KR200493463Y1 - 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기가 개시된다. 수직중심축이 형성된 지지프레임; 수직중심축에 결합되어 회전구동되는 회전블레이드; 회전블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함하고, 회전블레이드의 앞쪽에 회전가능하게 결합되며, 전단이 하방을 향하도록 하향 경사지게 형성되는 풍압차단판; 풍압차단판의 후방 하부면에 형성되어 하방으로 풍압차단판을 기울어지도록 하중을 발휘하는 무게추; 풍압차단판의 전방 상부면에 형성되어 바람을 구속하도록 전단에 개구부가 형성되고 후단과 측면이 막혀져 형성된 에어포켓;을 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 태풍과 같은 강한 풍압이 가해질때 풍압차단판이 세워지면서 블레이드를 강한 풍압으로부터 보호해줌으로써 블레이드 및 그에 종동되는 발전기의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

풍력발전기{Wind Power Generator}
개시되는 내용은 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과도한 풍속으로 인한 풍압이 블레이드에 가해지지 않도록 차단하여 블레이드의 파손을 방지할 수 있도록 하는 풍력발전기에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
풍력발전기는 바람을 기초로 전기에너지를 생산하는 장치이다. 바람이 회전날개를 회전시키면 그 회전력으로 발전기를 구동하여 전기를 생산한다.
일반적으로 풍력발전기는 회전블레이드, 발전기로 구성된다. 상기 발전기는 중심의 회전자와 외부를 감싸는 고정자에 의해 자기장을 형성하면서 전기를 생산한다. 발전기 동작의 기본원리는 암페어 법칙과 패러데이의 전자기유도법칙을 따른다.
한편, 풍력발전기가 적합하게 작동할 조건으로는 평균 초속 4 m/s 이상의 바람이 필요하며, 풍향은 회전에 수직방향이어야 최대 효율을 발휘할 수 있다.
본 발명자는 한국 특허출원 10-2016-0130477호 "풍향 추적 풍력발전기"를 출원하여 특허등록 받은 바 있다.
한국 특허출원 10-2016-0130477호
개시되는 내용은 본 발명자의 선출원 발명인 한국 특허출원 10-2016-0130477호를 개량하기 위한 것으로, 강한 풍압을 차단하여 블레이드의 파손을 방지할 수 있도록 하는 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
일 실시예에 따르면, 수직중심축이 형성된 지지프레임; 상기 수직중심축에 결합되어 회전구동되는 회전블레이드; 상기 회전블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기을 포함하는 풍력발전기에 있어서, 상기 회전블레이드의 앞쪽에 회전가능하게 결합되며, 전단이 하방을 향하도록 하향 경사지게 형성되는 풍압차단판; 상기 풍압차단판의 후방 하부면에 형성되어 하방으로 풍압차단판을 기울어지도록 하중을 발휘하는 무게추; 상기 풍압차단판의 전방 상부면에 형성되어 바람을 구속하도록 전단에 개구부가 형성되고 후단과 측면이 막혀져 형성된 에어포켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기에 의해 달성될 수 있다.
상기 풍압차단판의 전방에 형성되며, 바람이 풍압차단판의 전방 상부면에 집중되도록 방향을 제어하는 가이드판넬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드판넬은 전단부가 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드판넬의 경사 각도를 조절하는 각도조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 각도조절부는 가이드판넬의 양측면에 형성되며 기둥에 결합되는 힌지축과, 상기 힌지축의 단부에 나사결합되어 기둥에 밀착되는 조임구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기둥에는 힌지축이 관통 결합될 수 있는 장공이 형성되고, 상기 힌지축의 높이를 조절하도록 한 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 태풍과 같은 강한 풍압이 가해질때 풍압차단판이 세워지면서 블레이드를 강한 풍압으로부터 보호해줌으로써 블레이드 및 그에 종동되는 발전기의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 사시도,
도 2는 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 측면도,
도 3은 실시예에 따른 풍력발전기가 강한 풍압을 차단하는 작동예를 나타낸 측면도,
도 4는 실시예에 따른 풍력발전기에서 기둥에 구비되는 '풍압감소수단'을 나타낸 분해사시도,
도 5는 실시예에 따른 풍력발전기에서 회전블레이드에 구비되는 '보호부재'를 나타낸 사시도,
도 6은 상기 도 5에 대한 정면도.
이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 설명될 실시예는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 고안의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 고안의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 사시도, 도 2는 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 측면도, 도 3은 실시예에 따른 풍력발전기가 강한 풍압을 차단하는 작동예를 나타낸 측면도이다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 사시도, 도 2는 실시예에 따른 풍력발전기를 나타낸 측면도, 도 3은 실시예에 따른 풍력발전기가 강한 풍압을 차단하는 작동예를 나타낸 측면도, 도 4는 실시예에 따른 풍력발전기에서 기둥에 구비되는 '풍압감소수단'을 나타낸 분해사시도, 도 5는 실시예에 따른 풍력발전기에서 회전블레이드에 구비되는 '보호부재'를 나타낸 사시도, 도 6은 상기 도 5에 대한 정면도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 풍력발전기는, 수직중심축(120)이 형성된 지지프레임(100); 수직중심축(120)에 결합되어 회전구동되는 회전블레이드(140); 회전블레이드(140)의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(미도시);를 포함하여 구성된다.
지지프레임(100)은 사각형의 금속관체를 수직하게 4개소에 세워 기둥(104)을 설치하고, 이들 기둥(104)에 다수의 금속관체를 수평하게 연결하여 수평보(106)를 조립하여 대략 육면체로 완성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기둥(104)에는 풍압감소수단이 구비된다.
풍압감소수단은 기둥(104)의 각 모서리부위에 형성된 롤러(105)와, 상기 롤러(105)에 내접하도록 기둥(104)의 외부에 결합되는 커버(108)로 구성된다.
상기 커버(108)는 단면이 유선형으로 이루어진다. 따라서 바람이 부는 방향으로 커버(108)의 뾰족한 부위가 향하게 되고 양측의 곡면부에 의해 바람이 흐르도록 하여 기둥에 직접적으로 가해지는 풍압의 영향을 해소할 수 있다.
또는 커버(108)는 단일 또는 다수개로 분할된 형상으로 이루어질 수 있다.
다수개로 분할된 커버(108)는 각 커버(108)들이 개별적으로 풍향에 따라 방향을 바꿀 수 있어 방향전환이 자유롭게 된다.
한편 본 발명은 회전블레이드(140)의 앞쪽, 즉 바람이 불어오는쪽에 풍압차단장치(200)가 형성된다.
따라서 태풍과 같은 강한 바람이 불어올때는 회전블레이드(140)가 과속 회전하게 되어 그에 종동된 발전기(160)에 과부하가 가해지면서 고장 발생의 위험이 높아진다.
이를 방지하기 위해 회전블레이드(140)의 앞쪽에 풍압차단장치(200)가 구비되고, 고속의 바람이 불면 풍압차단장치(200)가 온 작동되어 풍압을 차단 또는 감압시켜줌으로써 회전블레이드(140)의 과속 회전을 방지해줄 수 있는 것이다.
실시예에 따르는 풍압차단장치(200)는, 회전블레이드(140)의 앞쪽에 회전가능하게 결합되며, 전단이 하방을 향하도록 하향 경사지게 형성되는 풍압차단판(220); 풍압차단판(220)의 후방 하부면에 형성되어 하방으로 풍압차단판(220)을 기울어지도록 하중을 발휘하는 무게추(240); 풍압차단판(220)의 전방 상부면에 형성되어 바람을 구속하도록 전단에 개구부가 형성되고 후단과 측면이 막혀져 형성된 에어포켓(260);을 포함하여 구성된다.
풍압차단판(220)은 사각형 또는 반원형으로 구성되며, 양측에 힌지축(221)이 형성되고, 양측 힌지축(221)이 기둥(520)와 베어링(522)을 매개로 하여 힌지 결합되어 회전될 수 있도록 한다.
풍압차단판(220)의 후방 하부면에는 금속의 무게추(240)가 장착되어 평상시에는 풍압차단판(220)의 전방이 하방으로 약 10~15도 정도 기울기를 갖도록 무게를 균형있게 유지해줄 수 있다.
이후 풍압차단판(220)이 회전하여 세워져 풍압차단작동을 한 후 바람이 약해지면 무게추(240)의 자중에 의해 풍압차단판이 원래 상태로 회전하여 복귀될 수 있다.
물론 복귀력을 보조하기 위해 풍압차단판(220)의 후단 하부에 스프링(225)의 일단이 연결되고, 스프링(225)의 타단이 기둥에 고정됨으로서 스프링(225)의 수축력에 의해 풍압차단판(220)이 원래 상태로 복귀될 수 있도록 보조할 수 있다.
풍압차단판(220)의 전방 상부면에는 에어포켓(260)이 형성되고, 에어포켓(260)에 바람이 구속되도록 하여 풍압차단판(220)의 전방을 눌러주는 힘이 작용하게 된다.
따라서 평상시의 적정 풍속에서는 풍압차단판(220)은 약 10~15도 정도 기울기로 상시 유지될 수 있게 되나 고속의 바람이 가해질 경우 에어포켓(260)에 풍압이 증가됨과 아울러 풍압차단판(220)의 전단 상부면에 가해지는 풍압으로 인해 풍압차단판(220)이 회전되면서 회전블레이드(140)에 가해지는 바람을 막아주는 작동을 하게 된다.
한편 상기 풍압차단판(220)의 전방에는 풍향이 풍압차단판(220)의 전단을 향하도록 안내하기 위한 가이드판넬(240)이 형성된다.
가이드판넬(240)은 바람이 풍압차단판(220)의 전방 상부면에 집중되도록 방향을 제어하게 된다.
바람직하게는 상기 가이드판넬(240)은 전단부가 상향 경사지게 형성되어야 한다.
가이드판넬(240)의 경사 각도를 조절하는 각도조절부;를 포함할 수 있다.
각도조절부는 가이드판넬(240)의 양측면에 형성되며 기둥(500)에 결합되는 힌지축(242)과, 상기 힌지축(221)의 단부에 나사결합되어 기둥(104)에 밀착되는 조임구(244)를 포함하여 구성된다.
기둥(500)에는 힌지축(221)이 관통 결합될 수 있는 장공(506)이 형성되고, 상기 힌지축(221)의 높이를 조절하도록 한 것이다.
따라서 원하는 위치로 높이를 조절한 후 조임구(244)를 조여서 위치를 고정할 수 있고, 또한 가이드판넬(240)을 적정한 각도로 회전시켜 각도를 설정한 후 조임구(244)를 조여 고정시킬 수 있으므로 바람이 반사되는 방향을 조절할 수 있다.
한편 회전블레이드(140)는 중심에는 회전축이 결합되는 베어링하우징(142)이 형성되고, 베어링하우징(142)의 외주면에 다수개의 날개(144)가 방사상으로 배열되어 이루어진다.
또한 베어링하우징(142)과 다수개의 날개(144)의 연결부위(146)를 풍압으로부터 보호하기 위해 보호부재(180)가 결합된다.
보호부재(180)는 베어링하우징(142)에 결합되며 날개(144)의 연결부위(146)까지 덮도록 하는 원형의 판넬이다.
따라서 강한 바람이 불면 날개(144)의 연결부위(146)가 꺽일 수 있으나 본 발명에 따르면 보호부재(180)가 날개(144)의 연결부위(146)를 덮어 풍압을 막아줌으로써 파손을 방지할 수 있다.
비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
100 : 지지프레임 104 : 기둥
105 : 롤러 108 : 커버
120 : 수직중심축 140 : 회전블레이드
160 : 발전기 200 : 풍압차단장치
220 : 풍압차단판 221 : 힌지축
240 : 무게추 260 : 에어포켓

Claims (4)

  1. 수직중심축이 형성된 지지프레임;
    상기 수직중심축에 결합되어 회전구동되는 회전블레이드;
    상기 회전블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기을 포함하는 풍력발전기에 있어서,
    상기 회전블레이드의 앞쪽에 회전가능하게 결합되며, 전단이 하방을 향하도록 하향 경사지게 형성되는 풍압차단판;
    상기 풍압차단판의 후방 하부면에 형성되어 하방으로 풍압차단판을 기울어지도록 하중을 발휘하는 무게추;
    상기 풍압차단판의 전방 상부면에 형성되어 바람을 구속하도록 전단에 개구부가 형성되고 후단과 측면이 막혀져 형성된 에어포켓;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풍압차단판의 전방에 형성되며, 바람이 풍압차단판의 전방 상부면에 집중되도록 방향을 제어하는 가이드판넬;을 포함하고,
    상기 가이드판넬은 전단부가 상향 경사지게 형성되는 것이고,
    상기 가이드판넬의 경사 각도를 조절하는 각도조절부;를 포함하고,
    상기 각도조절부는
    가이드판넬의 양측면에 형성되며 기둥에 결합되는 힌지축과, 상기 힌지축의 단부에 나사결합되어 기둥에 밀착되는 조임구를 포함하고,
    상기 기둥에는 힌지축이 관통 결합될 수 있는 장공이 형성되고, 상기 힌지축의 높이를 조절하도록 한 것을 특징으로 하는 풍력발전기.

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