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KR200379582Y1 - 동축반전 풍력발전기 - Google Patents

동축반전 풍력발전기 Download PDF

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KR200379582Y1
KR200379582Y1 KR20-2004-0031059U KR20040031059U KR200379582Y1 KR 200379582 Y1 KR200379582 Y1 KR 200379582Y1 KR 20040031059 U KR20040031059 U KR 20040031059U KR 200379582 Y1 KR200379582 Y1 KR 200379582Y1
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이정우
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Abstract

본 고안은 동축반전 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정회전날개 및 역회전날개를 부착하여 고정자와 회전자를 상반되게 회전시키는 일반적인 풍력발전기에 있어서, 동일한 축에 고정자와 회전자가 서로 상반되게 회전될 수 있도록 함으로써 발전효율을 높힌 동축반전 풍력발전기에 관한 것이다.
본 고안은 서로 상반회전 할 수 있도록 비틀림각이 반대로 형성된 정회전날개와 역회전날개가 발전부의 전방과 후방에 대칭적으로 각각 설치된 것을 특징으로 한다.
본 고안에 의한 동축반전 풍력발전기에 의하면 정회전날개와 역회전날개 사이의 간섭현상이 없고, 고정자와 회전자가 상반회전 되어 발전효율이 높을 뿐만아니라 바람의 방향에 따라 방향을 바꿀 수 있어서 발전효율이 매우 높은 효과가 있으며, 구조가 간단하여 생산비가 저렴한 효과가 있다.

Description

동축반전 풍력발전기{WIND POWER GENERATOR WITH SAME AXLE SEPERATABLE ROTATION}
본 고안은 동축반전 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정회전날개 및 역회전날개를 부착하여 고정자와 회전자를 상반되게 회전시키는 일반적인 풍력발전기에 있어서, 동일한 축에 고정자와 회전자가 서로 상반되게 회전될 수 있도록 함으로써 발전효율을 높힌 동축반전 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적으로 전기에너지는 석유나 석탄을 원료로 하는 화력발전, 수위차를 이용한 수력발전, 우라늄이나 플루토늄을 이용한 원자력발전 등으로 생산하고 있다.
전기에너지를 생산하기 위한 여러가지 방법중에서 화력발전은 천연자원의 부족으로 인해서 점점 더 어려워지고, 특히 화력발전과정에 발생되는 유해물질의 공기오염 문제가 심각해서 세계적으로 그 사용을 제한하고 있는 실정이어서 최근에는 원자력을 이용한 발전을 많이 사용하고 있다. 그러나, 이러한 원자력발전은 방사능누출사고에 대한 염려와 원자력발전 후 발생되는 방사능을 함유한 폐기물의 처리에 대한 여러가지 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서 자연력을 이용하여 전기에너지를 얻어내려는 노력이 많이 진행되었는데, 그 일예로는 조수간만의 차를 이용한 조력발전, 파도의 높이 차를 이용한 파력발전, 바람을 이용한 풍력발전, 태양열을 이용한 태양열발전, 태양광을 이용한 태양전지발전, 연료로부터 직접 에너지를 얻어내는 연료전지발전 등이 있다.
특히 풍력발전에 사용되는 풍력발전기에 대한 연구가 많이 진행되어 작은 바람이 불어도 발전을 일으킬 수 있을 뿐만아니라, 효율을 극대화시키기 위해서 많은 노력이 기울여지고 있다.
대한민국특허청 실용신안공보 제0221659호에는 "상반회전날개를 갖는 풍력발전기"가 개시되어 있는데, 도 1과 같이 날개의 비틀림각이 각각 정부(正負) 방향으로 설정되어 서로 상반된 회전방향을 갖는 정회전날개(50)와 역회전날개(60)를 지지체(800)에 의해 회전안내되는 정회전체(30)와 역회전체(40)를 매개로 고정자(20)와 회전자(24)에 각각 설치하여 고정자(20)와 회전자(24)가 서로 상반회전되도록 구성된 것이다.
그러나, 상기 상반회전날개를 갖는 풍력발전기는 역회전체(40)의 구성이 복잡하고, 수밀의 유지가 힘들뿐만아니라, 날개간 간섭현상으로 인해서 역회전날개(60)의 회전이 줄어드는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 고안은 정회전날개와 역회전날개 사이의 간섭을 줄이고, 바람의 방향에 따라 방향을 바꿀 수 있으며, 구조가 매우 간단한 동축반전 풍력발전기를 제공함에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 고안은 날개의 비틀림각이 각각 정부(正負) 방향으로 설정되어 서로 상반된 회전방향을 갖는 정회전날개와 역회전날개를 지지체에 의해 회전안내되는 정회전체와 역회전체를 매개로 고정자와 회전자에 각각 설치하여 고정자와 회전자가 서로 상반회전되도록 구성된 일반적인 풍력발전기에 있어서,
가운데에 발전부를 형성하고, 상기 발전부의 전방과 후방이 대칭적으로 각각 축고정부와 고정캡이 형성되며, 상기 고정캡과 축고정부 사이에 각각 정회전날개와 역회전날개가 형성되고, 상기 정회전날개와 역회전날개와 연결되는 각각의 축은 발전부 내부에 회전자와 고정자와 연결되며, 상기 발전부의 하단에는 지주와 구름결합될 수 있는 지지부재가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 3에서 본 고안의 실시예로 형성된 동축반전 풍력발전기는 상단에 풍속풍향센서(500)가 형성된 발전부(100)가 가운데에 형성되고, 상기 발전부(100)의 전방과 후방에 각각 축고정부(210,310)와 전후방고정캡(202,302)으로 고정되는 정,역회전날개(200,300)가 대칭적으로 형성되고, 상기 발전부(100)의 하단에는 지주(400)와 구름결합될 수 있도록 지지부재(120)가 형성된 것이다.
상기 정회전날개(200)는 전방고정캡(202)에 의해서 고정되고, 정회전날개(200)와 일체로 회전하는 정회전축(204)이 축고정부(210)에 의해서 회전될 수 있도록 고정되며, 상기 정회전축(204)의 끝단은 발전부(100)의 내부로 삽입되는데, 상기 발전부(100)내로 삽입되는 정회전축(204)의 끝단에는 발생되는 전기를 정류해 주는 정류자(106)와 회전자(104)가 나란하게 형성된다.
상기 전방고정캡(202)은 축고정부(210)에 고정되는데, 상기 축고정부(210)는 가운데 정회전축(204)을 지지할 수 있도록 관통된 홀이 형성되고, 내부에는 공간부가 형성되며, 상기 전방고정캡(202)의 외주연과 동일한 곡률을 이루면서 외부가 형성되고, 후방은 패킹(212)이 삽입된 후 발전부(100)의 전방표면에 결합된다.
상기 역회전날개(300)는 정회전날개(200)와 날개의 비틀림각이 반대로, 즉 받음각이 서로 반대가 되도록 형성되고, 역회전날개(300)와 일체로 회전하는 역회전축(304)이 축고정부(310)에 의해서 회전될 수 있도록 고정되며, 상기 역회전축(200)의 끝단은 발전부(100)의 내부로 삽입되는데, 상기 발전부(100)로 삽입되는 역회전축(304)의 끝단에는 상기 회전자(104)와 이격되어 회전할 수 있도록 고정자(102)가 고정자회전부재(108)의 내부에 고정된다.
상기 고정자회전부재(108)는 발전부(100)의 내벽과 이격되게 회전될 수 있도록 한쪽 측면이 개봉된 원통형으로, 개봉된 측면의 끝단 내주연에는 고정자(102)가 형성되고, 상기 개봉된 측면의 타측 중앙에는 관통된 홀이 형성되어 상기 역회전축(304)이 삽입고정 된다.
상기 후방고정캡(302)은 축고정부(310)에 고정되는데, 상기 축고정부(310)는 가운데 역회전축(304)을 지지할 수 있도록 관통된 홀이 형성되고, 내부에는 공간부가 형성되며, 상기 후방고정캡(302)의 외주연과 동일한 곡률을 이루면서 외부가 형성되고, 후방은 패킹(312)이 삽입된 후 발전부(100)의 후방표면에 결합된다.
상기 발전부(100)의 하단에는 정류자(106)와 연결되어 상기 회전자(104)에서 형성된 전류를 인출하는 부러쉬(110)가 형성되고, 하단에 지주(400)와 결합될 수 있도록 플랜지부(122)가 형성된 지지부재(120)가 형성되는데, 상기 지지부재(120)는 플랜지부(122) 내부에 발전부(100)와 연결된 지지부(124)가 회전할 수 있도록 구름결합되어 형성된다.
미설명부호인 220, 320은 통상적으로 풍력발전기에 사용되는 피치모터(Pitch Motor)로 상기 풍속풍향센서(500)에 의해서 감지된 풍속에 의해서 각각의 날개의 받음각을 조절할 수 있도록 정,역회전날개(200,300)의 피치각을 조절하는 것이다. 또한, 미설명부호인 410은 풍속풍향센서(500)에서 감지된 풍향에 따라서 몸체를 바람이 부는 방향으로 방향을 전환하는 요모터(Yaw Moter)이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 동축반전 풍력발전기의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 3에서 표시된 것과 같이 바람이 불어올 경우에는 상기 정회전날개(200)가 회전되고, 상기 정회전날개(200)와 연결되어 회전하는 정회전축(204)이 회전하여 회전자(104)를 회전시킨다. 동시에 상기 정회전날개(200)를 통과한 바람은 역회전날개(300)를 회전시키는데, 받음각이 반대로 형성되어 있으므로 정회전날개(200)와 반대방향으로 회전하게 되고, 상기 역회전날개(300)와 연결되어 회전하는 역회전축(304)이 회전하여 고정자(102)를 회전시킨다.
상기와 같이 종래의 고정자(102)가 고정되어 있고, 회전자(104)가 회전하여 기전력을 형성시켰을 때보다 고정자(102)가 회전자(104)의 회전방향과는 반대방향으로 회전하기 때문에 상대적으로 회전하는 속도가 회전날개가 1개인 풍력발전기보다 이론적으로 같은 풍속에서 발전기의 고정자와 회전자의 상대속도가 2배로 증가하여 회전자(104)에서 발생되는 전류가 커지는 것이다.
이때 바람이 임의 각도로 불어올 경우에는 풍속풍향센서(500)가 풍향을 감지하여 요모터(Yaw Motor, 410)를 구동시키게 된다. 만약 풍속이 달라지면 풍속풍향센서(500)가 풍속을 감지하여 피치모터(220,320)로 날개의 피치각을 조절하여 적당한 회전을 유지시킨다.
상기 정회전날개(200)와 역회전날개(300)는 사이에 발전부에 의해서 일정공간 이격되게 형성되어 날개 서로간의 간섭현상을 최대한 줄일 수 있도록 형성된 것이다.
상기한 것과 같이, 본 고안에 의한 동축반전 풍력발전기에 의하면 정회전날개와 역회전날개 사이의 간섭현상이 없고, 고정자와 회전자가 상반회전 되어 발전효율이 높을 뿐만아니라 바람의 방향에 따라 방향을 바꿀 수 있어서 발전효율이 매우 높은 효과가 있으며, 구조가 간단하여 생산비가 저렴한 효과가 있다.
도 1은 종래의 풍력발전기의 사시도.
도 2는 본 고안의 실시예로 형성된 동축반전 풍력발전기의 사시도.
도 3은 본 고안의 실시예로 형성된 동축반전 풍력발전기의 단면도.
**<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>**
100 : 발전부 102 : 고정자
104 : 회전자 106 : 정류자
120 : 지지부재 200 : 정회전날개
202 : 전방고정캡 204 : 정회전축
210, 310 : 축고정부 220, 320 : 피치모터
300 : 역회전날개 302 : 후방고정캡
304 : 역회전축 400 : 지주
410 : 요모터 500 : 풍속풍향센서

Claims (5)

  1. 날개의 비틀림각이 각각 정부(正負) 방향으로 설정되어 서로 상반된 회전방향을 갖는 정회전날개와 역회전날개를 지지체에 의해 회전안내되는 정회전체와 역회전체를 매개로 고정자와 회전자에 각각 설치하여 고정자와 회전자가 서로 상반회전되도록 구성된 일반적인 풍력발전기에 있어서,
    가운데에 발전부를 형성하고, 상기 발전부의 전방과 후방이 대칭적으로 각각 축고정부와 고정캡이 형성되며, 상기 고정캡과 축고정부 사이에 각각 정회전날개와 역회전날개가 형성되며, 상기 정회전날개와 역회전날개와 연결되는 각각의 축은 발전부 내부에 형성된 회전자와 고정자로 연결되고, 상기 발전부의 하단에는 지주와 구름결합되는 지지부재가 형성된 것을 특징으로 하는 동축반전 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정회전날개는 전방고정캡에 의해서 고정되고, 정회전날개와 일체로 회전하는 정회전축이 축고정부에 의해서 회전될 수 있도록 고정되고, 상기 정회전축의 끝단은 상기 발전부의 내부로 삽입되는데, 상기 발전부로 삽입되는 정회전축의 끝단에는 발생되는 전기를 정류해주는 정류자와 회전자가 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 동축반전 풍력발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 역회전날개는 정회전날개와 날개의 비틀림각이 서로 반대가 되도록 형성되고, 역회전날개와 일체로 회전하는 역회전축이 축고정부에 의해서 회전될 수 있도록 고정되며, 상기 역회전축의 끝단은 발전부의 내부로 삽입되는데, 상기 발전부로 삽입되는 역회전축의 끝단에는 상기 회전자와 이격되어 회전할 수 있도록 고정자가 고정자회전부재에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 동축반전 풍력발전기.
  4. 제 1항 또는 3항에 있어서,
    상기 고정자회전부재는 발전부의 내벽과 이격되게 회전될 수 있도록 한쪽 측면이 개봉된 원통형으로 형성되는데, 상기 개봉된 측면의 끝단 내주연에는 고정자가 형성되고, 상기 개봉된 측면의 타측 중앙에는 관통된 홀이 형성되어 상기 역회전축이 삽입고정되는 것을 특징으로 하는 동축반전 풍력발전기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지부재는 플랜지부 내부에 발전부와 연결된 지지부가 베어링으로 회전할 수 있도록 구름결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 동축반전 풍력발전기.
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