분에는 상대적으로 느린 풍속의 바람이 유입된다. 그런데, 선행기술의 임펠러(B)들은 서로 다른 고도에 설치되면서 단일체(13)의 회전축에 설치되어 회전수가 동일화되므로 회전에너지가 손실되어 발전효율이 저하되는 문제점이 있다.

더욱이, 선행기술의 풍력발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 임펠러(B)가 1개의 발전기(G)(통합발전기)만을 가동시키므로 발전효율이 더욱 저하되는 문제점이 있다.

또한, 선행기술의 풍력발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(B)를 구성하는 날개의 각도가 고정된 상태로 회전하므로 바람의 풍향이나 풍속이 변하는 경우 원활한 회전력을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 풍동타워에 설치되어 회전하는 회전축이 복수로 구성되어 고도에 따라 서로 다른 바람의 풍속에 의해 제각기 회전함으로써 회전에너지의 손실을 최소화할 수 있으며, 복수의 회전축이 복수의 발전기에 제각기 연결됨으로써 발전효율을 향상시킬 수 있는 풍동발전장치를 제공하기 위함이 그 목적이다.

또한, 풍압에 의해 회전판을 회전시키는 블레이드의 각도를 풍향 및 풍속에 따라 가변시킴으로써 회전판의 회전저항을 최소화할 수 있는 풍동발전장치를 제공하기 위함이 다른 목적이다.

본 발명의 풍력발전장치는, 지면 위에 세워진 상태로 설치되도록 수직상태로 길게 형성되고, 외주면에 바람의 유입을 위한 다수개의 유입공이 형성되고, 상기 유입공을 통하여 외부의 바람을 내부로 유입시키도록 하는 관체형의 풍동타워; 상기 풍동타워의 중앙에 수직상태로 회전가능하게 설치되고, 상기 풍동타워의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되는 복수의 회전축; 상기 회전축의 상부 및 하부에 수평상태로 제각기 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하는 한 쌍의 회전판; 상기 한 쌍의 회전판의 사이에 수직상태를 이루면서 일측이 상기 회전판에 편축회전이 가능하게 설치되고, 복수로 구성되어 상기 회전판의 원주방향을 따라 등간격으로 배치되어 상기 회전축을 중심으로 방사상태를 이루며, 상기 풍동타워의 유입공으로 유입된 바람의 풍압에 의해 일측을 중심으로 타측이 편축회전하면서 상기 회전판을 회전시키는 판상의 블레이드; 상기 회전판에 마련되고, 풍압에 의해 편축회전하는 상기 블레이드의 타측에 걸리면서 상기 블레이드의 회전각도를 제어하며, 상기 블레이드의 타측에 걸린상태로 상기 블레이드를 지지하여 상기 블레이드에 가해진 풍압을 상기 회전판으로 전달하는 스토퍼; 및 상기 회전축들에 제각기 연결되어 상기 회전축의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환시키는 복수의 제네레이터;를 포함한다.

상기 스토퍼는 예컨대, 상기 회전판에 일체적으로 돌출되어 상기 블레이드의 회전궤적 내에 배치되고, 회전되는 상기 블레이드의 타측에 걸리면서 상기 블레이드의 타측을 지지하는 적어도 하나의 스톱돌기로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 블레이드는, 상기 회전판에 편축회전이 가능하게 고정되는 상기 일측의 단부에서부터 상기 일측의 반대편에 위치한 상기 타측의 단부로 갈수록 폭이 좁아지는 유선형의 단면으로 형성되고, 상기 회전판의 외측을 향하는 일측면에 오목한 형태로 만곡형성되어 상기 일측면에 작용하는 풍압에 의한 항력을 증가시키는 일측 곡률부; 및 상기 회전판의 내측을 향하는 타측면에 볼록한 형태로 만곡형성되어 상기 타측면에 작용하는 공기의 저항을 감소시키는 타측 곡률부;를 포함하여 구성할 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상기 풍동타워의 중앙에 수직상태로 설치된 상기 회전축을 부상시켜서 상기 회전축의 자중에 의한 기동부하를 감소시키는 리듀서;를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기 리듀서는 예컨대, 상기 풍동타워의 고정프레임에 일체적으로 고정되어 상기 회전축이 관통되는 풍동고정판; 상기 풍동고정판을 관통한 상기 회전축의 일단부에 일체적으로 고정되어 상기 풍동고정판과 대면하는 회전축고정판; 및 상기 풍동고정판 및 상기 회전축고정판에 제각기 설치되어 서로 대면하고, 서로 같은 극성으로 이루어져 상기 풍동고정판과 상기 회전축고정판을 이격시키면서 상기 회전축을 부상시키는 마그네트;를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력발전장치에 의하면, 복수로 구성되는 회전축이 풍동타워의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되어 복수의 제네레이터와 함께 독립적인 발전모듈을 제각기 형성하므로, 바람의 풍속이 고도에 따라 서로 다른 경우에도 회전축이 제각기 다른 속도로 회전함으로써 회전에너지의 손실이 최소화됨에 따라 발전효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 회전판을 회전시키는 복수의 블레이드가 제각기 편축회전하면서 스토퍼에 의해 제각각으로 회전각도가 제어됨에 따라 복수의 블레이드가 제각기 바람의 풍속이나 풍향에 대응하는 각도로 회전하므로, 블레이드의 회전저항이 최소화됨으로써 블레이드의 회전력이 원활하게 회전판 및 회전축에 전달되어 발전효율이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 스토퍼가 회전판에 돌출된 상태로 블레이드의 회전궤적 내에 배치되는 스톱돌기로 구성되므로 제작이 편리하며, 블레이드의 걸림을 통한 회전각도의 제어는 물론 블레이드에 가해진 풍압을 안정적으로 회전판에 제공할 수 있다.

또, 블레이드가 유선형의 단면으로 형성됨에 따라 블레이드가 좀 더 안정적으로 편축회전할 수 있으며, 블레이드의 양측면이 곡률부에 의해 만곡형성됨에 따라 블레이드에 바람에 의한 항력과 양력이 동시에 가해지므로 블레이드의 회전저항이 최소화될 수 있다.

그리고, 회전축의 자중에 의한 기동부하가 리듀서에 의해 감소됨에 따라 회전축의 회전력이 증가하므로 발전기의 발전효율이 더욱 향상될 수 있다.

구체적으로, 리듀서를 구성하는 마그네트가 같은 극성의 척력을 통해 풍동고정판 및 회전축고정판을 이격시키므로 별개의 동력이 없이도 영구적으로 사용할 수 있다.

도 1은 선행기술에 따른 풍력발전기를 나타내는 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 풍력발전장치를 나타내는 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 풍력발전장치를 나타내는 종단면도.

도 4는 도 2에 도시된 터빈을 나타내는 분해사시도.

도 5는 도 2에 도시된 풍력발전기를 나타내는 횡단면도.

도 6은 도 5에 도시된 풍동타워의 다른 실시예를 나타내는 횡단면도.

도 7은 본 발명에 따른 풍력발전상태를 나타내는 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 풍력발전장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 풍동타워(5), 회전축(10), 회전판(20), 블레이드(30), 스토퍼(40) 및 제네레이터(G)를 포함한다.

풍동타워(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 타워형을 이루면서 수직상태로 길게 형성되어 지면 위에 세워진 상태로 설치되는 구성요소로써, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 외주면을 따라 유입공(5a)이 형성되어 바람이 내부로 유입되며, 길이방향을 따라 등간격으로 설치되는 고정프레임(5b)에 의해 복층형태로 구획된다.

이러한 풍동타워(5)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 둘레를 따라 가이드(7)가 마련되어 유입공(5a)으로 바람을 안내한다. 가이드(7)는 도시된 바와 같이 콘형상으로 형성됨에 따라 바람에 와류를 일으켜서 유입공(5a)으로 유입시킨다.

즉, 풍동타워(5)는 유입공(5a)이 길이방향을 따라 복수로 마련되어 지면 위에 수직상태로 세워지므로, 고도에 따른 서로 다른 풍속의 바람이 각각의 유입공(5a)으로 유입되며, 반대편의 유입공(5a)으로 배출시키거나 관체형의 내부를 통해 바람을 상부로 관류시켜서 도 2에 도시된 바와 같이 배출공(5c)으로 배출시킨다.

한편, 상기 풍동타워(5)는 위에서 설명한 것과는 달리 다양한 형태로 구성할 수 있고, 그 일 예로서는 도 1에 도시된 것과 같은 집풍타워(A)를 사용할 수도 있으며, 그 외 바람이 유입될 수 있는 풍동이라면, 다양한 형태로 구성이 가능하다.

회전축(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 풍동타워(5)에 수직상태로 회전가능하게 설치되어 제네레이터(G)에 연결되고, 풍압에 의해 회전됨에 따라 회전력을 제네레이터(G)에 제공하는 부재이다.

이러한 회전축(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 전술한 고정프레임(5b)에 회전가능하게 설치되면서 풍동타워(5)의 길이방향을 따라 연속적으로 마련되어 서로 다른 바람의 풍속에 의해 제각기 독립적으로 회전된다.

회전판(20)은 회전축(10)과 함께 회전하는 부재로써, 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍으로 구성되어 회전축(20)의 상부 및 하부에 수평상태로 제각기 고정되면서 회전축(10)과 함께 회전한다. 이러한 회전판(20)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 소통공(20a)이 관통형성되어 유입공(5a)으로 유입된 바람을 전술한 풍동타워(5)의 배출공(5c)으로 소통시킨다.

블레이드(30)는 풍압이 가해지면서 회전판(20)을 회전시키는 부재로써, 도 4에 도시된 바와 같이 판상으로 길게 형성되어 한 쌍의 회전판(20)의 사이에 수직상태로 설치되고, 회전판(20)의 원주방향을 따라 등간격으로 배치되면서 회전축(10)을 중심으로 방사상태를 이룬다.

이러한 블레이드(30)는 도 3의 하부에 확대 도시된 바와 같이 일측(31)이 체결핀(30a)에 의해 회전판(20)에 체결되며, 이에 따라 풍압에 의해 타측(33)이 체결핀(30a)을 중심으로 편축회전한다.

스토퍼(40)는 블레이드(30)의 회전각도를 제어하면서 블레이드(30)에 가해진 풍압을 회전판(20)으로 전달하는 구성요소로써, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 회전판(20)에 일체적으로 돌출형성되는 스톱돌기(41)로 구성할 수 있다.

스톱돌기(41)는 도 5에 확대 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 회전궤적 내에 배치되어 블레이드(30)의 타측(33)에 걸림에 따라 블레이드(30)의 회전각도를 제어하며, 블레이드(30)의 타측(33)을 걸린 상태로 지지함으로써 블레이드(30)에 가해진 풍압을 회전판(20)으로 전달하여 회전축(10)을 회전시킨다.

이러한 스톱돌기(41)는 블레이드(30)의 충돌에 의한 소음 및 충격을 감소시키기 위하여 도 3에 확대도시된 바와 같이 우레탄과 같은 쿠션재(41a)가 코팅되는 것이 바람직하다.

또한, 스톱돌기(41)는 도 6에 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 일측에만 마련되어 풍압에 의한 블레이드(30)의 회전을 제한할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 양측에 마련됨에 따라 풍압에 의한 블레이드(30)의 회전은 물론 회전판(20)의 회전에 따른 블레이드(30)의 역회전(원위치로 복귀)을 제한할 수도 있다. 이러한 스톱돌기(41)는 블레이드(30)의 양측에 마련될 경우, 도 5에 확대 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 회전각도(A) 10°내지 35°의 범위 내에서 회전하도록 형성하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 블레이드(30)는 풍동(5)의 유입공(5a)으로 유입된 바람의 풍압에 의해 타측(33)이 일측(31)을 중심으로 편축회전하며, 회전하는 타측(33)이 스톱돌기(41)에 충돌함에 따라 회전을 멈추면서 풍압을 스톱돌기(41)에 전달하여 회전판(20)을 회전시킨다.

여기서, 블레이드(30)는 풍압이 가해지는 면에 바람에 의한 항력이 작용하고, 반대면에 기존에 존재하는 공기에 의한 양력이 작용하게 된다. 이에 따라, 블레이드(30)는 타측(33)의 편축회전을 통해 항력과 양력의 평형을 이룬상태로 회전함으로써 회전 저항을 최소화시킨 상태로 회전판(20)을 회전시킨다.

한편, 블레이드(30)는 도 5에 확대 도시된 바와 같이 일측(31)의 단부에서 타측(33)의 단부로 갈수록 폭이 좁아지는 유선형의 단면으로 형성되면서 만곡형성되어 일측곡률부(35) 및 타측곡률부(37)가 마련된다.

일측곡률부(35)는 도 5에 확대도시된 바와 같이 회전판(20)의 외측을 향하는 일면에 오목한 형태로 만곡형성됨에 따라 풍압에 의한 항력을 증가시킨다.

타측곡률부(37)는 도 5에 확대도시된 바와 같이 일측곡률부(35)의 타측면에 볼록한 형태로 만곡형성됨에 따라 블레이드(30)의 타측면에 작용하는 양력을 증가시키면서 공기의 저항을 감소시킨다.

이에 따라, 블레이드(30)는 일측곡률부(35) 및 타측곡률부(37)에 의해 바람에 대한 항력 및 양력이 원활하게 작용하므로 회전저항이 최소화된 상태로 회전판(20) 및 회전축(10)을 회전시킬 수 있다. 그리고, 블레이드(30)는 회전판(20)과 함께 회전한 후 타측곡률부(37)에 작용하는 저항으로 타측곡률부(37)에 양력이 발생함에 따라 반대편으로 회전하면서 원위치로 복귀한다.

한편, 블레이드(30)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 회전판(20)의 원주방향을 따라 복수열로 배열될 수 있으며, 이와 달리 회전판(20)의 원주방향을 따라 1열로 배열될 수도 있다. 블레이드(30)는 복수열로 구성된 경우 엇갈리게 교호상태로 설치되어 각 열의 사이로 기류통로를 형성하면서 풍압이 다단계로 가해짐에 따라 회전판(20)의 회전저항을 더욱 최소화시킬 수 있다.

종합하면, 회전축(10)과 회전판(20), 블레이드(30) 및 스토퍼(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 회전체(100)를 형성하면서 도 3에 도시된 바와 같이 풍동타워(5)의 길이방향을 따라 복수로 마련되며, 고도에 따라 서로 다른 바람의 풍속에 의해 제각기 회전한다.

제네레이터(G)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 각각의 회전체(100)를 구성하는 회전축(10)에 제각기 연결되며, 회전축(10)의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환시켜서 발전하는 부재이다. 이러한 제네레이터(G)는 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 임의의 방식으로 구성될 수 있다.

한편, 제네레이터(G)는 회전축(10)과 직결되거나 도 3에 도시된 바와 같이 증속기(15)를 통해 회전축(10)과 연결될 수 있다. 증속기(15)는 회전축(10)의 회전력을 제네레이터(G)에 공급하면서 회전축(10)의 회전수를 증가시키는 통상의 부재로써, 서로 다른 기어비를 갖는 기어트레인으로 구성되어 회전축(10)의 회전수를 증가시켜서 제네레이터(G)에 제공한다.

또한, 복수의 제네레이터(G)는 도 7에 도시된 바와 같이 정류기(CN)가 제각기 마련되어 교류를 직류로 변환시킨 후, 축전지(BT)에 연결됨에 따라 발전된 전기에너지를 축전할 수도 있다.

이와 달리, 복수의 제네레이터(G)는 미도시된 레귤레이터에 제각기 연결되어 발전된 전기를 설정된 전압으로 유지시키면서 출력할 수도 있다.

다른 한편, 본 발명의 풍력발전장치는 도 3에 확대 도시된 바와 같이 리듀서(50)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

리듀서(50)는 풍동타워(5)의 내부에 수직상태로 설치된 회전축(10)을 부상시킴으로써 회전축(10)의 자중에 의한 기동부하를 감소시키는 구성요소로써, 예컨대 도 3에 확대 도시된 바와 같이 풍동고정판(51), 회전축고정판(53), 및 마그네트(55)를 포함하여 구성할 수 있다.

풍동고정판(51)은 도 3에 확대 도시된 바와 같이 풍동타워(5)의 고정프레임(5b)에 일체적으로 마련되어 회전축(30)이 관통한다.

회전축고정판(53)은 도 3에 확대 도시된 바와 같이 풍동고정판(51)을 관통한 회전축(10)의 단부에 일체적으로 고정되어 풍동고정판(51)과 대면한다.

마그네트(55)는 도 3에 확대 도시된 바와 같이 풍동고정판(51) 및 회전축고정판(53)에 제각기 설치되어 서로 대면하며, 서로 동일한 극성으로 이루어져서 풍동고정판(51)과 회전축고정판(53)을 이격시킴으로써 회전축(10)을 부상시킨다.

즉, 마그네트(55)는 서로 동일한 극성으로 대면함에 따라 척력이 작용하며, 이에 따라 회전축고정판(53)은 마그네트(55)의 척력에 의해 풍동고정판(51)에서 이격되면서 회전축(10)을 부상시킨다. 따라서, 회전축(30)은 부상하면서 자중에 의한 부하가 감소되며, 이에 따라 초기 회전시 기동부하가 최소화되어 원활한 회전을 통해 제네레이터(G)의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 회전축고정판(53)은 도 3에 도시된 바와 달리 풍동고정판(51)의 하부에서 풍동고정판(51)과 대면하도록 설치될 수도 있다. 이 경우, 마그네트(55)는 서로 다른 극성으로 설치되어 인력을 통해 회전축고정판(53)을 풍동고정판(51)측으로 당기면서 회전축(10)을 부상시킨다.

다른 한편, 리듀서(50)는 도 3에서는 풍동(5)의 상부에 배치된 회전축(10)에만 설치된 것으로 도시되었으나, 이와 달리 풍동(5)의 길이방향으로 연속된 각각의 회전축(10)에도 제각기 마련될 수 있다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 작동 및 작용을 설명한다.

본 발명의 풍력발전장치는 도 3에 도시된 바와 같이 지면에 수직상태로 설치되어 고도에 따라 서로 다른 풍속의 바람의 풍압을 통해 작동하면서 전기에너지를 발전한다.

풍동타워(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 유입공(5a)을 통해 서로 다른 고도의 바람이 제각기 유입되며, 복수의 회전체(100)는 유입공(5a)으로 유입된 바람의 풍압에 의해 제각기 독립적으로 회전하면서 각각의 제네레이터(G)로 회전력을 제각기 제공한다.

구체적으로, 블레이드(30)는 가이드(7)를 통해 풍동타워(5)의 유입공(5a)으로 유입된 바람에 의해 가압된다. 블레이드(30)는 일측(31)을 중심으로 타측(33)이 편축회전하면서 바람의 풍향 및 풍속에 대향하는 각도로 회전하며, 스톱돌기(41)에 걸리면서 회전판(20)을 회전축(10)과 함께 회전시킨다.

이때, 블레이드(30)는 일측 곡률부(35)에 의해 풍압이 가해짐에 따라 항력을 증가시키며, 타측 곡률부(37)에 의해 양력을 증가시켜 공기 저항을 감소시킨 상태로 회전판(20) 및 회전축(10)을 회전시킨다.

이에 따라, 회전축(10)은 회전판(20)과 함께 회전하면서 제네레이터(G)에 회전에너지를 제공하여 제네레이터(G)를 발전시킨다.

이때, 회전축(10)은 리듀서(50)를 구성하는 마그네트(55)의 척력에 의해 부상됨에 따라 기동부하가 최소화되어 원활하게 회전하면서 제네레이터(G)를 구동한다. 이에 따라, 회전축(10)은 블레이드(30)에 의해 회전저항이 최소화되는 동시에 리듀서(50)에 의해 기동부하가 최소화된 상태로 회전하여 제네레이터(G)의 발전효율을 향상시킨다.

그리고, 복수의 제네레이터(G)는 정류기(CN)를 통해 발전된 전기를 축전지(BT)에 축전하거나, 레귤레이터를 통해 설정된 전압으로 출력한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 풍력발전기는, 복수로 구성되는 회전축(10)이 풍동타워(5)의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되어 제네레이터(G)와 함께 독립적인 발전모듈을 형성하므로, 바람의 풍속이 고도에 따라 서로 다른 경우에도 회전축(10)이 제각기 다른 속도로 회전함으로써 회전에너지의 손실이 최소화됨에 따라 발전효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 회전판(20)을 회전시키는 복수의 블레이드(30)가 제각기 편축회전하면서 스토퍼(40)에 의해 제각각으로 회전각도(A)가 제어됨에 따라 복수의 블레이드(30)가 제각기 바람의 풍속이나 풍향에 대응하는 각도로 회전하므로, 블레이드(30)의 회전저항이 최소화됨으로써 블레이드(30)의 회전력이 원활하게 회전판(20) 및 회전축(10)에 전달되어 발전기(G)의 발전효율이 향상될 수 있다.

또한, 스토퍼(40)가 회전판(20)에 돌출된 상태로 블레이드(30)의 회전궤적 내에 배치되는 스톱돌기(41)로 구성되므로 제작이 편리하며, 블레이드(30)의 걸림을 통한 회전각도(A)의 제어는 물론 블레이드(30)에 가해진 풍압을 안정적으로 회전판에 제공할 수 있다.

또, 블레이드(30)가 유선형의 단면으로 형성됨에 따라 블레이드(30)가 좀 더 안정적으로 편축회전할 수 있으며, 블레이드(30)의 양측면이 곡률부(35)(37)에 의해 만곡형성됨에 따라 블레이드(30)에 바람에 의한 항력과 양력이 동시에 가해지므로 블레이드(30)의 회전저항이 최소화될 수 있다.

그리고, 회전축(10)의 자중에 의한 기동부하가 리듀서(50)에 의해 감소됨에 따라 회전축(10)의 회전력이 증가하므로 발전기(G)의 발전효율이 더욱 향상될 수 있다.

구체적으로, 리듀서(50)를 구성하는 마그네트(55)가 같은 극성의 척력을 통해 풍동고정판(51) 및 회전축고정판(53)을 이격시키므로 별개의 동력이 없이도 영구적으로 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims

지면 위에 세워진 상태로 설치되도록 수직상태로 길게 형성되고, 외주면에 바람의 유입을 위한 다수개의 유입공이 형성되고, 상기 유입공을 통하여 외부의 바람을 내부로 유입시키도록 하는 관체형의 풍동타워;

상기 풍동타워의 중앙에 수직상태로 회전가능하게 설치되고, 상기 풍동타워의 길이방향을 따라 연속적으로 설치되는 복수의 회전축;

상기 회전축의 상부 및 하부에 수평상태로 제각기 고정되어 상기 회전축과 함께 회전하는 한 쌍의 회전판;

상기 한 쌍의 회전판의 사이에 수직상태를 이루면서 일측이 상기 회전판에 편축회전이 가능하게 설치되고, 복수로 구성되어 상기 회전판의 원주방향을 따라 등간격으로 배치되어 상기 회전축을 중심으로 방사상태를 이루며, 상기 풍동타워의 유입공으로 유입된 바람의 풍압에 의해 일측을 중심으로 타측이 편축회전하면서 상기 회전판을 회전시키는 판상의 블레이드;

상기 회전판에 마련되고, 풍압에 의해 편축회전하는 상기 블레이드의 타측에 걸리면서 상기 블레이드의 회전각도를 제어하며, 상기 블레이드의 타측에 걸린상태로 상기 블레이드를 지지하여 상기 블레이드에 가해진 풍압을 상기 회전판으로 전달하는 스토퍼; 및

상기 회전축들에 제각기 연결되어 상기 회전축의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환시키는 복수의 제네레이터;를 포함하는 풍력발전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는,

상기 회전판에 일체적으로 돌출되어 상기 블레이드의 회전궤적 내에 배치되고, 회전되는 상기 블레이드의 타측에 걸리면서 상기 블레이드의 타측을 지지하는 적어도 하나의 스톱돌기로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 블레이드는,

상기 회전판에 편축회전이 가능하게 고정되는 상기 일측의 단부에서부터 상기 일측의 반대편에 위치한 상기 타측의 단부로 갈수록 폭이 좁아지는 유선형의 단면으로 형성되고,

상기 회전판의 외측을 향하는 일측면에 오목한 형태로 만곡형성되어 상기 일측면에 작용하는 풍압에 의한 항력을 증가시키는 일측 곡률부; 및

상기 회전판의 내측을 향하는 타측면에 볼록한 형태로 만곡형성되어 상기 타측면에 작용하는 공기의 저항을 감소시키는 타측 곡률부;를 포함하는 풍력발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 풍동타워의 중앙에 수직상태로 설치된 상기 회전축을 부상시켜서 상기 회전축의 자중에 의한 기동부하를 감소시키는 리듀서;를 더 포함하는 풍력발전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 리듀서는,

상기 풍동타워의 고정프레임에 일체적으로 고정되어 상기 회전축이 관통되는 풍동고정판;

상기 풍동고정판을 관통한 상기 회전축의 일단부에 일체적으로 고정되어 상기 풍동고정판과 대면하는 회전축고정판; 및

상기 풍동고정판 및 상기 회전축고정판에 제각기 설치되어 서로 대면하고, 서로 같은 극성으로 이루어져 상기 풍동고정판과 상기 회전축고정판을 이격시키면서 상기 회전축을 부상시키는 마그네트;를 포함하는 풍력발전장치.