KR20060110263A

KR20060110263A - 풍력 발전 시스템, 영구 자석의 배치 구조 및 전기-힘 변환장치

Info

Publication number: KR20060110263A
Application number: KR1020067000372A
Authority: KR
Inventors: 히사카즈 유치야마
Original assignee: 코스모 프랜트 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-10-24
Also published as: CA2531383A1; KR101141943B1; US7417334B2; US20070040385A1; WO2005003554A1; US20080315709A1; US7944069B2; EP1650432A1; EP1650432A4

Abstract

프레임과, 그 프레임에 의해 회전이 자유롭도록 지지되는 날개차(12)와, 날개차(12)에 설치한 것으로서, 그 회전 중심으로부터 동일한 거리로 배열되는 복수 개의 영구 자석(31)과, 프레임에 설치한 것으로서 환 형상으로 배열되는 코일군(32)으로 이루어지는 풍력 발전 시스템(10). 영구 자석(31)과 코일군(32)이 근접하여 상대적으로 운동함으로써 리니어 모터와 반대의 작용으로 코일군(32)이 전력을 발생한다. 코일군(32)은 프레임에 설치한 링에 장착하고, 영구 자석(31)은 날개차의 세로 날개(26)의 하단에 설치한다.

풍력 발전. 영구 자석, 코일, 날개차, 코일군, 리니어 모터

Description

풍력 발전 시스템, 영구 자석의 배치 구조 및 전기-힘 변환 장치{WIND POWER GENERATION SYSTEM, ARRANGEMENT STRUCTURE OF PERMANENT MAGNETS, AND ELECTRICITY/FORCE CONVERSION SYSTEM}

본 발명은 풍력 발전 시스템, 영구 자석의 배치 구조 및 전기-힘 변환 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 리니어 모터의 원리를 발전기로서 채용한 풍력 발전 시스템, 및 그 풍력 발전 시스템에 적합하게 채용할 수 있는 영구 자석의 배치 구조 및 전기-힘 변환 장치에 관한 것이다. 또한 여기서 말하는 "전기-힘 변환 장치"란 기계적 에너지 힘을 전기 에너지로 변환하는 발전 기능을 구비한 장치와 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 모터(원동기) 기능을 구비한 장치 모두 및 조작에 의해 양방의 기능을 발휘하는 장치를 포함하는 개념이다.

일본 특허 공고 평 3-10037호(이하, 특허 문헌 1이라고 함)에는 날개차의 축을 링 기어에 연결하고, 그 링 기어와 안에서 접하는 복수 개의 유성 기어를 통하여 날개차의 축심과 동심 형상으로 배치되는 태양 기어를 회전시키고, 그 태양 기어의 축을 발전기에 연결한 풍력 발전 장치가 개시되어 있다. 이들 링 기어, 유성 기어, 태양 기어는 유성 기어 감속기를 구성하고 있으며, 링 기어에 연결되는 날개차의 회전은 그 감속기에서 속도가 증가하여 발전기로 전달된다. 이에 따라, 풍력 이 약하고 날개차의 회전 수가 적은 경우에도 효율적으로 발전기를 작동시킬 수 있다.

일본 특허 공개 2001-132617호(이하, 특허 문헌 2라고 함)에는 날개차의 축과 이 회전축에 동심 형상으로 바깥으로 끼워져 결합되는 상하의 날개차를 가지며, 이들 상하의 날개차의 바람받이면 끼리가 반대 방향으로 되어 있는 풍력 발전 장치가 개시되어 있다. 이는 어느 방향으로 바람이 불어도 상하 어느 하나의 날개차가 바람을 강하게 받으므로 효율적으로 발전할 수 있다. 또한 자석의 반발력으로 날개차를 띄우고 낮은 마찰로 회전시키는 것도 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공고 평 3-10037호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2001-132617호 공보

풍력 발전 장치가 이용하는 바람은 자연 현상으로서, 약풍 상태에서 강풍 상태까지 상당히 변동이 크다. 따라서, 풍력 발전 장치에는 그 변동에 대하여 기민하게 대응할 수 있을 것이 요구된다. 종래의 풍력 발전기에서는 그러한 광범위한 풍력의 변동에 대응하기 위하여 광범위한 회전수에 대응할 수 있는 성능의 발전기가 채용되었으나, 미풍에서 강풍까지 널리 대응할 수 있는 발전기는 실용화되어 있지 않다. 전술한 특허 문헌 1의 풍력 발전 장치는 유성 기어 감속기의 출력측인 링 기어로 입력하여 태양 기어 측으로부터 출력시킴으로써 효율적인 증속 작용을 얻을 것을 의도하고 있지만, 미풍 상태에서는 토크가 부족하여 일단 멈추어 버린다. 따라서, 정지 마찰 저항을 초과하는 강한 바람이 불기 시작할 때까지 발전할 수 없다. 또한 주변부의 세로 날개에서 중심축까지 지지봉 등으로 토크를 전달할 필요가 있으므로 날개차의 중량이 무거워진다. 따라서, 미풍에서의 회전이 더욱 곤란하다.

본 발명은, 종래의 장치에서는 멈추어 버렸던 미풍에 대해서도 날개차의 회전이 정지하지 않고 효율적으로 발전할 수 있는 풍력 발전 시스템을 제공하는 것을 기술 과제로 한다. 또한 본 발명은 그러한 풍력 발전 시스템에 적합하게 사용되는 전기-힘 변환 장치를 제공하는 것을 기술 과제로 한다.

특허 문헌 1, 2의 풍력 발전 장치를 포함하여 종래의 풍력 발전 장치는 바람의 세기 등 자연 환경에 강하게 영향을 받으므로, 입지 조건의 제약을 받는다. 또한 가능한 한 바람을 받을 때의 장해를 적게 하기 위하여 날개차를 가는 틀재 등으로 지지하고 있으며, 날개차는 외부에 노출되어 있다. 따라서, 태풍 등의 경우에는 날개차가 손상을 받을 우려가 있다. 본 발명은 바람과 관계없이 날개차를 회전시킬 수 있고, 태풍 등으로부터 보호하기 쉬우며, 풍향이나 풍력 등의 자연 환경에 따른 입지 조건과 관계없이 효율적으로 발전할 수 있는 날개차를 이용한 발전 장치를 제공하는 것을 기술 과제로 한다.

본 발명의 풍력 발전 시스템은 프레임과, 그 프레임에 의해 회전이 자유롭도록 지지되는 날개차와, 그 날개차 또는 프레임 중 어느 하나(一方)에 날개차의 회전 중심으로부터 동일 거리로 배열되는 복수 개의 계자용 자석(자계 자석)과 다른 하나(他方)에 환 형상으로 배열되는 코일군으로 이루어지고, 상기 계자용 자석과 코일군이 근접하여 상대적으로 운동함으로써 리니어 모터와 반대의 작용으로 코일군이 전력을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 계자용 자석은 영구 자석이어도 좋고 전자석이어도 좋다.

이러한 풍력 발전 시스템에서는 상기 계자용 자석이 날개차의 외주부 부근 내지 중간부에 환 형상으로 배열되고 있고, 상기 프레임에서의 이들 코일군과 근접하는 위치에 링 형상의 부재가 설치되고, 그 링 형상의 부재에 상기 코일군이 장착되어 있는 것이 바람직하다. 계자용 자석은 둘레 방향으로 간격을 두고 설치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 코일군이 장착되어 있는 링 형상의 부재가 날개차에 환 형상으로 부착되는 계자용 자석을 사이에 두도록 한 쌍으로 설치되어 있고, 어느 하나의 코일군 및 다른 하나의 코일군이 교류를 발생시키도록 각각 교대로 또는 순환적으로 배열되는 복수의 코일군을 구비하고 있으며, 어느 하나의 특정 위상의 코일군과 그 위상에 대응하는 위상의 다른 하나의 코일군이 둘레 방향으로 어긋나게 배열됨과 동시에, 어느 하나의 코일군과 그 코일군과 대응하는 위상의 다른 하나의 코일군이 직렬로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 어느 하나 및 다른 하나의 코일군이 3상 교류를 발생시키도록 각각 순환적으로 배열되는 제1 코일군, 제2 코일군 및 제3 코일군을 구비하고 있고, 어느 하나의 제1 코일군이 다른 하나의 제2 코일군 또는 제3 코일군과 대향하도록서로 어긋나 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 링 형상의 부재가, 포개진 복수 개의 금속으로 이루어지는 코어와, 그 외주에 감겨지는 도선으로 이루어지는 코일군 및 이들을 일체로 굳히는 합성 수지로 이루어지는 소정의 길이의 링편을 복수 개 링 형상으로 연결한 것인 것이 바람직하다.

외주부 또는 중간 부분과 프레임 사이에 날개차의 회전을 허용하면서 날개차의 중량의 적어도 일부를 지지하는 원환 형상의 지지 수단이 개재되어 있는 풍력 발전 시스템이 바람직하다.

그러한 지지 수단은 프레임과 날개차 중 어느 하나에 설치되는 전동체군 또는 접동(摺動)체군과 다른 하나에 설치되며 전동체군 또는 접동체군과 접촉하는 주행로로 구성할 수 있다. 또한 상기 지지 수단은 프레임에 설치되는 제1 자석군과 이들 자석군과 서로 반발하도록 날개차에 설치되는 제2 자석군으로 구성할 수도 있다. 또한 상기 제1 자석군이 프레임에 대하여 실질적으로 연속되는 환 형상으로 배열되고 있고, 상기 날개차가 방사상으로 배열되는 복수 개의 날개를 가지며, 상기 제2 자석군이 이들 날개를 지지하도록 방사상으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 풍력 발전 시스템에서는 상기 프레임과 날개차에 설치되는 복수 개의 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 조정하기 위한 간격 조정 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

또한 풍력이 일시적으로 약해졌을 때 상기 코일군의 일부 내지 전부에 전류를 흘려 계자용 자석과 코일군에 리니어 모터의 작용을 발생시키며, 그에 따라 풍차에 회전 토크를 주도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 지지 수단은 상기 프레임 또는 날개차 중 어느 하나에 회전 중심을 중심으로 하는 원환 형상의 가이드와 다른 하나에 설치되며 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 풍력 발전 시스템의 제2 태양은 프레임과, 그 프레임에 의해 회전이 자유롭도록 지지되는 날개차 및 그 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기로 이루어지고, 상기 프레임 또는 날개차 중 어느 하나에 회전 중심을 중심으로 하는 원환 형상의 가이드가 설치되고, 다른 하나에 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 및 슬라이더로 날개차를 회전이 자유롭도록 지지하고 있는 경우에는 가이드 및 슬라이더를 리니어 슬라이드 볼 베어링의 가이드와 슬라이더에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 상기 원환 형상의 가이드가 내면 및 외면에 매끈러운 원통 형상의 가이드면을 가지고, 상기 슬라이더가 이들 가이드면을 따라 구름 이동하며, 수직 방향의 축 방향으로 회전하는 가이드 롤러를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 날개차의 회전 중심이 수평 방향을 향하고 있어도 좋다. 물론 연직 방향을 향하고 있어도 좋다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제1 태양은 이동자 및 그 양측에 배치되는 고정자를 가지며, 상기 이동자의 양면에 N극과 S극의 쌍으로 구성한 자석부를 N극과 S극, S극과 N극이 교대로 위치하도록 이동자의 둘레 방향을 따라 배치하고 있다. 이러한 전기-힘 변환 장치에서는 서로 이웃하는 자석부를 비자성 금속체로 결합하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 말하는 "이동자"에는 회전하는 것과 직진형으로 주행하는 것이 모두 포함된다.

본 발명의 영구 자석의 배치 구조에서는 영구 자석의 일면을 동일한 극면에 나란히 설치함과 동시에, 두 영구 자석 사이에 상기 영구 자석의 두께보다 짧은 자성체를 개재시키고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제2 태양에서는 이동자의 자극의 양측에 고정자를 가지며, 상기 양측의 고정자에 감아 장착하는 고정자 코일을 동상(同相) 사이에서 서로 교차시키고 있다. 이러한 경우, 어느 하나의 고정자 코일의 상 순서를 u-z-v-x-w-y 상으로 한 경우 다른 하나의 고정자 코일의 상 순서를 x-w-y-u-z-v 상으로 하여 이들을 대향하여 배열함과 동시에, 양측의 고정자 코일을 동상 사이에서 서로 교차시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 풍력 발전 시스템의 제3 태양은 복수 개의 날개와, 이들 날개를 환 형상으로 배열하여 유지하는 환 형상의 지지 부재와, 그 지지 부재와 대향하여 설치되며 상기 지지 부재를 지지하는 가이드 부재와, 상기 지지 부재와 가이드 부재 중 어느 하나에 설치되는 계자용 자석 및 다른 하나에 설치되며 상기 계자용 자석과 상대적으로 운동함으로써 전기를 발생하는 코일을 구비하며, 날개의 중심부에 축을 갖지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제3 태양은 이동자와, 그 이동자의 양측에 배치되는 고정자와, 상기 이동자와 함께 이동하도록 배치되는 이동측 반발 자석 및 그 이동측 반발 자석과 반발하는 고정측 반발 자석을 구비하며, 상기 이동자를 중립 위치에 가압하도록 상기 이동측 반발 자석 및 고정측 반발 자석 중 어느 하나가 다른 하나를 사이에 두도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 경우, 상기 고정측 반발 자석이 이동자를 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있어도 좋고, 또한 상기 이동측 반발 자석이 고정측 반발 자석을 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있어도 좋다.

또한 상기 간격 조정 수단이 주위의 온도 변화로 프레임 내지 날개차의 치수가 변화되었을 때 상기 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 소정의 범위로 유지하도록 자동으로 조정하는 것이 바람직하다.

그러한 경우, 상기 간격 조정 수단이 풍력이 약할 때 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 넓히고, 풍력이 셀 때 빈틈을 좁히도록 자동 조정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 코일군 중 적어도 몇 개의 코일군이 직렬/병렬의 전환이 자유롭도록 배선되고 있으며, 풍력이 약할 때 병렬로 전환하여 낮은 전압으로 발전하고, 풍력이 셀 때 직렬로 전환하여 높은 전압으로 발전하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 날개차를 이용한 발전 장치는 상부 및 하부가 외기와 연통되는 길이 방향의 기류 통로와, 그 기류 통로 내에 설치되는 상향의 기류에 의해 회전하는 날개차 및 그 날개차의 회전부와 연동하여 작동하는 발전기를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 발전 장치에서는 상기 날개차가 연직 방향으로 연장되는 회전 축심 방향으로 회전하는 것이 바람직하다. 또한 상기 기류 통로가 건물과 일체로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 기류 통로가 개폐가 자유로운 창을 구비한 통 형상의 형태를 갖는 외벽에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 기류 통로의 외면 내지 내부에 태양 열을 받아 온도 상승하는 열 흡수부를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 기류 통로가 건물의 폐열 통로를 겸하고 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 기류 통로를 구성하는 파이프가 복수 개 환 형상으로 배열되어 있고, 이들 파이프에 의해 지지되는 횡풍용 풍력 발전 장치를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 기류 통로를 구성하는 파이프가 복수 개 환 형상으로 배열되어 있고, 이들 파이프 열의 하부에 태양열을 받아 습도 상승하는 열 흡수부를 구비하고 있으며, 그 열 흡수부와 파이프의 하부가 연통되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 열 변환 시스템은 지상 부근에 설치되는 제1 열 변환기와, 지상 부근과 온도가 다른 위치에 설치되는 제2 열 변환기와, 제1 열 변환기와 제2 열 변환기 사이를 루프 형상으로 연결하는 배관 및 그 배관 내를 흐르는 열 매체에 순환류를 가져오는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 열 변환 시스템에서는 상기 열 매체에 순환류를 가져오는 수단의 동력이 풍력에 의해 조달되는 것이 바람직하다.

상기 날개차는 한 쌍의 링과, 이들 링으로 유지하는 날개와, 링에 설치되는 스포크 형상의 지지 부재 및 그 지지 부재의 중심에 설치되는 보스를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 이동자가 계자용 자석을 구비한 박판 형상의 회전판에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 회전판은 원판 형상 또는 원통 형상으로 할 수 있다. 또한 상기 회전판의 단부에 회전판과 직교하는 방향의 보강 벽이 설치되어 있고, 그 보강 벽이 가이드되고 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 일 실시 형태를 개념적으로 보인 평면도이고,

도 2는 그 풍력 발전 시스템의 전체를 보인 사시도이고,

도 3은 그 시스템의 입단면도이고,

도 4는 도 2의 풍력 발전 시스템의 프레임을 보인 사시도이고,

도 5는 도 2의 풍력 발전 시스템의 평면도이고,

도 6은 도 2의 풍력 발전 시스템의 날개차를 보인 사시도이고,

도 7은 도 2의 풍력 발전 시스템의 요부 입면 단면도이고,

도 8은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 9(a) 내지 도 9(c)는 각각 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 10은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 11은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 12는 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 사시도이고,

도 13은 그 시스템의 요부 단면도이고,

도 14(a) 및 도 14(b)는 각각 도 12의 풍력 발전 시스템의 전체를 보인 종단 면도 및 평면도이고,

도 15(a) 및 도 15(b)는 각각 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 16(a) 및 도 16(b)는 각각 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 정면도 및 측면도이고,

도 17은 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 18은 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 19는 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 20(a) 및 도 20(b)는 각각 본 발명의 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 입면 단면도이고,

도 21은 본 발명의 시스템의 다른 실시 형태를 보인 요부 단면도이고,

도 22는 도 21의 XXII-XXII선 단면도이고,

도 23은 본 발명의 시스템의 회전자 및 고정자의 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 24는 본 발명의 시스템의 회전자 및 고정자의 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 25는 본 발명의 시스템의 고정자의 자계용 코일의 결선 상태를 보인 결선도이고,

도 26(a) 내지 도 26(c)는 각각 본 발명의 시스템에 따른 자기 부상 구조의 다른 실시 형태를 보인 단면도이고,

도 27(a) 및 도 27(b)는 각각 본 발명의 시스템에 따른 자기 부상 구조의 다른 실시 형태를 보인 단면도이고,

도 28은 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제1 태양의 일 실시 형태를 보인 단면도이고,

도 29는 본 발명에 따른 발전기의 자극과 회전자 요크부의 구조를 보인 설명도이고,

도 30은 본 발명에 따른 양측에 고정자를 갖는 발전기의 다른 실시 형태를 보인 구조도이고,

도 31은 본 발명에 따른 회전자의 양측의 자극을 종래 구조로 구성한 발전기에서 축의 편심이 발생한 경우를 보인 설명도이고,

도 32는 본 발명의 영구 자석을 사용한 회전기 모델의 자기 회로를 보인 설명도이고,

도 33은 본 발명의 회전자의 양측의 자석을 쌍으로 하여 양측의 고정자와의 사이에서 자기 회로를 하나로 구성한 것을 보인 설명도이고,

도 34는 본 발명의 자석을 쌍으로 한 경우의 자기 회로의 모델도이고,

도 35는 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 구체적인 구성을 보인 구성도이고,

도 36은 본 발명의 유한 요소법에 따른 자기 흡인력의 계산 결과를 보인 그래프이고,

도 37은 본 발명의 영구 자석의 배치 구조를 구비한 자기 부상 장치의 일 실 시 형태를 보인 단면도이고,

도 38은 그 자기 부상 장치의 일부를 보인 설명도이고,

도 39는 본 발명의 2개의 고성능 자석을 근접시켰을 때의 유체의 자속 분포를 보인 설명도이고,

도 40은 본 발명의 공기 내에 놓인 고성능 자석의 반발력을 보인 설명도이고,

도 41은 본 발명의 자석의 측면에 자성체를 장착하였을 때의 단부의 자속 분포를 보인 설명도이고,

도 42는 본 발명의 공기 내에 놓인 2개의 고성능 자석 사이에 자성체를 끼워넣었을 때의 흡인력을 보인 설명도이고,

도 43은 본 발명의 자석의 측면에 자성체를 장착하였을 때의 단부의 자속 분포를 보인 설명도이고,

도 44는 본 발명의 공기 내에 놓인 2개의 고성능 자석 사이에 자성체를 끼워 넣었을 때의 흡인력을 보인 설명도이고,

도 45는 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제2 태양의 실시 형태를 보인 단면 구조도이고,

도 46은 본 발명의 회전자의 자석의 외측 고정자와 내측 고정자의 거리를 검토하기 위한 설명도이고,

도 47은 본 발명의 외측 고정자와 내측 고정자의 자속 밀도 분포를 보인 도면이고,

도 48은 본 발명의 회전자 자석의 외측 고정자와 내측 고정자의 거리를 보인 설명도이고,

도 49는 본 발명의 고정자 코일의 배열을 보인 모델도이고,

도 50은 본 발명의 자석의 위치에 따른 자속 밀도의 크기를 보인 모델도이고,

도 51은 본 발명의 외측과 내측의 고정자 코일을 교차한 경우의 발생 전압의 평가를 고정자 코일의 상 순서와의 관계로 나타낸 도면이고,

도 52는 본 발명의 고정자 코일의 교차를 보인 모식도이고,

도 53은 본 발명의 고정자 코일의 구체적인 결선 방법을 보인 결선도이고,

도 54는 본 발명에 따른 날개차의 다른 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 55는 본 발명에 따른 날개차의 또 다른 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 56(a), 도 56(b) 및 도 56(c)는 각각 본 발명에 따른 발전부의 또 다른 실시 형태를 보인 개략적인 평면도, 단면도 및 개략적인 평면도이고,

도 57(a)는 본 발명에 따른 회전자의 다른 실시 형태를 보인 요부 사시도, 도 57(b)는 그 요부 단면도, 도 57(c)는 그 요부 평면 단면도이고,

도 58(a) 및 도 58(b)는 각각 본 발명에 따른 회전자의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 단면도이고,

도 59(a) 내지 도 59(c)는 각각 본 발명에 따른 회전자의 또 다른 실시 형태를 보인 개략적인 평면도이고,

도 60은 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 또 다른 실시 형태를 보인 단면도이 고,

도 61은 그 전기-힘 변환 장치를 이용한 풍력 발전 시스템의 일 실시 형태를 보인 요부 단면 사시도이고,

도 62는 그 전기-힘 변환 장치를 이용한 풍력 발전 시스템의 일 실시 형태를 보인 요부 단면 사시도이고,

도 63은 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 단면도이고,

도 64는 도 63의 스프로킷 주변을 보인 요부 평면도이고,

도 65는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 다른 실시 형태를 보인 블럭도이고,

도 66은 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 다른 실시 형태를 보인 블럭도이고,

도 67은 본 발명의 발전 장치의 기본적인 실시 형태를 보인 개략적인 단면도이고,

도 68은 도 67의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이고,

도 69는 도 67의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이고,

도 70은 본 발명에 따른 날개차의 지지 구조 및 발전기의 일 실시 형태를 보인 단면도이고,

도 71은 본 발명의 발전 장치를 건물과 조합시키는 경우의 실시 형태를 보인 개략적인 사시도 및 개략적인 단면도이고,

도 72는 본 발명의 발전 장치를 건물과 조합시키는 경우의 실시 형태를 보인 개략적인 사시도 및 개략적인 단면도이고,

도 73은 본 발명에 따른 날개차의 다른 실시 형태를 보인 사시도이고,

도 74는 본 발명의 발전 장치의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 단면도이고,

도 75는 본 발명의 발전 장치의 또 다른 실시 형태를 보인 일부 절개 사시도이고,

도 76은 본 발명의 열 변환 시스템의 실시 형태를 보인 블럭도이고,

도 77은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 사시도이고,

도 78은 본 발명의 풍력 발전 시스템의 또 다른 실시 형태를 보인 요부 사시도이고,

도 79는 본 발명의 풍력 발전 시스템에 사용하는 날개차의 또 다른 실시 형태를 보인 개략적인 사시도이다.

먼저 도 2를 참조하여 풍력 발전 시스템의 전체를 설명한다. 도 2에 도시한 풍력 발전 시스템(10)은 프레임(11)과 그 프레임 내에 상하 2단으로 설치되는 날개차(12)를 구비하고 있고, 날개차(12)는 프레임(11)에 대하여 연직 방향의 축심 방향으로 회전이 자유롭도록 설치되어 있다. 그리고 날개차(12)의 하단부와 프레임(11)의 링(18) 사이에서 리니어 모터의 작용과 반대의 작용으로 발전하는 발전부(소위 리니어 제너레이터)(14)를 구비하고 있다.

상기 프레임(11)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상하 방향으로 연장되는 3개의 다리(15)와 이들 다리를 원주 방향 동일 간격으로 연결하는 연결 부재(16)를 구비하고 있다. 연결 부재(16)는 다리(15)의 상단과, 하단으로부터 어느 정도 상측의 위치 및 이들 중간의 3단으로 설치되어 있다. 각 연결 부재(16) 사이의 스페이스(S1, S2)에는 상기 날개차(12)가 수용된다. 연결 부재(16)는 방사상으로 연장되는 3개의 스포크(spoke; 17)와 이들 스포크(17)의 외측의 단부 부근끼리를 잇는 전술한 링(18)을 구비하고 있다. 또한, 각각의 연결 부재(16)의 스포크(17)의 중심부에는 날개차(12)를 회전이 자유롭도록 지지하기 위한 베어링(19, 20)이 상하 한 쌍으로 설치되어 있다.

상기 날개차(12)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상하 방향으로 연장되는 샤프트(22)와, 그 샤프트에 고정되어 있는 상하 한 쌍의 보스(23, 24)와, 각 보스로부터 방사상으로 연장되는 5개의 가로 날개(25)와 및 상하의 가로 날개(25)의 끝단에 고정되는 세로 날개(26)로 구성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 5개의 세로 날개(26)와 그 배인 10개의 가로 날개(25)를 구비하고 있다. 또한, 각각의 세로 날개(26)의 상단끼리 및 하단끼리는 이들 내주에 장착되는 보강 링(21, 21)에 의해 서로 연결되어 있으며, 그에 따라 날개차(12) 전체의 강도를 향상시키고 있다. 단, 보강 링(21)은 설치하지 않아도 좋다. 가로 날개(25)는 본 실시 형태에서는 샤프트(22)가 위에서 보았을 때의 반시계 방향으로 회전하였을 때 상향으로 부력이 작용하는 단면 형상을 갖는 날개 형태를 이루고 있다. 또한, 회전 방향에 관하여 전단이 위를 향하도록 경사져 있어도 좋고, 특정 날개 형태와 특정 경사를 조합하여도 좋다. 또한 경사를 조절할 수 있도록 하여도 좋다. 또 세로 날개(26)의 수는 3개 정도이어도 좋고, 10개 이상이어도 좋다. 또한 상상선과 같이 날개차(12)의 상하의 샤프트(22)끼리를 연결하여 상하를 관통하는 하나의 샤프트로 할 수도 있다.

상기 세로 날개(26)는 횡방향으로부터 바람을 받을 때 5개의 세로 날개(26)에 발생하는 힘의 총합이 위에서 보았을 때 반시계 방향의 모멘트를 발생하도록 날개 형태를 이루고 있다. 세로 날개(26)도 연직 방향의 축심 방향으로 기울어져 있어도 좋고, 날개 형태와 경사를 조합하여도 좋다. 또한 경사를 조절하도록 하여도 좋다.

도 3에 도시한 바와 같이 각 날개차(12)의 샤프트(22)의 상단 및 하단은 각각 상측의 베어링(19) 및 하측의 베어링(20)에 의해 회전이 자유롭도록 지지되어 있다. 도 2와 같이 장착된 상태에서는 날개차(12)의 중량은 기본적으로 하측의 베어링(20)에 의해 지지된다. 다만 후술하는 바와 같이, 차륜이나 자기 부상 등으로 지지할 수도 있다. 또한 회전함에 따라 가로 날개(25)가 발생하는 양력(lift)에 의해서도 지지된다.

도 7의 실시 형태에서는 각 세로 날개(26)의 하단에 차륜(27)이 회전이 자유롭도록 장착되어 있다. 그리고 프레임(11)의 링(18)의 내측 부분이 환 형상의 주행로(28)로 되어 있다. 따라서, 세로 날개(26)나 가로 날개(25)의 중량의 전부 또는 일부가 차륜(27)을 통하여 프레임(11)으로 지탱된다. 따라서 베어링(19, 20)의 부담이 적다. 또한 가로 날개(25)의 휨이 적어지므로, 발전부(14)의 작용이 안정 된다. 또한 휨이 적으므로 날개차(12) 전체를 발포 수지나 섬유 강화 플라스틱 등의 경량의 재료로 구성하는 경우에도 회전이 안정된다.

상기 발전부(14)는 날개차(12)의 세로 날개(26)의 하단 부근에 설치된 영구 자석(31)으로 이루어지는 계자용 자석과, 프레임의 링(18)에 설치된 코일군(32)과, 도 1에 도시된 제어부(33) 및 축전부(34)로 구성되어 있다. 코일군(32)은, 도 7에 도시한 바와 같이 환 형상의 커버(38)에 의해 덮여져 있다. 또한, 계자용 자석으로는 영구 자석의 이외에 전자석을 사용할 수도 있다. 그러나 영구 자석인 것이 배선이 불필요하므로 설치 공사 및 유지 관리가 용이하다. 다만 대규모의 풍력 발전 시스템의 경우에는 전자석인 것이 취급하기 쉽다는 이점이 있다. 이하의 실시 형태에서도 마찬가지로 영구 자석 또는 전자석 모두 계자용 자석으로 채용할 수 있다.

상기 코일군(32)은, 도 1에 도시한 바와 같이 3개 1조로 순서대로 나열된 제1 코일 열(35), 제2 코일 열(36) 및 제3 코일 열(37)로 구성되어 있다. 그리고 각각의 코일 열(35, 36, 37)의 각 코일의 단부는 전력을 추출하기 위한 제1 송전선 (41), 제2 송전선(42) 및 제3 송전선(43)에 병렬로 접속되어 있다. 단, 직렬로 접속할 수도 있다. 또한, 각각의 송전선(41, 42, 43)은 2개로 되어 있는데, 접지선을 공통으로 할 수도 있다. 각 송전선(41, 42, 43)은 제어부(33)에 유도되어, 외부 송전선(45)에 의해 외부로 송전할 수 있도록 하고 있다. 또한 제어부(33)에 송전선(46)에 의해 접속되어 있는 축전부(34)는 발전된 전력의 일부를 비축해 두는 부위로서, 후술하는 바와 같이 발전부(14)를 모터로 이용할 때 전력을 공급한다. 또한, 코일군(32)의 코일의 개수는 세로 날개(26)의 수로 나누었을 때 나누어 떨어지는 수로 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 3개의 그룹으로 나누고 있으므로, 3×5=15의 배수, 예컨대 15개, 30개 또는 45개 정도이다. 단, 60개 이상이어도 좋다.

코일군(32)의 각 코일은 거의 동일한 간격으로 배치되어 있다. 그리고 각각의 세로 날개(26)의 하단 외면에 설치되는 영구 자석(31)과 코일 사이는 충분히 접근시켜 배치하고 있으며, 영구 자석과 코일간의 간격(S3)은 예컨대 1-5mm 정도이다. 코일군(32)의 각각의 코일에는 철심을 넣어도 좋으며, 또 넣지 않아도 좋다.

상기한 바와 같이 구성되는 풍력 발전 시스템(10)에서는, 바람이 불면 날개차(12)가 위에서 보았을 때 반시계 방향(도 1의 화살표 P1)으로 회전한다. 그리고 영구 자석의 자력선이 코일군(32)의 코일을 차례대로 가로질러 가므로, 리니어 모터와 반대의 작용에 의해 코일에 기전력이 발생하여 양 끝단으로부터 전력을 추출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 3조의 코일 열(35, 36, 37)로 순서대로 발전하므로 3상 교류의 형태로 발전된다. 얻어진 전력은 송전선(41, 42, 43)에 의해 제어부(33)까지 보내진다. 제어부(33)에서는, 전력의 맥동을 평탄하게 하거나 또는 깨끗한 사인 곡선을 조합한 3상 교류의 상태에서 외부로 송전한다. 그 때, 일부 전력은 축전부(34)에 축적한다.

상기한 풍력 발전 시스템(10)에서는, 영구 자석(31)이 날개차(12)의 외주 부근에 설치되므로 날개차의 관성이 커지고, 따라서 회전 시작시의 필요 토크는 크지만, 일단 회전하면 멈추기가 어렵고, 풍력이 변화되어도 회전수가 잘 변화되지 않 는다. 따라서 안정된 발전을 행할 수 있다. 또한 바람을 받아 회전력을 발생하는 세로 날개와, 발전의 반작용으로 부하가 되는 발전부(32)가 모두 세로 날개(26)의 외주 원의 접선 방향이 된다. 따라서, 가로 날개(25)로 토크를 전달할 필요가 없으며, 강도도 낮아도 좋다. 따라서, 발포 수지 성형품이나 섬유 강화 플라스틱 등의 경량의 재료로 날개차(12)를 구성할 수 있다. 이에 따라 회전의 저항도 적어 발전 효율이 높다.

또한 풍력이 저하되어 날개차의 회전수가 저하되었을 때에는 제어부(33)에서 축전부(34)와 접속하는 송전선(46)의 결선 상태를 전환하여 축전부(34)에서 코일군(32)으로 전력을 공급하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이에 따라 발전부(14)는 리니어 모터로서 작용하여, 날개차(12)를 동일한 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서 날개차(12)가 정지하지 않고, 느리더라도 회전을 계속한다. 또한, 그 동안에는 발전할 수 없으므로, 송전을 멈추거나 또는 축전부(34)로부터 송전한다. 그리고 다시 바람이 세게 불기 시작하면, 제어부(33)와 축전부(34)의 송전선(46)을 원래의 상태로 되돌리고 발전시키도록 한다. 그러한 경우, 날개가 정지해 있지 않으므로 정지 상태부터 회전을 시작하는 경우와 같이 정지 마찰력에 저항하여 회전시킬 필요가 없다. 따라서 전체적으로 전력을 낭비하지 않고 효과적인 발전을 행할 수 있다. 또한, 상기의 모터 작용과 발전 작용의 전환은, 예컨대 회전수를 검출하는 검출 센서를 설치하고, 소정의 회전수의 기준값보다 회전수가 감소되었는지 또는 증가하였는지에 따라 자동으로 전환하도록 하여도 좋다.

도 1의 경우에는, 모든 코일이 제1 송전선(41), 제2 송전선(42), 제3 송전선 중 어느 하나에 항상 연결되어 있는데, 코일과 각 송전선 사이에 차단기의 접점을 개재시킴과 동시에, 이들 코일군을 예컨대 4개의 그룹으로 나누고, 어느 하나의 그룹으로부터 전력을 추출하거나, 차단기의 ON/OFF로 선택할 수 있도록 하여도 좋다. 그러한 경우에는 날개차(12)의 회전의 부하를 변화시킬 수 있으므로, 미풍 상태에서는 적은 코일로 발전시키고, 풍력이 회복되면 발전시킬 코일의 수를 늘리도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 풍력의 넓은 범위에 걸쳐 효과적인 발전을 행할 수 있다. 또한, 가동시킬 코일의 증감은 각 조 하나씩 증감시키는 것 이외에, 2개씩 또는 3개씩 등으로 할 수도 있다. 또한 샤프트(22)에 관하여 대칭 위치에 있는 2~3대의 코일을 함께 차단하는 것이 날개차(12)의 회전 저항에 대하여 균형이 이루어진다. 또한 일부의 코일로 발전시킴과 동시에, 다른 코일로 모터로서 구동시킬 수도 있다.

또한 도 7의 실시 형태에서는 세로 날개(26)의 하단에 차륜(27)을 장착되고, 프레임(11) 측에 주행로(28)를 설치하였으나, 반대로 프레임(11)의 링(18)에 복수 개의 차륜(27)을 상향으로 설치하고, 날개차(12)에 이들 차륜(27)과 맞닿는 링 형상의 주행로(28)를 설치할 수도 있다. 또한 프레임(11) 또는 날개차(12)에 썰매 또는 썰매 모양의 슬라이더를 설치하고, 썰매나 슬라이더를 주행로에 대하여 슬라이딩시킬 수도 있다.

도 8에 도시한 실시 형태에서는 세로 날개(26)의 하단 및 프레임(11)의 링(18)에 대하여 상하 방향으로 서로 대향하도록 자석(47)과 코일(48)을 설치하고, 서로 자력으로 반발하도록 구성되어 있다. 이에 따라 자기 부상에 의해 날개차의 중량의 전부 또는 일부를 부담하도록 할 수 있다. 이는 접촉하지 않고 중량을 지지할 수 있으므로, 고속 회전에서도 저항이 적다. 또한, 코일(48) 대신 영구 자석을 설치하여도 좋다. 또한 상기 자기 부상의 구성은 자석의 흡착력을 이용하여 날개차(12)의 상단측과 프레임(11) 사이에서 행하도록 할 수도 있다. 또한 날개차의 하단측에서 반발하도록 하는 방식에 더하여, 세로 날개(26)의 상단과 그 상측의 프레임의 링(18) 사이에 서로 반발하는 자석을 설치할 수도 있다. 그러한 경우에는 날개차(12)가 상하로 반발되어 중량과 균형이 잡히는 높이로 회전한다. 따라서 회전시의 안정성이 높다. 상기 코일(48)에 대해서도 철심을 넣어도 좋고 넣지 않아도 좋다. 상기한 자기 부상의 구성은 날개차의 주위 부근뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 가로 날개(25)의 도중과 프레임의 스포크의 도중 사이에 설치할 수도 있다.

상기 실시 형태에서는 코일군(32)을 프레임(11) 측에 고정하고 있으나, 도 9(a)에 도시한 바와 같이 날개차(12) 측에 설치하여도 된다. 또한 도 9(b)에 도시한 바와 같이 코일군(32)을 반경 방향으로 빈틈을 두고 한 쌍으로 설치하고, 그 빈틈에 영구 자석(31) 등의 계자용 자석을 통과시키도록 하여도 좋다. 반대로 도 9(c)에 도시한 바와 같이, 영구 자석(31) 등의 계자용 자석을 빈틈을 두고 설치하고, 그 빈틈에 코일군(32)을 통과하도록 하여도 좋다.

또한 상기 실시 형태에서는 세로 날개(26)의 외측면과 링(18) 사이에 발전부(14)를 설치하고 있으나, 도 10(a)에 도시한 바와 같이 세로 날개(26)의 하단과 링(18)의 상면 사이에 상하 방향으로 서로 마주보도록 설치할 수도 있다. 그러한 경 우에는 차륜(27)을 가로 날개(25)의 도중에 설치하고, 주행로(28)는 스포크(17)의 도중에 설치하면 된다. 또한, 차륜(27)과 주행로(28) 대신 자기 부상을 위한 자석을 양자에 설치할 수도 있다. 또한 도 10(b)에 도시한 바와 같이, 가로 날개(25)의 도중에 지지 링(52)을 설치하고, 프레임(18)의 스포크(17)의 상면의 도중에 상기 지지 링(52)과 대향하는 지지 링(53)을 설치하고, 두 지지 링(52, 53) 사이에 영구 자석(31) 등의 계자용 자석과 코일부(32)로 이루어지는 발전부(54)를 설치할 수도 있다. 또한 이러한 구성은 도 7 등의 날개차의 외주에 설치하는 발전부(32)에 추가하여 제2 발전부로서 설치할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 코일군(32)과 영구 자석(31) 등의 계자용 자석은 1-5mm 정도의 빈틈이며, 이들 둘은 고속으로 상대적으로 이동한다. 따라서 날개차(12)가 태양열 등으로 열 팽창하면 빈틈이 없어져 간섭할 우려가 있다. 반대로 열 수축으로 빈틈이 벌어져 발전 효율이 저하되는 경우가 있다. 프레임(11)과 날개차(12)의 재료가 동일하면 둘의 열 팽창 계수가 동일하지만, 프레임(11)에 강도가 높은 강재를 사용하고 날개차에 경량의 합성 수지를 사용하는 경우에는 특히 열 팽창 계수의 차이에 의한 빈틈의 증가 및 감소가 커진다. 도 11은 그러한 경우에 사용되는 간격 조정 장치의 실시 형태를 나타내고 있다.

도 11에 도시한 간격 조정 장치(56)에서는 코일군(32)을 코일 케이스(57)에 수용하고, 그 코일 케이스를 링(18)에 대하여 반경 방향으로 이동이 자유롭도록 설치하고, 코일 케이스(57)를 링에 대하여 반경 방향으로 구동하는 전동식 또는 유압식의 구동 기구(58)를 설치하고, 가로 날개(25)의 신축량을 검출하는 센서(59)를 더 설치하고, 가로 날개(25)의 신축량에 맞추어 구동 기구(58)를 제어하는 제어 장치(60)를 설치하고 있다. 구동 기구(58)는 볼 나사와 모터로 회전하는 너트를 조합한 것, 또는 리니어 모터를 이용한 것 등이 사용된다. 또한 고정한 너트와 모터로 회전하는 볼 나사를 조합하여도 좋다.

신축량의 센서(59)로서는, 예컨대 가로 날개(25) 및 프레임(11)의 스포크(17)에 각각 설치한 왜곡 게이지 등이 사용된다. 그러한 경우는 각 센서의 검출값의 차이를 연산하도록 하고, 그에 기초하여 보상할 값이 정해진다. 또한 예컨대 가로 날개(25)에 발광 다이오드를 설치하고, 프레임의 스포크(17)에 광 센서를 반경 방향으로 다수 배열한 것을 설치함으로써 구성할 수 있다. 그러한 경우에는 상대적인 길이 변화, 즉 열 팽창량의 차이를 직접 검출할 수 있다. 상기 간격 조정 장치(56)는 일반적으로는 날개차(12)를 정지시킨 상태에서 작동시킨다. 단, 운전중에 자동으로 작동시키도록 구성하는 것도 가능하다.

이러한 간격 조정 장치(56)를 설치한 풍력 발전 시스템은, 태양열이나 기후에 따라 날개차가 열 팽창 또는 열 수축을 하여도 코일군(32)과 영구 자석(31) 등의 계자용 자석의 빈틈이 거의 변화되지 않는다. 따라서 둘의 빈틈을 작게 할 수 있어 효율적인 발전을 행할 수 있다. 게다가 사계절의 기후 또는 하루의 기온이 크게 변화하는 지역에도 설치하는 것이 가능하다. 또한 프레임과 날개차의 재질이 달라도 좋으므로, 날개차에 경량의 발포 수지나 섬유 강화 플라스틱을 이용할 수 있다.

상기한 풍력 발전 시스템(10)은 종래의 풍력 발전용 풍차와 마찬가지로, 예 컨대 해안선을 따라 설치하거나, 산이나 언덕 등 약간 높은 지형을 이용하여 바람을 많이 받을 수 있는 위치에 설치한다. 단, 빌딩의 옥상 등 도회지에 설치할 수도 있다. 그리고 바람이 불면, 세로 날개(26)가 바람을 받아 날개차(12)가 도 5의 반시계 방향으로 회전한다. 그 때, 가로 날개(25)가 단면이 날개형인 경우, 또는 전술한 자기 부상형인 경우에는 상향의 양력 내지 반발력을 발생하므로, 날개차(12)의 중량을 지탱하고 있는 하측의 베어링(20)의 부담이 적다. 이에 따라, 회전 저항이 적고, 적은 바람에서도 날개차(12)가 효율적으로 회전한다. 날개차(12)가 회전하면 가동하고 있는 코일이 발전하고, 그 전기는 도 1의 송전선(36, 37)에 의해 소비지에 보내지거나 또는 축전부(34)에 저장된다. 송전할 지역이 먼 경우에는 교류 발전기를 이용하여 변압기로 변압한 후에 송전한다. 단, 직류 발전기를 이용하여 인버터 등으로 일단 교류로 변환한 뒤에 변압하여 송전하도록 하여도 좋다.

상기 실시 형태에서는 샤프트(22)의 상단 및 하단을 베어링(19, 20)으로 회전이 자유롭도록 지지하고 있는데, 반대로 베어링(19, 20) 측에 축을 설치하고, 이들 축으로 상하의 보스(23, 24)를 회전이 자유롭도록 지지하도록 하여도 좋다. 또 상기 실시 형태에서는 날개차(12)의 세로 날개(26)와 보스(23, 24)를 가로 날개(25)로 연결하고 있으나, 단순한 봉재 등의 지지 부재를 채용할 수도 있다. 그러한 경우에는 가로 날개에 의한 양력은 발생하지 않는다.

도 12 및 도 13에 도시한 풍력 발전 시스템(62)에서는, 프레임(11)의 링(18)의 내면에 통 형상의 지지 링(63)을 장착하고, 그 지지 링(63) 상에 동심 형상으로 2열의 코일군(32)을 대향하도록 또한 간격을 두고 배열하고 있다. 그리고 그 빈틈 에 날개차(12)에 장착되는 하나의 그룹의 영구 자석(64)이 계자용 자석으로서 배치되어 있다. 계자용 자석으로서 전자석을 채용할 수도 있다. 특히 대형 시스템에서는 전자석인 것이 바람직할 수 있다. 상기 코일군(32)은 예컨대 브래킷(65)에 의해 지지 링(63)에 장착되어 있다. 또한, 이들 브래킷(65)은 조정 나사(66)에 의해 날개차의 반경 방향(도 13에서는 좌우측 방향)의 위치를 조절할 수 있도록 되어 있다.

한편, 세로 날개(26)의 하단으로부터 바깥 방향으로 날개 유지 암(67)이 설치되고, 그 날개 유지 암(67)에 장착한 보강 링(68)의 외주면 및 내주면에 각각 상기 자석(64, 64)이 고정되어 있다. 보강 링(68)은 만곡시킨 각파이프에 의해 링 형상으로 구성되어 있고(도 14(b) 참조), 단면이 ㄷ자 형상인 커버(70)의 하면에 나사(70a) 등으로 고정되어 있다. 그 커버(70)는 전술한 코일군(32)을 장착한 브래킷(65)의 외측을 덮고 있으며, 그에 따라 빗물이 코일군(32)에 침입하지 않도록 하고 있다. 또한 지지 링(63)의 외측의 링(18)의 상면과 커버(70) 사이 및 커버(70)의 하단과 브래킷(65) 사이에도 빗물의 침입을 막기 위한 미로(labyrinth; 72, 72)가 설치되어 있다.

보강 링(68)의 상면에는 커버(70)의 윗면을 사이에 두고 날개 유지 부재(73)가 장착되어 있다. 그리고 그 날개 유지 부재(73)에 상기 날개 유지 암(67)이 그 길이 방향으로 슬라이딩이 자유롭도록 끼워져 결합되어 있다. 이에 따라, 보강 링(68)이나 가로 날개(도 12의 부호 25)의 열 팽창 및 열 수축을 자유로이 할 수 있는 구조로 되어 있다. 가로 날개 대신 지지 스테이를 사용할 수도 있다. 날개 유 지 암(67)이나 날개 유지 부재(73)에는 섬유 강화 수지(FRP) 등이 사용된다. 이 날개 유지 부재(73)에 의한 날개 유지 암(67)의 슬라이딩이 자유로운 유지 구조, 또는 전술한 조정 나사(66)는 모두 간단한 간격 조정 장치를 구성하고 있다.

상기 지지 링(63) 상에는 2열의 코일군(32)의 거의 중심을 지나도록 환 형상의 가이드(74)가 날개차와 동심 형상으로 배치되고, 나사 등으로 지지 링(63)에 고정되어 있다. 그리고 이 가이드(74)에 복수 개의 슬라이더(75)가 슬라이딩이 자유롭도록 설치되고, 그 슬라이더(75)에 상기 보강 링(68)의 하면이 고정되어 있다. 본 실시 형태에서는 가이드(74) 및 슬라이더(75)로서 소위 리니어 슬라이드 볼 베어링의 가이드와 슬라이더가 채용되어 있다. 단, 가이드(74)는 횡방향으로 만곡되고, 복수 개의 만곡된 가이드편을 조합하여 환 형상의 궤도를 형성하도록 하고 있다.

리니어 슬라이드 볼 베어링은 볼 스플라인 등과 동일한 구성을 갖는다. 즉, 슬라이더 측에는 복수의 엔드리스 형상의 볼 레일이 설치되어 있고, 그 볼 레일에 유지되는 볼 군은 "전진 행정"에서 슬라이더의 표면에 나타나고, "복귀 행정"에서 슬라이더 내에 숨겨지도록 되어 있다. 그리고 표면에 나와 있는 볼 군은 가이드(74)의 걸어맞춤 홈(74a) 등과 맞물려 슬라이더(75)가 가이드(74)로부터 빠지지 않도록 유지하고, 또한 슬라이더(75)가 가이드(74)를 따라 적은 마찰 저항으로 원활하게 구름 이동하도록 안내한다. 이러한 리니어 슬라이드 볼 베어링으로는, 예컨대 THK사 제조의 LM 가이드 등을 사용할 수 있다.

상기 슬라이더(75)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 날개차(12)의 중량을 지지하는 날개 유지 부재(73)의 부근에서는 조밀하게 배치하고, 다른 부위에서는 성기게 배치하는 것이 바람직하다. 단, 동일한 간격의 피치로 설치하여도 된다. 이러한 가이드 구조(77)를 채용함으로써 날개차(12)는 프레임(11)에 대하여 자축 방향으로 회전이 자유롭도록 지지된다. 따라서, 도 14(a) 및 도 14(b)에 도시한 바와 같이 날개차(12)의 중심부에 샤프트(도 3의 부호 22 참조)나 베어링을 설치할 필요는 없다. 또한 세로 날개(26)가 받은 바람에 의한 회전 토크는 가로 날개를 경유하지 않고 날개 유지 암(67), 날개 유지 부재(73) 및 보강 링(68)을 경유하여 코일군(32)과 영구 자석(64)의 상대 운동에 전달되고, 그 부위에서 발전시에 발생하는 저항이나 리니어 가이드에 의한 마찰 저항 등에 대항하여 날개차(12)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 리니어 모터와 반대의 원리로 발전시킬 수 있다.

상기 실시 형태에서는 가로 날개나 샤프트를 구비하지 않고 있으나, 도 14(a) 및 도 14(b)에 상상선으로 도시한 바와 같이 가로 날개(25)를 설치하고, 이들의 중심에 설치한 보스(24)나 샤프트(22)로 날개차(12)를 지지할 수도 있다. 이러한 가로 날개(25)를 설치하는 경우에는, 도 14(b)에 상상선으로 도시한 바와 같이 가로 날개(25)의 중간에 보강 링(68) 및 지지 링을 설치하고, 이들 보강 링(68)에 장착한 슬라이더와 지지 링에 설치한 가이드로 날개차(12)를 회전이 자유롭도록 지지할 수도 있다. 그러한 경우에도 영구 자석을 보강 링(68)에 장착하고, 지지 링에 코일군을 장착함으로써, 리니어 모터와 반대의 원리로 발전시킬 수 있다.

또한 도 15(a) 및 도 15(b)에 도시한 바와 같이 세로 날개(26)의 길이 방향의 중간 위치에 보강 링(68)을 장착하고, 앞 프레임(11)의 대응하는 부위에 지지 링(63)을 설치할 수도 있다. 도 15(a)의 시스템에서는 보강 링(68)에 슬라이더를 횡방향으로 장착하고, 지지 링(63)의 내면 측에 슬라이더를 안내하는 가이드(74)를 장착하고 있다. 또한 지지 링(63)의 내면 측에 코일을 설치하고, 보강 링(68)의 상하면에 영구 자석을 장착하고 있다. 한편, 도 15(b)의 시스템에서는 지지 링(63)의 상방에 보강 링(68)을 배치하고, 도 13의 경우와 동일하게 슬라이더, 가이드, 코일, 영구 자석을 배치하고 있다. 이러한 시스템에서는 세로로 긴 날개차이어도 안정적으로 유지할 수 있다.

상기 실시 형태에서 날개차는 연직 방향으로 연장되는 회전 중심 방향으로 회전시키고 있으나, 도 16(a), 도 16(b)에 도시한 바와 같이 회전 중심(Ct)이 수평 방향으로 연장되도록 날개차(12)를 유지할 수도 있다. 이는 링(18), 다리(15) 및 스포크(17) 등으로 이루어지는 프레임(11)의 구성이 다를 뿐, 날개차(12) 및 그 지지 구조는 도 3 등의 풍력 발전 시스템과 실질적으로 동일하다. 이러한 횡방향 타입의 풍차는 날개차를 회전시키는 바람의 방향이 제한되므로, 바람의 방향이 일정한 토지에 설치하는 것이 바람직하다. 또한 축 방향으로 복수 개 설치하는 것이 용이하므로, 대규모의 발전 설비에 적합하다.

도 17은 횡방향 타입의 풍차를 구비하고, 프레임(11)에 설치한 링(18)과 날개차(12)에 설치한 보강 링(63) 사이에 슬라이드 가이드를 개재시키고, 중심의 샤프트나 가로 날개를 생략한 경우를 도시하고 있다. 이러한 시스템에서는, 도 13의 경우와 동일한 가이드 및 슬라이더로 이루어지는 가이드 구조(77)를 채용하는 것이 바람직하다.

도 18의 횡방향 타입의 풍력 발전 시스템은 복수 개의 프로펠러 형상의 날개(78)를 방사상으로 설치한 날개차(12)를 채용하고 있다. 이 또한 날개차(12)에 설치한 보강 링(68)과 프레임(11)에 설치한 지지 링(63) 사이에 전술한 바와 같은 가이드 구조를 개재시킴으로써, 날개차(12)를 프레임(11)에 의해 회전이 자유롭도록 지지할 수 있다. 또한, 상상선으로 도시한 바와 같이 날개차(12)의 중심에 설치한 보스(23)를 샤프트(22)로 회전이 자유롭도록 지지할 수도 있다. 또 날개차(12)의 중심에 설치한 샤프트를 프레임(11)에 설치한 베어링으로 회전이 자유롭도록 지지할 수도 있다. 그러한 경우에도 보강 링(68)과 지지 링(63) 사이에 개재시키는 코일군과 그에 서로 대향하는 영구 자석 등의 계자용 자석의 조합으로 리니어 모터와 반대의 원리로 발전시킬 수 있다.

도 19는 자기 부상 방식에 의한 가이드 구조(80)의 실시 형태를 도시하고 있다. 이러한 가이드 구조(80)에서는 자석(47), 특히 영구 자석을 전자석(코일(48))의 외측에 설치한 가이드 돌기(81)로 수평 방향으로 안내하고 있고, 상하 방향에 대해서는 영구 자석과 전자석에 의한 자기 부상 구조로 하고 있다. 다른 부분에 대해서는 전술한 발전 시스템과 실질적으로 동일하다. 이는 회전의 저항이 적으므로 발전 효율이 높다. 또한, 회전하는 상측의 자석을 전자석으로 하고, 하측의 고정측을 영구 자석으로 할 수도 있다. 또한 상하 모두 영구 자석으로 하여도 좋고, 상하 모두 전자석으로 할 수도 있다.

도 20(a)의 가이드 구조(83)는 원환 형상의 가이드(84)와 그 양측면 및 상면을 감싸도록 배치되고, 이들을 따라 구름 이동하는 롤러(85)를 구비한 슬라이더 (86)로 구성되어 있다. 슬라이더(86)의 개수는 전술한 리니어 슬라이드 볼 베어링에서의 슬라이더와 동일한 정도이어도 좋다. 이러한 가이드 구조(83)를 날개차(12)에 장착한 보강 링(68)과 프레임(11)에 장착한 지지 링(63) 사이에 개재시킴으로써, 날개차(12)를 프레임(11)에 대하여 회전이 자유롭도록 지지할 수 있다.

도 20(b)의 가이드 구조에서는 보강 링(68) 측에 리니어 슬라이드 볼 베어링용 환 형상의 가이드(74)를 장착하고, 지지 링(63) 측에 그 가이드(74)에 안내되는 슬라이더(75)를 장착하고 있다. 다른 구성은 도 13의 경우와 동일하다. 이는 날개차(12)에 가이드(74)를 설치하고 있으므로 날개차(12)의 중량이 무거워지지만, 그 강도 및 강성이 높아지는 이점이 있다. 또한, 상기한 리니어 슬라이드 볼 베어링용 환 형상의 가이드(74)와 그 환 형상 가이드와 슬라이딩(실제는 구름)하는 슬라이더(75)의 조합은 리니어 모터와 반대의 원리로 발전하는 발전기를 구비한 발전 시스템에 한정되지 않으며, 다른 발전기를 이용한 발전 시스템에서도 적용할 수 있으며 동일한 작용 효과를 이룬다. 예컨대, 날개차의 가장자리 부분 또는 중간에 환 형상의 이빨 열을 설치하고, 그 이빨 열과 서로 맞물리는 기어를 입력 축에 장착한 일반적인 발전기를 프레임(11)(특히 링(18))에 복수 대 환 형상으로 배치할 수도 있다. 또한 날개차의 중심부에 회전하는 샤프트(22)를 설치한 발전 시스템에서는, 그 샤프트(22)에 일반적인 발전기의 입력 축을 연결하도록 하여도 좋다.

도 21의 풍력 발전 시스템(88)에서는 지지 링(63)의 상부에 장착한 영구 자석(89)과 날개 유지 암(67)의 하면에 장착한 영구 자석(90)을 서로 마주보도록 구성한 자기 부상 구조(J1)를 설치하고 있다. 이에 따라, 영구 자석(89, 90)끼리의 자기 반발력으로 날개차의 중량을 지지할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 플레이트 형상의 지지 링(63)의 반경 방향 내측(도 21의 오른쪽)으로부터 복수 열의 지지 로드(91)를 세워 올리고, 그 상단에 내측 링 플레이트(92)를 고정하고, 그 내측 링 플레이트(92)의 상면에 다수의 영구 자석(89)을 환 형상으로 배열하고 있다. 그리고 날개 유지 암(67)의 하면에 몇 개의 영구 자석(90)을 장착하고 있다. 또한 본 실시 형태에서는 도 22에 도시한 바와 같이 사각형의 내측 플레이트(92a)를 복수 개 환 형상으로 배치하여 내측 링 플레이트(92)를 구성하고 있고, 하나의 내측 플레이트(92a)에는, 예컨대 복수 개 3개의 사각형의 영구 자석(89)을 소정의 빈틈을 두고 배열하고, 이들의 빈틈에 자석으로 흡착하는 철편(93)을 개재시키고 있다.

이들 영구 자석(89)과 철편(93)은 프레임(94)으로 고정 지지되어 있다. 영구 자석(89)의 자극의 방향은 동일한 방향이다. 즉, 상측을 N극으로 맞추거나 또는 S극으로 맞춘다. 이와 같이 철편(93)을 개재시키는 것은, 영구 자석(90)끼리를 직접 인접시키면 강한 반발력(예컨대 도 42의 경우에서 10N 정도)이 작용하므로, 장착하는 작업이 매우 힘들어지기 때문이다. 그리고 상기한 바와 같이 철편(93)을 개재시키면 각각의 영구 자석(89)이 철편(93)과 자착(磁着)되므로, 철편(93)을 통하여 자석군이 일체로 자착되어 장착이 용이해진다. 또한, 날개 유지 암(67)의 하면에 배열한 영구 자석(90)에 대해서도 마찬가지로 빈틈을 두고 그 빈틈에 철편을 개재시키고, 프레임(95)으로 감싸도록 하여 날개 유지 암(67)에 장착하고 있다.

또한, 상기 지지 링(63)은 도 22에 도시한 바와 같이, 소정의 폭의 사각형의 플레이트(63a)로 구성하여, 환 형상으로 배열하여 구성하고 있다. 또한 지지 로드 (91)는 내측 1열과 외측 1열의 총 2열로 내측 링 플레이트(92)를 지지하고 있다. 또한 이러한 풍력 발전 시스템(88)에서는 지지 링(63)의 외측에도 2열의 지지 로드(91a)를 세워 올리고, 그 상단에 외측 링 플레이트(96)를 고정하고 있다. 그리고 외측의 지지 로드(91a)의 내측 열 및 내측의 지지 로드(91)의 외측 열에는 각각 높이 방향의 중간부에 고정자를 구성하는 코일군(32, 32)을 장착하고 있다. 그리고 둘 사이에 영구 자석(64)을 설치한 회전자를 배치하고, 그 회전자를 날개차에 고정하고 있다.

상기 영구 자석(64)은 도 23에 도시한 바와 같이 사각형을 이루며, 중간의 보강 링(68)의 내면 및 외면의 양측에 각각 빈틈을 두고 배열 고정하고 있다. 이들 빈틈에도 철편을 개재시키는 것이 바람직하다. 영구 자석(64)은, 내측을 N극으로 한 것(64a)과 S극으로 한 것(64b)을 교대로 배열하고 있다. 외측의 영구 자석(64)에 대해서도 동일하며, 통상은 내측의 영구 자석의 극과 그와 대응하는 외측의 영구 자석의 극은 동일한 극으로 하고 있다. 보강 링(68)의 중간부에는 상하로 관통하는 구멍(68a)이 형성되어 있고, 도 21에 도시한 바와 같이 그 구멍(68a)에 서스펜션 로드(97)가 통과되어 있다.

그 서스펜션 로드(97)는 위로부터 상단 스페이서(98), 상측 가이드 원판(99), 상측 스페이서(100), 보강 링(코어)(68), 하측 스페이서(101) 및 하측 가이드 원판 (102)을 관통하며, 전체를 조여서 고정하고 있다. 상단 스페이서(98), 상측 스페이서(100), 하측 스페이서(101)는 각각 스테인레스 강 등의 비자성 금속 등으로 구성할 수 있다. 또한 내측 링 플레이트(92)의 외측 가장자리부 및 외측 링 플레이트(96)의 내측 가장자리부에는 상측 가이드 원판(99)의 상면과 빈틈을 두고 대향하는 가이드 롤러(103, 103)가 회전이 자유롭도록 지지되어 있다. 또한 하측의 지지 링(63)에는 하측 가이드 원판(102)의 하면과 빈틈을 두고 서로 대향하는 가이드 롤러(104, 104)가 각각 회전이 자유롭도록 지지되어 있다. 이들 가이드 롤러(103, 104)의 회전 중심은 수평으로 배치되고, 날개차의 반경 방향을 향하고 있다. 이들 가이드 롤러(103, 104)와 상하의 가이드 원판(99, 102)은 자기 부상 구조(J1)의 상태가 좋지 않아 회전자가 상하 방향으로 이동하여도 회전자와 고정자가 접촉하지 않도록 최저한의 빈틈을 유지하는 안전 기구이다.

상기 코일군(32)은, 도 24에 도시한 바와 같이 다수의 규소 강판 등의 금속판을 포개어서 형성한 코어(32a)의 외주에 전선(32b)을 감은 것으로서, 지지 로드(91, 91a)를 관통하므로 상하 방향으로 구멍(108)이 형성되어 있다. 그리고 도 21에 도시한 바와 같이 지지 로드(91, 91a)의 상하 방향의 중간부에 고정되어 지지되어 있다. 또한, 코일군(32)을 지지하는 지지 로드(91, 91a)의 상부에는 상측 가이드 원판(99)의 내주면 또는 외주면과 빈틈을 두고 대향하는 가이드 롤러(105, 105)가 회전이 자유롭도록 설치되어 있다. 그리고 코일군(32)을 지지하는 지지 로드(91, 91a)의 하부에는 하측 가이드 원판(102)의 내주면 또는 외주면과 빈틈을 두고 대향하는 가이드 롤러(106, 106)가 회전이 자유롭도록 설치되어 있다. 이들 가이드 롤러(105, 106)와 상하의 가이드 원판(99, 102)은 회전자가 반경 방향 외측 또는 내측으로 이동하여도 고정자와 회전자간의 빈틈을 적절하게 유지하기 위한 안전 기구이다. 또한, 도 23 및 도 24에서는 회전자 및 고정자를 각각 직선 형상의 부 재로 구성하고 있다. 그리고 풍력 발전 시스템에서는, 이들 직선 형상의 부재를 어느 정도 각도를 주어 다각형 형상으로 배열하고, 환 형상의 회전자 및 고정자를 구성한다. 이와 같이 다수의 부재를 연결하여 환 형상 부재를 구성함으로써 취급이 용이해진다. 또한, 각각의 고정자 및 회전자의 부품을 어느 정도 만곡시켜, 연결하였을 때 원환 형상이 되도록 구성할 수도 있다. 또한 회전자 및 고정자는 회전할 때 서로 또는 다른 주위의 것과 간섭하지 않도록 유리 섬유 강화 합성 수지로 굳혀 소정의 치수로 마무리하는 것이 바람직하다.

또한 도 21의 풍력 발전 시스템(88)에서는 서스펜션 로드(97)의 하단 또는 하측 가이드 원판(102)의 하면 사이에 서로 반발하는 자석군(107, 108)을 배치하여 날개차의 중량, 특히 회전자의 중량을 지지하도록 하는 보조 자기 부상 구조(J2)를 설치하고 있다. 즉 전술한 상부에 설치한 자기 부상 구조(J1)는 한쪽 차 측의 영구 자석을 날개 유지 암(67)마다 설치하고 있으므로, 복수 개의 세로 날개의 중량을 이들의 바로 아래에서 지지할 수 있으나, 세로 날개 사이의 회전자의 중량은 충분히 지지할 수 없다. 따라서, 보조 자기 부상 구조(J2)에 의해 그 사이의 회전자의 중량을 지지하도록 하고 있다.

다음, 도 25를 참조하여 고정자의 코일군(32)의 배열 및 결선 상태를 설명한다. 외측 및 내측의 고정자의 코일군(32)은 3상 교류의 전류를 얻기 위하여 각각 3조의 코일군(111a, 112a, 113a, 11lb, 112b, 113b)에 의해 구성하고 있다. 그리고 내측의 제1 코일군(111a)과 외측의 제1 코일군(11lb)은 길이 방향으로 한 블록만큼 어긋나게 배치되고, 게다가 내측의 제1 코일군(111a)의 단부와 외측의 제1 코 일군(11lb)의 단부는 접속선(111c)으로 연결되어 있다. 제2 코일군 및 제3 코일군에 대해서도 동일하다. 각 코일군의 블록의 감김 수는 동일하게 하고 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 고정자의 코일군(32) 사이에 회전자의 영구 자석(64)이 일방향으로 주행하면, 주행하는 영구 자석(64)의 자계는 고정자의 코일군에 대하여 거의 사인 곡선이 되는 자계 변화를 부여하고, 그에 따라 각각의 코일군(32)에 교류가 발생한다. 따라서, 각 코일군(32)으로부터 교류의 전기를 추출할 수 있다. 그리고 본 실시 형태에서는 제1 코일군, 제2 코일군, 제3 코일군으로부터 3상 교류를 추출할 수 있다.

또한 상기한 바와 같이 하여 각 코일군(32)에 전류가 흐르면, 고정자의 코일군(32)에 자계가 발생하고, 그 자계와 고정자의 영구 자석(64) 사이에 흡인력 및 반발력이 발생한다. 그러나 내측과 외측의 대응하는 코일군끼리가 접속선(111c, 112c, 113c)으로 각각 접속되어 있으므로, 내측으로 당겨지는 힘과 외측으로 밀리는 힘이 균형을 이루게 된다. 즉, 내측의 제1 코일군(111a)의 전류가 감소하면, 외측의 제1 코일군(11lb)의 전류도 동등하게 감소하므로, 내측으로 당겨지는 힘과 외측으로 밀리는 힘이 균형을 이루고, 마찬가지로 제2 코일군(112a, 112b)끼리 및 제3 코일군(113a, 113b)끼리의 힘도 균형을 이룬다. 따라서 회전자는 고정자에 대하여 거의 일정한 간격을 유지하면서 주행하게 된다. 따라서 회전수가 변화되어도 전체적으로 원활한 회전이 얻어진다.

도 26(a)에 도시한 자기 부상 구조(J3)는 회전하는 날개차 측, 예컨대 날개 유지 암에 장착되는 영구 자석(90)이 하향으로 개구하는 단면이 대략 ㄷ자 모양을 이루고 있다. 고정된 프레임 측, 예컨대 지지 링에 장착되는 영구 자석(89)은 길이 방향의 판 형상이다. 이러한 단면이 ㄷ자 형상인 영구 자석(90)은 수평으로 배치되는 중앙의 판 형상의 자석(90a)과 길이 방향으로 배치되는 내측 및 외측의 판 형상의 자석(90b, 90c)의 3개의 자석을 예컨대 N극을 내측으로 하도록 조합함으로써 얻을 수 있다. 그러한 경우에는 상대방 측의 길이 방향의 영구 자석(89)의 상단측을 동일한 N극으로 한다. ㄷ자 형상의 영구 자석(90)의 내면측을 S극으로 할 경우에는, 길이 방향의 영구 자석의 상단측도 S극으로 한다. 그리고 기준 상태에서는 고정측의 영구 자석(89)의 끝단은 회전측의 영구 자석(90)의 끝단끼리를 잇는 선(L)에 거의 일치시켜 둔다. 또한, 고정측의 영구 자석(90)을 대략 연속되는 환 형상으로 배치하고, 회전측의 영구 자석(89)을 날개 유지 암의 부분에만 설치하는 점에 대해서는 전술한 도 21의 자기 부상 구조(J1)의 경우와 동일하다. 단, 고정측을 부분적으로 설치하고, 회전측을 대략 연속되는 환 형상으로 배치하여도 좋다.

이와 같이 구성되는 자기 부상 구조(J3)는 회전측의 중앙의 자석(90a)의 N극과 고정측의 영구 자석(89)의 상단의 N극이 반발하므로, 날개차의 중량을 지탱할 수 있다. 또한 회전측에 중앙을 향하는 힘이 가해져도, 내측의 자석(90b)과 세로방향의 영구 자석(89)이 반발하므로 상기한 힘에 대응하는 힘이 발생한다. 반대로 외측을 향하는 힘이 가해져도 외측의 자석(90c)과 길이 방향의 영구 자석(89) 사이에서 원래의 상태로 되돌리려는 힘이 작용한다. 따라서, 이러한 자기 부상 구조(J3)는 항상 기준 위치를 유지하도록 하는 기능을 구비하고 있다. 또한 회전측의 영구 자석(90)의 폭은 도 22로부터 알 수 있는 바와 같이 날개 유지 암의 폭과 동 일하여도 좋으므로, 자석이 절약된다. 또한 모두 판 형상의 자석을 이용하므로 시판하는 자석으로 용이하게 구성할 수 있다.

도 26(b)에 도시한 자기 부상 구조(J4)는 도 26(a)의 경우와 반대로, 회전측에 길이 방향의 영구 자석(90)을 설치하고, 고정측에 단면이 ㄷ자 형상인 영구 자석(89)을 설치하고 있다. 이러한 자기 부상 구조(J4)도 도 26(a)에 도시한 자기 부상 구조(J3)와 마찬가지로 날개차의 자기 부상 작용과 중심 유지 작용의 기능을 모두 구비하고 있어 실질적으로 동일한 작용 효과를 이룬다.

도 26(c)에 도시한 자기 부상 구조(15)는 고정측의 영구 자석(89)으로서, 안쪽으로 벌어지는 ㄷ자형 단면을 구비한 외측의 자석(89c)과 바깥쪽으로 벌어지는 ㄷ자형 단면을 구비한 내측의 자석(89b)으로 이루어진다. 그리고 회전측의 영구 자석(90)은 고정측의 영구 자석 사이에 수평으로 배치되는 판 형상인 것이 사용된다. 회전측의 영구 자석(90)은 예컨대 스테인리스 스틸 등의 비자성체 재료로 이루어지는 지지 부재(119)에서 날개차 측, 예컨대 날개 유지 암 등에 장착된다. 또한, 외측의 ㄷ자형 자석(90c)의 내면측을 N극으로 하는 경우에는 내측의 ㄷ자형 자석(90b)의 내면측을 반대인 S극으로 하고, 회전측의 영구 자석(90)은 외측의 단부를 N극으로, 내측의 단부를 S극으로 한다. 이에 따라, 강력한 상향의 자기 부상 작용과 중심 유지 작용을 발휘할 수 있다.

도 27(a)의 자기 부상 구조(J6)는 도 26(c)의 자기 부상 구조(J5)와 반대로 회전형의 영구 자석(90)으로서, 외측 및 내측에 배치되는 각각 단면이 ㄷ자형인 자석(90c, 90b)을 채용하고, 고정측의 영구 자석(89)으로서 수평 방향으로 배치되는 판 형상의 자석을 채용하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 회전측의 외측의 자석(90c)과 내측의 자석(90b)의 상부끼리를 스테인리스 스틸 등의 비자성체 재료로 이루어지는 부재로 연결하고 있다. 이에 따라 취급이 용이해진다.

도 27(b)에 도시한 자기 부상 구조(J7)는 고정측의 자석(120)으로서, 도 26(b)의 경우와 거의 동일한 위로 벌어지는 단면이 ㄷ자형인 자석(121)과 그 사이에 개재되는 전자석(122)을 조합한 것을 채용하고 있다. 이는 전자석(122)의 코일에 흘리는 전류를 제어함으로써 전자석(122)의 자력을 조정할 수 있다. 이에 따라, 필요에 따라 자기 부상력을 조정할 수 있다.

다음, 도 28 내지 도 36을 참조하여 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제1 태양의 실시 형태를 설명한다. 도 28은 풍력 발전 시스템의 앞의 실시 형태에서 도 21에 도시한 바와 같이 양측에 자극을 갖는 회전자를 가진 발전기의 블록 구성도(단면도)를 도시하고 있으며, 양측에 영구 자석(126)을 갖는 회전자(127)와, 이 회전자(127)를 축 지지하는 베어링부(128)와, 이 베어링부(128)를 지지하는 대(129)와, 회전자(127)를 회전 구동하는 날개차(12) 등으로 구성되는 원동기부(130)와, 회전자(127)의 영구 자석(126)과 대치하고 있는 고정자(131)로 구성되어 있다. 또한, 상기 베어링부(128) 대신 전술한 영구 자석 등에 의한 자기 부상 구조로 하여도 된다. 전기-힘 변환 장치는 지면에 대하여 직각 방향으로 연장되어 있다. 풍력 발전 장치에 사용하는 경우에는 원환 형상으로 배치되지만, 직선 형상 또는 완만한 곡선 형상으로 연장되어 있어도 좋다. 이하의 설명에서는 원환 형상으로 배치되는 경우를 설명한다.

회전자(127)의 양측에 2개의 고정자(131)를 갖는 발전기의 회전자(127)는 도넛 모양의 회전자로서 원주 형상으로 분포 배치되어 있다. 이러한 발전기에서는 고정자(131)의 치수를 줄이기 위하여 회전자(127)의 내외경의 차이가 작을 것과 회전자(127)의 베어링 하중의 경감을 위하여 회전자(127)의 중량이 가벼울 것이 요구된다.

도 29는 한쪽에 고정자(131)를 갖는 발전기의 회전자 요크부(132)의 구조를 도시하고 있다. 또한, 도 28과 동일한 기능을 갖는 요소에는 동일한 번호를 붙였다. 회전자(127)의 고정자(131)와 대향하고 있는 면에는 N극과 S극과 교대로 영구 자석(126)을 배치하고 있으며, 또한 화살표는 자속을 나타낸다. 이 한쪽에 고정자(131)를 갖는 발전기의 회전자(127)는 N극의 자극과 S극의 자극 사이에 자속이 통과하기가 쉬워지므로 철로 된 자기 회로가 필요하다. 이러한 회전자(127)의 자기 회로의 폭은 자극 폭(영구 자석(126)의 폭)의 절반의 크기이다.

한편, 고정자(131)가 회전자(127)의 양측에 있는 발전기에서 양측에 자극(영구 자석(126))을 갖는 회전자(127)를 구성한 경우에는 도 30에 도시한 바와 같이 반경 방향에 대하여 큰 폭의 회전자 요크부(132)가 필요해진다. 따라서, 회전자(127)의 내외경의 차이가 커서 2중으로 회전자 요크부(132)가 필요해져, 회전자(127)의 중량이 무거워진다.

이러한 회전자(127)의 양측에 자극을 갖는 구성에서, 자극에 영구 자석(126)을 사용하였을 때 축의 편심(회전자(127)가 축심에서 벗어나 고정자(131) 측으로 치우치는 것)이 발생한 경우에는 고정자(131)와 회전자(127)의 공극이 좁아지므로, 치우친 측의 영구 자석(126)은 회전자(127)에 독자적인 요크부를 가지므로, 나머지 회전자(127) 측의 영구 자석(126)과 관계없이 독자적인 자기 저항에만 좌우되어 소비 암페어 턴(ampere-turn)이 감소하고, 영구 자석(126)의 발생 자속량이 증가한다. 또한 나머지 측도 독자적인 요크부를 가지므로 영구 자석(126)의 발생 자속량은 감소한다. 이를 도 31에 도시하였다. 이에 따라 도 31의 상측의 회전자(127)의 반경 방향으로 작용하는 자기 흡인력이 커지고, 상측의 고정자(131) 측으로 회전자(127)가 더 이동한다. 이러한 힘을 식으로 설명한다.

도 32는 영구 자석(134)을 사용한 회전기의 모델의 자기 회로를 나타내며, 대략 ㄷ자형의 규소 강판으로 이루어지는 자성체(135)의 대향하는 끝단의 어느 하나에 영구 자석(134)을 배치하고, 이 영구 자석(134)과 자성체(135)의 다른 하나의 끝단 사이에 공극을 설치하였다. 일반적으로 영구 자석(134)이 발생하는 공극의 자속 밀도(B)는 도 32의 위치 관계일 때,

B=Br·(t/μ)/(t/μ+A)…(1)

(단, Br:영구 자석(134)의 잔류 자속 밀도, t:영구 자석(134)의 두께, μ:영구 자석(134)의 자기 투과율, A:공극의 길이)

로 표시된다.

양측에 요크부를 갖는 회전자 구조에서는 외측 자석의 자기 흡인력(P1) 및 내측 자석의 자기 흡인력(P2)은,

만일 자석(영구 자석(134))의 두께(t)를 10.5mm, 공극(A)을 10mm, k를 자극 면적이라 하였을 때,

P1=k·((Br·(t/μ)/(t/μ+A))²

=k·(Br)²/4 …(2)

P2=k·((Br·(t/μ)/(t/μ+A))²

=k·(Br)²/4 …(3)

이다. 따라서, 동일한 공극일 때의 자기 흡인력은 같아지고, 회전자(127)는 이동하지 않는다.

그런데, 만일 회전자(127)가 5mm 중심으로부터 벗어나 회전자(127) 측으로 치우쳐졌을 때, 회전자(127)의 (도 31에서 상측의 공극이 좁아졌을 때의) P1, P2는 다음과 같아진다.

P1=k·((Br·(t/μ)/(t/μ+A))²

=k·(Br)²*4/9 …(4)

P2=k·((Br·(t/μ)/(t/μ+A))²

=k·(Br)²*4/25 …(5)

이에 따라 자기 흡인력에 차이가 발생하고, 회전자(127)를 더 편심시키도록 힘이 작용한다.

또한 회전자(127)의 양측에 자극(영구 자석(126))을 갖는 경우의 자기 흡인력은, 회전자(127)의 한쪽에만 자극(영구 자석(126))을 갖는 발전기에 비하여 회전 축에 대하여 180°의 위치에도 회전자(127)의 양측에 자극(영구 자석(126))이 존재하므로, 2배의 자기 흡인력이 작용하게 된다. 따라서, 회전자(127)의 양측에 영구 자석(126)의 자극을 갖는 발전기를 한쪽에 자극을 갖는 구조의 생각만으로 제작하면 회전자(127)의 중량이 무겁고, 또 축 편심시의 자기 흡인력이 크다는 문제가 있다. 이러한 구조의 문제점은, 회전자(127)의 중량이 무겁고 또 축 편심시의 자기 흡인력이 크다는 것이다. 즉, 회전자(127)의 구성에 있게 된다. 그 회전자(127)의 구성에서 2중으로 필요로 하는 회전자 요크부(132)에 있게 된다. 회전자 요크부(132)의 폭의 감소, 회전자 요크부(132)의 공유화를 생각할 수 있다.

이러한 회전자 요크부(132)의 폭의 감소는 중량을 감소시키기는 하지만, 회전자 요크부(132)의 자기 저항을 증가시켜 영구 자석(126)의 능력을 감소시키게 되어, 자기 흡인력이 크다는 문제는 해결되지 않는다. 또한 회전자 요크부(132)의 공유화는 회전자(127)의 외측의 자극과 내측의 자극의 위치를, 자극의 극 피치의 절반을 어긋나게 하는 것을 생각할 수 있으며, 중량 감소에는 효과가 있지만, 공유화에서는 외측과 내측의 자극이 독자적으로 작용하여 자기 흡인력이 큰 것은 해결되지 않는다.

따라서, 회전자(127)의 양측의 자극이 편심이 발생하여도 각각의 독자적인 자기 회로에서 자석이 동작하지 않도록 회전자(127)의 외측과 내측 모두의 자기 회로를 일체화할 수 있으면, 회전자 요크부(132)가 동일해져 중량도 감소할 수 있고, 자기 흡인력을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서, 과제는 회전자(127)의 외측과 내측의 영구 자석(126)의 자기 회로를 일체화하는 것이다.

따라서, 회전자(127)의 양측의 자극, N극과 S극의 영구 자석을 쌍으로 구성하면, 자기 회로의 일체화를 도모할 수 있다. 이러한 구성을 도 33에 도시하였다. 도 33에서, N극과 S극의 자석(136, 136)을 쌍으로 한 부재인 자석부(137)를 동일한 간격으로 상기 자석부(137)의 N극과 S극이 교대로 반대측에 위치하도록 둘레 방향으로 배치하여 회전자(127)를 형성하고, 이 회전자(127)의 양측에 고정자(131)를 배치하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써 동일한 자력선이 회전자(127)의 양측의 자석부(137) 및 양측의 고정자(131)를 지나게 되어 양측의 공극의 자속 밀도도 동일해지고, 자기 흡인력도 동일해진다.

이러한 상태를 모델화한 상태를 도 34에 도시하였다. 이러한 모델에서의 양측의 자극의 자속 밀도는 다음과 같아진다. 2개의 자석(자석부(137))은 동일한 자기 회로 상에 있으므로 자석 두께와 공극은 합산되어,

B=Br·(2t/μ)/(2t/μ+A+B) …(6)

(단, Br:자석의 잔류 밀도, t:자석의 두께, μ:자석의 자기 투과율, A와 B:공극의 길이)

로 표시된다.

현재 만일 A 자석과 B 자석의 두께(t)를 10.5mm, μ를 1.05, 공극(A와 B)을 10mm라 하였을 때, 회전자(127)의 양측 자석에 작용하는 자기 흡인력(P1, P2)은

P1=k·((Br·(2t/μ)/(2t/μ+A+B))²

=k·(Br)²/4 …(7)

P2=k·((Br·(2t/μ)/(2t/μ+A+B))²

=k·(Br)²/4 …(8)

로 표시된다.

또한 만일, 회전자(127)의 회전축이 5mm 편심된 경우(자석(A)과 자석(B)이 공극(A) 측으로 5mm 이동하였다고 가정)의 자기 흡인력(P1, P2)은 공극의 (A-5)+ (B+5)가 처음의 (A+B)인 상태이므로 동일한 자기 흡인력이 된다.

따라서, 양측의 자석의 자기 흡인력은 회전자(127)의 양측에서 균형을 이루므로 회전자(127) 전체가 받는 힘은 제로가 되고, 편심이 있어도 회전자(127)를 직경 방향으로 더 이동시키는 힘은 발생하지 않는다는 것이 계산상 나타나 있다.

또한 도 33에 도시한 바와 같이 회전자(127)의 둘레 방향에서 서로 이웃하는 자극을 비자성 금속체(138)로 결합함으로써 인접한 자극에 자속이 새는 것도 없앨 수 있다.

이러한 구성으로 함으로써, 회전자(127)의 양측의 자석(136, 136)을 N극과 S극으로 쌍으로 하고, 자기 회로를 하나로 한 구성으로 함으로써, 회전자(127)의 둘레 방향에서 서로 이웃하는 자극을 비자성 금속체(138)로 결합할 수 있고, 따라서 종래 구조의 철의 자기 회로를 필요로 하지 않아, 회전자(127)의 축에 편심이 발생하여도 회전자(127) 전체에서는 자기 흡인력이 계산상으로는 발생하지 않는다는 작용 효과를 발생한다. 또한 전술한 구조의 회전기에서 필요로 하는 둘레 방향에서 서로 이웃하는 자극간의 회전자 요크부를 필요로 하지 않는다는 작용 효과를 낳는 다.

도 35에 구체적인 실시 형태를 도시하였다. 도면에 도시한 바와 같이, 회전자(127)의 양측에 각각 고정자(131)가 있고, 회전자(127)는 N극과 S극의 자석(136, 136)을 전체 둘레에 설치한 비자성 금속체(138) 상에 설치한 것이다. 회전자(127)의 둘레 방향 상에 서로 이웃하는 자석(136, 136)(자석부(137))끼리는 비자성 금속체(138)로 결합되어 있다. 이 때, 회전자(127)의 양측의 자석(136, 136) 사이를 비자성 금속체(138) 대신 자성 금속으로 접속하면, 양측의 자석(136, 136) 사이의 자기 저항이 감소한다. 이 회전자(127)의 양측의 자석(136, 136) 사이의 자성 금속은 회전자(127)의 양측의 자석(136, 136)과 동일한 자기 회로 상에 있으므로, 도 31의 구조의 둘레 방향 상에 존재하는 철의 자기 회로와 그 작용이 다르므로, 본 발명의 원리에는 저촉되지 않는다.

이론적으로는, 상기 (6)식과 (7)식으로 나타낸 바와 같이, 회전자(127)의 양측의 자석(136, 136)에서 발생하는 자기 흡인력은 동일하다. 그러나, 실제로는 일반적으로 자속은 자속 밀도를 감소시키기 때문에 빈틈으로 퍼지는 성질을 가지며, 고정자(131)가 둘레 방향으로 존재하기 때문에 상기 (6)식과 (7)식의 자극 면적의 상수(k)가 회전자(127)가 근접한 쪽과 먼 쪽에서 다르다. 근접한 쪽에서는 k가 커지고 먼 쪽에서는 작아진다. 따라서, 근접한 쪽의 자기 흡인력이 먼 쪽보다 커지게 된다. 이러한 이차적인 현상은 본 발명의 원리에는 직접 저촉되지 않으며, 이 이차적인 현상도 포함하여, 자기 흡인력의 유한 요소법에 따른 자계 해석에 의한 자기 흡인력의 계산 결과를 도 36에 나타내었다. 이러한 계산은 도 32의 구조와 도 35의 양측의 자석 치수와 공극을 동일하다고 가정하고, 도 32의 둘레 방향이 서로 이웃하는 자극간의 철의 회전자 요크부를 자석의 폭의 절반으로 행한 것이다. 이러한 결과에도 도시한 바와 같이, 도 35에 도시한 구조의 자기 흡인력은 종래 구조의 경우보다 작은 것이다.

이와 같이 본 실시 형태에서는 회전자(127)의 양측의 자극을 쌍으로 구성하면, 동일한 자기 회로 상에서 양측의 자석(136, 136)이 동작하게 되고, 회전자(127)의 편심이 발생하여도 양측의 자석(136, 136)의 자기 흡인력이 균형을 이루어 회전자(127) 전체에서는 힘이 제로가 되어, 회전자(127)를 더 이동시키는 힘이 발생하는 것은 계산상 없어진다. 또한 동일한 자기 회로 상에 자석(136, 136)을 장착하므로 종래 구조의 방식에서는 필요하였던 서로 이웃하는 자극간의 회전자 요크부를 필요로 하지 않고, 회전자(127)의 중량 감소와 회전자(127)의 지름 방향의 폭을 감소할 수 있다는 효과를 이룬다.

다음, 도 37 내지 도 44를 참조하여 본 발명의 영구 자석의 배열 구조의 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에서는 본 발명의 영구 자석의 배열 구조를 자기 부상 장치에 적용하는 경우를 설명한다. 그러나 이 영구 자석의 배열 구조는 이에 한정되지 않으며, 복수 개의 영구 자석을 동일한 극을 동일한 방향이 되도록 배열하는 경우의 다양한 구성에 적용할 수 있다. 도 37은 양측에 고정자를 갖는 회전자의 자기 부상의 구조를 도시한 것으로서, 앞의 실시 형태와 동일한 원동기부 (153)로 회전 구동되는 회전자(151)의 양측에는 고정자(152)를 가지며, 이 회전자 (151)는 자기 부상 구조(J10)로 부상하는 구조로 되어 있다. 이러한 자기 부상 구 조(J10)는 회전자(151) 측의 영구 자석(154)과 대(156) 측에 고정되어 있는 고정측의 영구 자석(155)으로 구성되어 있고, 영구 자석(154)과 영구 자석(155)의 대향면은 서로 반발하는 N극끼리 또는 S극끼리로 되어 있다.

도 37에 도시한 바와 같이, 양측에 고정자(152)를 갖는 발전기의 회전자(151)는 수평으로 놓여지고 둘레 방향으로 분포 배치되어 있다. 이러한 구조의 발전기의 회전자(151)는 전술한 바와 같이 수평으로 설치할 수 있기 때문에, 영구 자석(154, 155)에 의해 자기 부상시킬 수 있다. 그러나, 영구 자석(154, 155)의 취급시에는 근접하는 자성 금속에 접착하여도 떼어낼 수 있도록 되어 있다. 또는, 소정의 위치에 알루미늄재 등의 비자성체를 통하여 영구 자석(154, 155)을 장착한 후에는 이 알루미늄재 등을 떼어낼 필요가 있다. 영구 자석(154, 155)의 장착을 위해서는 알루미늄재 등이 필요하며, 장착을 위하여 유효하게 이용할 수 없는 공간이 필요해진다.

또한 영구 자석(154, 155)의 반발력에 의해 자기 부상시키고 있는 상태에서 회전자(151)가 이동하고 있는 경우에는 고정측과 회전측에 빈틈 없이 많은 양의 자석(영구 자석(154, 155))을 장착할 필요가 있다. 고성능 자석은 최대 치수에 제한이 있어 많은 개수가 필요해진다. 도 38에 도시한 바와 같이 자기 부상을 위해서는 동일한 극의 자석(영구 자석(154, 155))을 각각 가로로 배치할 필요가 있다. 도 38에서는, 이동측의 영구 자석(154)의 공극 측을 N극으로 하고 고정측의 영구 자석(155)의 공극 측을 S극으로 하여 반발력을 얻고 있다.

그러나, 도 39에 도시한 바와 같이 동일한 방향의 자극면을 갖는 자석의 측 면을 근접시키면 반발력이 발생하여 나란히 설치하기가 용이하지 않으며, 많은 인력을 필요로 하면서 고정하고 있다. 즉, 도 39는 고성능의 자석(A)과 자석(B)을 근접시켰을 때의 두 자석(A, B)의 유체의 자속 분포의 상태를 나타내며, 자석(A)과 자석(B)을 근접시켜도 단부에서는 동일한 N극으로부터 발생한 자속(도면에서 단부의 누설 자속)이 근접하기 때문에(자속이 쇄교하지 않으므로) 반발력을 발생한다. 따라서, 두 자석(A, B)을 근접하여 유지하는 것은 곤란하다.

또한 도 40은 공기 내에 놓인 고성능 자석(A, B)의 반발력(자석(A)을 고정으로 한 경우)의 설명도를 나타내며, 두 자석(A, B)의 두께를 5mm, 길이를 20mm, 폭을 10mm로 하여 자석(A)의 단면에 자석(B)을 흡착시킨 경우, 자석(B)에 작용하는 반발력은 약 30N이며, 사람의 손으로 장시간 계속 유지하기는 매우 곤란하다.

또한, 전체 기기를 분해 점검하기 위하여, 설치한 자석이 이러한 반발력 때문에 튕겨나가지 않도록 자석 고정용 비자성재를 떼어내는 작업에도 시간을 요하게 된다. 또한 이러한 장착 및 분해 작업을 설비를 이용하여 효율적으로 공장에서 실시하는 것이 아니라, 현장에서 실시한다고 하면 더 많은 시간을 요하게 된다. 이와 같이 고성능 자석을 기기(풍력 발전 시스템 등에)에 내장하려면 장착 작업에 시간을 요한다.

이와 같이 하여 고성능 자석을 내장할 때의 작업성의 악화는 그 자석이 고성능이므로 자속이 공기 중으로 새어 나가 근접한 자성체와의 사이에 흡인력이 발생하는 것이다. 계획한 방향을 향하고 있는 자속이 자성체와의 사이에 흡인력이 발생하는 것, 또는 부상을 위한 자석 간에서의 반발력은 고성능 자석을 사용하는 목 적이기도 하므로, 이러한 자속이 낳는 흡인력의 대책은 기능상 필요한 것이며, 문제는 아니다. 그러나, 소정 방향 이외의 자석의 측면을 지나는 자속은 누설 자속으로서, 이 누설 자속이 근접한 자성체와의 불필요한 흡인력을 낳는 것, 또는 동일한 방향을 향한 자석과의 사이에 불필요한 반발력을 발생하는 것을 방지할 수 있으면, 작업성을 향상시킬 수 있다.

영구 자석을 철과 같은 자성체에 장착하면, 이 자성체의 외측에 있는 자성체의 흡인력이 감소하는 것은 이미 알려진 사실이다. 이러한 주지의 사실에 의해, 예를 들어 1cm³의 자석을 단순하게 수 cm의 두꺼운 철로 측면을 감싸면 불필요한 흡인력은 발생하지 않지만, 작업장 내에서의 운반 중량이 늘고, 반대로 작업성이 나빠진다. 또한 도 41에 도시한 바와 같이 자석을 자성체(158)로 감싼 것에 별도의 고성능 자석을 배치하면 커다란 흡인력이 발생하고, 이들을 분리하기 위해서는 커다란 힘을 필요로 한다.

즉, 도 41은 자석(A)의 측면에 자성체(158)를 장착하였을 때의 단부의 자속분포를 나타내는 도면으로서, 자석(A)의 측면에 자성체(158)를 장착한 경우에는 자석(B)의 단부의 자속이 그 자성체(158)에 침입하여 흡인력이 발생한다. 또한 도 42는 공기 내에 놓인 고성능 자석(A)과 자석(B) 사이에 자성체(158)를 끼워 넣었을 때의 흡인력을 나타내고 있다. 이러한 도 42에서, 두 자석(A, B) 모두에 두께를 5mm, 길이를 20mm, 폭을 10mm로 하고, 자성체(158)의 두께를 5mm, 길이를 1mm, 폭을 10mm로 한 경우, 자석(B)이 자성체(158) 측에서 받는 흡인력은 약 30N으로서, 자석(B)을 자성체(158)로부터 분리하고자 하면 커다란 힘을 필요로 한다. 따라서, 두 자석(A, B)의 분리는 곤란하다.

또한 반발형의 자기 부상에서는 자석 측면에 장착한 자성체가 자석 표면으로부터 튀어나오면, 이 부분의 표면에 상대방의 자석의 자속이 집중되어 부상용 반발력의 저하를 초래한다.

따라서, 동일한 극면끼리의 고성능 자석을 근접하였을 때 반발력과 흡인력이 작아지는 자석 측면에 장착한 자성체 또는 자석 측면을 감싸는 자성체의 구성이 자석에 조밀하게 나열되어 있는 것과 같이 얇은 자성체의 두께를 요구하는 것이 과제가 된다.

동일한 극면 사이에서 고성능 영구 자석을 근접시키면 반발하고, 또 고성능 자석에 자성체를 장착하면 흡인되어 떨어지지 않는다. 이러한 반발과 흡인 양자의 상태를 자성체를 이용하여 발생시킬 수 있으면, 동일한 극면의 고성능 자석을 밀접하게 나열하여도 반발과 흡인이 발생하지 않게 된다. 따라서, 도 43에 도시한 바와 같이 자석의 측면의 자성체(160)의 외측을 일부 자속이 새어 나가도록 자성체(160)의 높이를 자석의 두께보다 짧게 하도록 한 것이다.

그리고, 도 44에 도시한 바와 같이 이 일부를 절개한 자성체(160)를 고성능 자석(A와 B) 사이에 측면에서 끼워 넣는다. 고성능 자석(A, B)의 누설 자속이 이 자성체(160)의 높이를 절개한 부분으로부터 새어나간 자속이 서로 반발하여 반발력을 발생하고 있고, 자성체(160)의 부분에서는 자성체(160)에 서로 고성능 자석(A, B)이 흡인하고 있는 상태가 된다. 따라서, 자계 해석에 의해 그 자석(A, B) 에 따 라 반발력과 흡인력이 균형을 이루어 자성체(160)의 높이와 두께를 적절하게 설정할 수 있으므로 과제를 해결할 수 있다.

이와 같이 고성능 자석(A, B)의 두께보다 짧은 자성체(160)를 자석(A, B)의 측면에 장착한다는 발상의 고안에 의해, 서로 이웃하는 자석(A, B)의 반발력과 흡인력의 균형을 이루도록 하는 작용이 발생한다. 또한 자성체(160)의 길이는 자석(A, B)의 길이보다 작으며, 자석이 조밀하게 나열되어 있는 상태이기도 하다. 또한 자성체(160)는 자석(A, B)의 면으로부터 내측으로 쑥 들어가 있고, 부상측의 자석(154)과 고정측의 자석(155)으로부터의 자속이 이 부분에 집중되지 않는다는 작용을 가져, 자기 부상에 좋지 않은 영향을 미치지 않는다.

도 44는 구체적인 실시 형태를 나타내며, 도면에 도시한 바와 같이 자석(A, B)의 두께보다 짧은 자성체(160)를 자석(A, B)의 측면에 장착한 것이다. 또한 이 때의 자성체(160)의 길이는 약 1mm로서, 자석(A, B)의 길이 20mm보다 짧다. 따라서, 다수의 자석이 조밀하게 나열해 있는 상태에 가깝다. 이러한 자석의 배열로 자계 해석을 행한 계산 결과를 도 44에 나타내었다.

자석(A, B)의 두께 5mm보다 1.2mm 짧은 자성체(160)(두께 3.8mm, 길이 1mm, 폭 10㎜)를 자석(A)의 측면에 장착하였을 때 자석(B)에 작용하는 힘은 흡인력으로 약 1N이다. 이러한 힘은 도 44에 나타낸 동일한 크기의 자석(A)과 자석(B)을 자성체(160) 없이 접촉한 경우의 반발력(도 40) 약 30N보다 작다. 또한 자석의 두께와 동일한 높이의 자성체를 개재시켰을 때의 흡인력(도 42) 약 10N보다 작다. 따라서, 본 실시 형태에 나타낸 바와 같이 자석의 두께보다 짧은 자성체(160)를 개재시 킴으로써 자석의 설치가 용이해지고, 특히 반발력 대책으로 자석을 고정하는 구조물을 필요로 하지 않는 것이다.

이와 같이 본 실시 형태에서는 고성능 자석(A, B)(영구 자석(154, 155))의 두께보다 짧은 자성체(160)를 상기 자석(A, B)의 측면에 장착하여 서로 이웃하는 자석(A, B)의 반발력과 흡인력을 감소시켰으므로, 자석(A, B) (영구 자석(154, 155))의 장착 작업이 용이해지고, 현장에서의 조립 작업 시간을 단축할 수 있다. 또한 자석(A, B)간의 흡인력이 감소하였으므로, 발전기의 분해 점검 작업이 용이해진다. 또한 자석(A, B)간의 반발력 대책으로서 자석(A, B)을 고정하는 구조물을 필요로 하지 않는다는 다양한 효과를 이루는 것이다.

또한, 도 44에 도시한 바와 같은 구성의 자성체(160)를 도 38에 도시한 이동측의 다수의 영구 자석(154) 사이에 개재시키고 있다. 또한 마찬가지로 고정측의 다수의 영구 자석(155) 사이에도 자성체(160)를 개재시키고 있다.

다음, 도 45 내지 도 51을 참조하여 본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제3 태양의 실시 형태를 설명한다. 도 45는 풍력 발전 시스템의 앞의 실시 형태에서 도 21에 도시한 바와 같이 양측에 자극을 갖는 회전자를 갖는 발전기의 블록 구성도로서, 양측에 영구 자석(163)을 갖는 회전자(164)와, 이 회전자(164)를 축 지지하는 베어링부(165)와, 이 베어링부(165)를 지지하는 대(166)와, 회전자(164)를 회전 구동하는 날개차(12) 등으로 구성되는 원동기부(167) 및 회전자(164)의 영구 자석(163)과 대치하고 있는 고정자(170)로 구성되어 있다. 또한, 상기 베어링부(165) 대신 전술한 영구 자석 등에 의한 자기 부상 구조로 하여도 된다.

회전자(164)의 양측에 고정자(170)를 갖는 발전기에서는, 외측과 내측의 고정자 코일을 기하학적으로 배치하여도, 도 46에 도시한 바와 같이 회전자(164)의 내측과 외측의 자속 분포가 서로 다르지만, 외측의 고정자(170a)와 내측의 고정자(170b)에서의 U상, V상, W상의 발생 전압의 파형과 피크값 및 위상에 차이가 발생할 가능성이 있다.

도 46은 회전자(164)의 자석(163)의 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)의 거리를 나타내는 것으로서, 자석(163)의 자속 분포가 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)에서 다르다는 것을 설명하기 위하여 거리의 차로 나타낸 도면이다. 도 46에서, 자석(163)을 직육면체로 하였을 때 자석(163)과 외측 고정자(170a) 및 내측 고정자(170b)의 거리는 부위마다 다음과 같이 한다.

a:자석(163)의 일측 단과 외측 고정자(170a)의 거리

b:자석(163)의 중앙부와 외측 고정자(170a)의 거리

c:자석(163)의 타측 단과 외측 고정자(170a)의 거리

d:자석(163)의 일측 단과 내측 고정자(170b)의 거리

e:자석(163)의 중앙부와 내측 고정자(170b)의 거리

f:자석(163)의 타측 단과 내측 고정자(170b)의 거리

이 때, 자석(163)과 외측 고정자(170a)의 내경의 거리는 다음과 같아진다.

b>a, b>c, a=c

내측 고정자(170b)의 외경은 다음과 같아진다.

d>e, f>e, d=f

또한 b=e라 하면, a <b <d가 된다.

이는 자석(163)의 부위마다 자속 통로의 길이가 다르고, 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)에서 자속 분포가 달라지게 된다. 이러한 자속 분포의 추정을 도 47에 나타내었다.

도 47(a)는 외측 고정자(170a)의 자속 밀도 분포를 나타내고, 도 47(b)는 내측 고정자(170b)의 자속 밀도 분포를 나타내고 있다. 도 46에 도시한 바와 같이, 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b) 사이의 공극에서 자석(163)의 부위에 따라 자속 통로의 길이가 다르므로, 두 고정자(170a, 170b)에서는 자속 밀도 분포가 도 47에 도시한 바와 같이 다르다.

도 47에 도시한 바와 같이 외측 고정자(170a)의 자속 밀도 분포는 사다리꼴 이고, 내측 고정자(170b)의 자속 밀도 분포는 삼각형인 것으로 추정된다. 따라서, 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)의 코일에 유기되는 전압의 피크값과 파형이 다를 것으로 예상되며, 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)의 전압의 피크값과 파형이 다른 것은 두 고정자(170a, 170b)의 유기 전압의 기본파 성분의 위상도 달라질 가능성이 있다.

또한 회전자(164)의 양측에 고정자(170)를 갖는 발전기에서 외측과 내측의 코일을 가로지르는 자속 밀도(B)가 동일한 경우에는 외측 고정자(170a)의 발생 전압을 e1, 내측 고정자(170b)의 발생 전압을 e2라 하였을 때, 이하의 식으로 표시된다.

e1=B·l·v1

e2=B·l·v2

단, 부호 l은 코일의 길이, v1, v2는 외측과 내측의 코일을 가로지르는 자속의 속도라 한다.

이 때, v1=v2·r1/r2이다. 단, r1은 외측 고정자(170a)의 내경, r2는 내측 고정자(170b)의 외경이다.

이와 같이 회전자(164)의 양측에 고정자(170)를 갖는 발전기에서는, 코일을 가로지르는 자속의 속도가 외측과 내측에서 다르므로 발생 전압이 다르다. 또한 상기에서는 외측과 내측의 고정자 코일부에서의 자속 밀도도 동일하다고 하였으나, 전술한 바와 같이 이것도 동일하지 않다. 이를 단순히 결선하면 외측과 내측의 코일 사이에 순환 전류가 흐를 가능성이 있으며, 불필요한 손실 또는 추가적인 온도 상승을 발생시킬 가능성이 있었다.

여기서 약간 보충하면, 종래의 일반적인 발전기는 회전자의 외경 측에 고정자를 배치하고 있으므로, 고정자 코일과 회전자의 자극을 둘레 방향으로 기하학적으로 주기적으로 배치하면, U상, V상, W상의 발생 전압은 한 쪽이 동일한 둘레 방향에 있으므로 위상차는 잘 발생하지 않는다.

또한 일반적으로 영구 자석을 사용하고 있는 발전기에서는, 편심에 의해 회전자의 자극이 근접한 측에서는 공극의 치수가 좁아지므로 자석의 소비 암페어 턴이 적어지고, 기자력(magnetomotive force)의 균형이 깨져 근접하는 측에 근접하기 전의 상태의 기자력보다 근접한 쪽이 고정자 표면의 자속 밀도는 커지고, 자속 밀도가 높은 영역은 확장된다. 또한 먼 쪽의 자속 밀도는 낮아지고 그 면적도 좁아 진다. 따라서, 회전자가 작용하는 자기 흡인력에는 차이가 생기고, 자극에 근접한 측으로 더 편심되는 현상이 발생하였다. 이에 대하여 회전자의 좌우에 자극을 가지며 회전자의 양측에 고정자를 갖는 이러한 발전기에서는 자극 구조에 관하여 대책을 세우고 이를 줄이기 위하여 애쓰고 있는데, 도 46 및 도 47에서 도시한 바와 같이 자속 밀도 분포에 관하여 본질적으로 균등하지 않으므로 편심 측으로 더 근접할 가능성은 있다.

회전자(164)의 양측에 고정자(170)를 갖는 발전기의 문제를 정리하면, 다음과 같아진다.

(1)외측과 내측에 고정자(170)의 발생 전압의 크기 및 파형, 위상에 차이가 생긴다. 따라서, 각각의 고정자 코일을 결선하면 두 고정자(170a, 170b) 사이에서 순환 전류가 흐르게 되어 항상 손실이 발생한다.

(2)회전자(164)의 편심시에는 편심된 측으로 더 편심될 가능성이 있으므로, 양측의 고정자(170a, 170b)의 발생 전압에 더 많은 차이를 발생시킬 가능성이 있다.

이의 원인은 자석(163)의 형상에 있으므로 이러한 자속 밀도 분포의 해명을 행하고, 이에 적절한 자석 형상을 결정할 수도 있지만, 해명에 소요되는 시간과 비용 및 적절한 자석 형상을 제작하기 위한 금형 등의 비용을 고려하면 경제적이지 않다. 또한 회전자(164)의 편심시의 발생 전압의 문제에 대해서는 정상 상태의 자석 형상으로는 대응할 수 없을 것으로 예상되므로, 자석 측에서만 해결할 수 있는 문제는 아니다.

따라서, 해결하고자 하는 과제는 고정자 코일 측에서 자속 밀도 분포의 차이에 기인한 발생 전압의 차이와 자기 흡인력의 감소를 도모할 필요가 있다. 이 고정자 코일 측에서 해결책을 찾아내는 것이 과제가 된다.

과제를 해결하기 위한 수단으로서, 문제는 양측의 고정자의 자속 밀도 분포가 달라서 발생하므로, 이러한 분포의 차이를 고려하여 고정자 코일을 감고 전압을 발생하도록 하면 좋다. 이 발전기는 고정자 코일을 양측에 가지므로, 이러한 동일 상의 고정자 코일을 교차시키면 고정자 코일의 발생 전압은 편심이 없는 정상 상태에서는 동일해진다. 이 때, 회전자(164)의 편심이 있어도 정상 상태와 동일한 발생 전압이면, 편심해 가는 정도를 더 줄일 수 있게 된다. 이러한 교차를 고정자 코일로 행하면 좋다.

영구 자석의 경우에는 자석의 자속 밀도는 자석의 자기 회로의 소비 암페어 턴과 고정자의 전기자 반작용으로 결정된다. 이 중 자기 회로의 소비 암페어 턴은 도 46에서 도시한 바와 같이 고정자(170a, 170b)와 자석(163) 사이의 공극의 크기로 대부분 결정된다. 회전자(164)의 편심이 발생한 경우의 두 고정자(170a, 170b)에서의 자속 밀도를 자석(163)과 고정자(170a, 170b) 사이의 공극의 치수로 도 48에서 검토한다.

도 48은 회전자(164)의 편심시의 자속 밀도의 크기와 코일의 배열에 대한 회전자(164) 측의 자석(163)의 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)의 거리(공극)를 검토하기 위한 도면으로서, 상기 도면에서는 자석(163)을 직육면체로 하였을 때 자석(163)과 고정자(170a, 170b)의 거리를 부위마다 다음과 같이 한다. 여기서는 편의상 자석(163)의 번호를 자석 1, 자석 2, 자석 3으로 하여 설명하고, a1, a2, a3의 1, 2, 3의 첨자는 이들 자석 1-3의 번호에 대응되어 있다.

a:자석의 일측 단과 외측 고정자(170a)의 거리

b:자석의 중앙부와 외측 고정자(170a)의 거리

c:자석의 타측 단과 외측 고정자(170a)의 거리

d:자석의 일측 단과 내측 고정자(170b)의 거리

e:자석의 중앙부와 내측 고정자(170b)의 거리

f:자석의 타측 단과 내측 고정자(170b)의 거리

회전자(164)의 편심시의 자석(163)과 고정자(170a, 170b)의 거리의 크기 순서는 다음과 같아진다.

a1<b1<c2<a2<b2<e2<d2<f2<e1<d1

또한

a1=c1, d1=f1, f2=d3, e2=e3, d2=f3

따라서, 편심시의 고정자(170a, 170b)의 자석(163)의 각 부위의 자속 밀도의 순서는 상기와 반대가 된다.

a1>b1>c2>a2>b2>e2>d2>f2>e1>d1

도 49는 고정자 코일(172)의 배열을 나타내는 도면이고, 고정자 코일(172)은 u-z-v-x-w-y의 상 순서로 배치된다. 외측 고정자(170a)의 고정자 코일(172)을 이러한 순서로 배열하였을 때 회전자(164)에 도 49에 도시한 바와 같이 자극(자석(163)(자석 2, 자석 1, 자석 3)을 장착한 경우에는 내측 고정자(170b)의 고정자 코 일(172)의 배열은, u-z-v-x-w-y의 상 순서와 x-w-y-u-z-v의 상 순서가 있다. 이 고정자 코일(172)의 나열시의 자석(163)의 위치와 공극부의 위치(a, b, c, d, e, f)를 도 49에 도시하였다.

도 50은 자석(163)의 위치와 자속 밀도의 크기를 나타내는 도면으로서, 만일 a1을 10, b1을 9로 하여 자석(163)의 부위별 크기를 도 50에 나타내었다. 이 때, 정상 상태에 가까운 공극 거리로 되어 있는 것은 d2과 f3이므로, 정상 상태에서는 자속 밀도도 4로 가정할 수 있다. 도 50에 도시한 바와 같이 상에 따라 유기 전압이 다르다는 것을 알 수 있다. 회전자(164)의 편심이 발생한 경우도 고려하면, 단순히 양측의 고정자 코일(172)을 교차할 수 없게 된다.

도 49 및 도 50의 모델도에 의해 외측의 고정자 코일(172a)과 내측의 고정자 코일(172b)을 교차한 경우의 발생 전압(합계한 자속 밀도)의 평가를 고정자 코일(172)과의 상 순서와의 관계로 도 51에 나타내었다. 또한, 고정자 코일(172)의 교차는 동일 상 간에서 행하고 있다. 상기로부터, 고정자 코일(172)의 교차를 행하는 경우, 편심이 있는 경우의 발생 전압은 외측의 고정자 코일(172a)의 상 순서와 내측의 고정자 코일(172b)의 상 순서와 관련되게 된다. 이 때, 정상 상태가 8이므로 각 상의 발생 전압이 8에 가까운 상태를 갖는 상 순서, 즉, x-w-y-u-z-v의 경우가 전체적으로 큰 발생 전압이 없고, 고정자 코일(172)에 흐르는 전류도 작아진다. 고정자 코일(172)의 u-z-v-x-w-y의 배열시에는 발생 전압은 크고, 고정자 코일(172)이 흐르는 전류도 크다.

도 52는 외측의 고정자 코일(172a)의 배열을 u-z-v-x-w-y라 하고 내측의 고 정자 코일(172b)의 배열을 x-w-y-u-z-v라 하여, 이들 코일의 배열을 대향시키고, 각 동일 상 간에서 코일을 교차시킨 것이다. 도 53은 외측 고정자(170a)와 내측 고정자(170b)에 대한 고정자 코일(172)의 구체적인 결선 방법을 도시한 것으로서, 이 도면에서는 상 순서를 외측과 내측에서 180° 바꾸고 있다.

이와 같이 두 고정자(170a, 170b)의 자속 분포의 차이에 따른 유기 전압의 차이를 회전자(164)의 자극 쌍의 양측의 고정자 코일(172)을 교차시킴으로써 양측의 고정자 코일(172)에 항상 흐르는 순환 전류의 발생을 막고, 양측의 고정자(170a, 170b)의 발생 전압을 동일하게 하여 부하 전류의 흐름을 균등하게 할 수 있고, 부하시의 자속 분포를 양측의 고정자(170a, 170b) 모두 동일하게 함으로써 자기 흡인력을 감소시킬 수 있다. 특히, 외측의 고정자 코일(172a)의 배열을 u-z-v-x-w-y라 하고 내측의 고정자 코일(172b)의 배열을 x-w-y-u-z-v라 하여, 이들 코일의 배열을 대향시키고, 각 동일 상 사이에서 고정자 코일(172)을 교차시킴으로써 발생 전압이 균등해지고, 양측의 고정자 코일(172) 사이에서의 순환 전류의 발생을 억제할 수 있다.

전술한 전기-힘 변환 장치의 실시 형태에서는 모두 풍력 발전 장치에 적용 할 수 있도록 원환 형상으로 배열된 회전자와 그 양측의 원환 형상의 고정자의 쌍에 대하여 설명하였으나, 좌우 한 쌍의 고정자가 직선 형상 내지 사행하는 곡선 형상으로 배열되고, 그 사이를 소정 길이의 이동자가 주행하도록 할 수도 있다. 이에 따라 리니어 제네레이터(linear generator)가 된다. 또한 전술한 실시 형태에서는 풍력 발전용 발전기에 사용하는 경우를 설명하였으나, 다른 동력을 이용한 발 전기로서 이용할 수 있다. 반대로 고정자의 코일에 교류를 흘림으로써 모터로서 이용할 수도 있다. 모터로서 이용하는 경우에는, 회전형의 교류 모터로서 동력원에 사용할 수 있다. 또한 리니어 모터로서 사용하는 경우에는, 각종 반송기, 탈 것, 제트코스터 등의 놀이 도구 등 다양한 동력원으로서 사용할 수 있다.

도 54는 도 14(a), 도 14(b)의 날개차(12)와 거의 동일한 중심부에 축 및 베어링을 모두 설치하지 않은 날개차(173)를 도시하고 있다. 방사상으로 설치하는 가로 날개도 갖지 않는다. 또한 도 14(a), 도 14(b)의 날개차(12)에서는 세로 날개(26)가 지지 링의 내주에 설치되어 있는데, 도 54의 날개차(173)에서는 복수 개의 세로 날개(26)의 상단 및 하단을 지지 링(52, 53)으로 연결하여 전체적으로 바스킷 형태로 구성하고 있다. 이러한 바스킷 형태의 날개차(173)는 상단 및 하단의 지지 링(52, 53)을 프레임의 링(18)으로 주행이 자유롭도록 지지할 수 있다. 지지 링(52, 53)과 이를 지지하는 링(18)에는 각각 도 12 등에 도시된 발전기가 설치된다. 또한, 위 또는 아래의 한 쪽에만 발전기를 설치하여도 된다. 즉 지지 링(52, 53)과 링(18) 중 어느 하나에 계자용 자석이 설치되고 다른 하나에 코일군이 설치된다.

도 55에 도시한 날개차(174)는 도 54의 날개차(173)와 거의 동일하며, 세로 날개(26)의 상단 부근 및 하단 부근이 지지 링(52, 53)을 관통하여 전체적으로 바스킷 형태를 이루고 있다. 이것도 가로 날개나 중심부의 축을 갖지 않는다. 그리고 프레임의 링(18)은 세로 날개(26)의 상단 및 하단과 각각 대향하도록 설치되어 있다.

상기 실시 형태에서는 회전자(이동자)의 양측에 고정자를 배치하고, 프레임이나 그 프레임에 고정한 링 등에 고정하고 있으나, 도 56(a)에 도시한 발전부(180)와 같이 코일군(고정자)(32)을 반경 방향(폭 방향)으로 어긋나게 하여 위치 조절하도록 구성하여도 좋다. 이러한 구성은, 예컨대 도 21의 코일군(32)을 지지하고 있는 지지 로드(91, 91a)의 위치를 반경 방향 외측 또는 내측으로 이동할 수 있도록, 또한 이동한 위치에 고정할 수 있도록 구성함으로써 실현된다. 이는 외측의 코일군(32)을 외측으로 이동시키고, 내측의 코일군(32)을 내측으로 이동시켜 고정자와 회전자의 빈틈이 넓어지도록 조절하면 발전량이 적어진다. 반대로 좁아지도록 조절하면 발전량이 증가한다. 또한, 원환 형상으로 배열한 고정자의 경우에는 다수의 고정자를 빈틈을 두고 배열해 둔다. 반경 방향 내측으로 이동시키는 경우에는 이들 빈틈이 막혀져 가는데, 일반적인 조절 범위에서는 문제가 없다. 또한, 도 56의 경우에는 원환 형상으로 배열하고 있으나, 일반적인 리니어 모터와 같이 직선 형상으로 배열할 수도 있다.

또한 도 56(b)에 도시한 발전부와 같이 코일군(고정자)(32)을 상하 방향으로 위치 조절이 자유롭도록 구성하여도 좋다. 그러한 경우에도 고정자와 회전자의 상하 방향의 위치를 어긋나게 하면 발전량을 적게 할 수 있고, 상하 방향의 위치를 맞추면 발전량이 증가한다. 또한, 도 56(a)의 반경 방향(폭 방향)의 위치 조절과 도 56(b)의 상하 방향의 위치 조절을 조합하여도 좋다. 이러한 위치 조절 기구는 조립시에 조절하거나 유지 관리시에 조절할 수 있으면 되나, 모터 등의 구동원에 의해 원격 조작으로 조절할 수 있도록 구성하여도 좋다. 그러한 경우에는 예컨대 필요한 전력에 따라, 또는 그 때의 풍력에 따라 자동으로 조절하도록 구성할 수도 있다.

도 56(c)에 도시한 발전부(181)는 중심부의 지지 프레임(182)의 외측과 내측에 각각 영구 자석(계자용 자석)(31)을 반경 방향으로 위치 조절할 수 있도록 장착한 회전자를 구비하고 있다. 이러한 조절 기구는, 예컨대 지지 프레임(182)에 설치한 쐐기 부재(183)와 영구 자석(31)에 설치한 쐐기 부재(184)를 슬라이딩이 자유롭도록, 또한 위치 조절한 위치에서 고정할 수 있도록 구성함으로써 실현할 수 있다. 단, 나사 등 다른 위치 조절 기구를 이용할 수도 있다. 이와 같이 회전자의 영구 자석(31)의 폭(두께)을 조절할 수 있도록 구성하는 경우에는, 코일군(고정자)(32)과 회전자의 영구 자석(31)의 간격을 넓히면 발전량이 저하하고, 좁게 하면 발전량이 증가한다. 따라서, 풍량의 증감 또는 필요한 발전량의 증감에 따라 발전량을 조절할 수 있다.

도 23 등에 도시한 회전자에서는 적층한 규소 강판(57) 등으로 이루어지는 코어의 내면 및 외면에 각각 영구 자석을 장착하고, 유리 섬유 강화 수지로 일체로 굳힌 구성으로 되어 있으나, 도 57(a)에 도시한 바와 같이 한 장의 영구 자석(31)이 외측의 영구 자석과 내측의 영구 자석을 겸용하도록 하여도 좋다. 이 회전자에서는 각각 판 형상 상측 가이드 원판(99)과 하측 가이드 원판(102) 사이에 유지 프레임(186)을 장착하고, 그 유지 프레임으로 영구 자석(31)을 유지하고 있다. 유지 프레임(186)의 상하에는 각각 서스펜션 로드(97a)를 용접 등으로 고정하고, 이들 서스펜션 로드(97a)를 상측 가이드 원판(99) 및 하측 가이드 원판(102)에 너트 (97b)로 장착하고 있다. 회전자(185)는 도 57(c)에 도시한 바와 같이 평각 형상의 영구 자석(31)을 다각형 형상으로 배열하고, 이들을 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 보강 섬유로 보강한 섬유 강화 합성 수지(31a)로 원환 형상으로 굳힌 것이다. 그리고 인접하는 영구 자석(31) 사이의 섬유 강화 합성 수지(31a)의 부위에 반경 방향의 관통공을 형성하고, 도 57(b)에 도시한 바와 같이 볼트(187) 및 너트(188)로 지지 프레임(186)에 고정하고 있다. 또한, 영구 자석(31)의 배열은 도 57(c)에 도시한 바와 같이 N극과 S극이 교대로 바깥을 향하도록 배열하고 있다.

도 57(a)에 도시한 박형의 회전자(185)는 외측의 영구 자석과 내측의 영구 자석을 하나의 영구 자석으로 겸용하므로, 발전 능력을 그다지 저하시키지 않고 대폭으로 경량화 및 비용 경감을 도모할 수 있다. 또한, 도 57(b)에 도시한 바와 같이 볼트(187) 및 너트(188)의 돌출을 적게 하기 위하여 지지 프레임(186)에 오목부를 형성하고, 그 부분에 볼트(187)의 머리 부분이나 너트(188)가 들어가도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 서스펜션 로드(97a, 97a)는 상하로 나뉘어져 있지만, 섬유 강화 합성 수지(31a)를 상하로 관통시킨 하나의 서스펜션 로드 등으로 유지할 수도 있다.

도 57(a) 등에서는 유지 프레임(186)으로 영구 자석(31)의 전체 둘레를 유지하고 있는데, 예컨대 도 58(a)에 도시한 바와 같이 영구 자석(31)의 상단과 하단만을 ㄷ자형의 유지 프레임(186a, 186b)으로 유지하도록 하여도 좋다. 또한 이들 유지 프레임은 ㄷ자형의 외측 프레임(190)으로 유지시킬 수도 있다. 또한 도 58(b)에 도시한 바와 같이 영구 자석(31)의 상단과 하단을 각파이프 형상의 상측 스페이 서(100) 및 하측 스페이서(101)를 통하여 상측 가이드 원판(99) 및 하측 가이드 원판(102)으로 끼움으로써 영구 자석(31)을 유지시킬 수도 있다.

도 59(a)에 도시한 회전자(내지 이동자)는 도 57(a)에 도시한 회전자(185)와 거의 동일한 중심부에 대하여 앞뒤 교대로 추가 영구 자석(31)을 장착한 것이다. 이와 같이 추가 영구 자석(31)을 설치함으로써 중량은 증가하지만, 자력을 증가시킬 수 있고, 발전량의 증가를 도모할 수 있다.

도 59(b)는 도 58(a)의 회전자와 동일한 중심부에 대하여 양면에 영구 자석(31)을 장착하여 3열로 한 것이다. 영구 자석(31)의 표면의 자극은 S극과 N극이 교대로 표면에 나타나도록, 또한 표면측과 뒷면측에서 자극이 반대가 되도록 배치한다. 이 또한 간단한 구성으로 자력을 증가시킬 수 있고, 발전량을 증가시킬 수 있다.

도 59(c)에 도시한 회전자(내지 이동자)는 도 56(c)의 회전자와 거의 동일하며, 지지 프레임(182)의 표면 및 뒷면에 각각 영구 자석(31)을 장착하고 있다. 각각의 측의 영구 자석(31)은 N극과 S극이 교대로 외측에 나타나도록 배열되어 있고, 표면측과 뒷면측에서는 서로 반대의 자극이 되도록 배열하고 있다. 이 회전자(내지 이동자)도 경량화와 발전량의 증가를 달성할 수 있다. 도 59(a), 도 59(b) 및 도 59(c) 중 어느 하나의 회전자도 영구 자석(31)의 빈틈 및 표면에 섬유 강화 합성 수지를 충전하여 일체화하는 것이 바람직하다.

전술한 풍력 발전 장치의 실시 형태에서는 날개차와 회전자(내지 이동자)를 기계적으로 확실히 결합하고 있는데, 가요성을 갖는 밧줄 내지 "끈"으로 연결할 수 도 있다. 그러한 경우에는 인장 방향의 구동력을 밧줄을 통하여 회전자에 전달할 수 있다. 또한 날개를 지지하는 가로 날개 등의 신축에도 유연하게 대응할 수 있다. 또한 날개차와 회전자를 링크로 연결할 수도 있다. 각각 링크의 일단은 날개차에 회전이 자유롭도록 연결하고, 타단은 회전자(내지 이동자)에 회동이 자유롭도록 연결한다. 날개차와 회전자를 끈이나 링크로 유연하게 연결하는 경우에는 날개차에 가로 날개 등의 스포크 모양의 지지 부재와 베어링 내지 축을 설치하거나, 또는 다른 가이드 기구 내지 지지 기구를 설치하여 날개차의 중심을 안정시킨다.

도 60에 도시한 전기-힘 변환 장치(190)는 도 57의 회전자(185)의 상하 방향으로 구조재를 연장하여 원통 형상의 회전판(191)으로 함과 동시에, 그 회전판의 상단 부근 및 하단 부근에 롤러 가이드(192)를 설치하고 있다. 또한 회전판(191)의 상부 및 하부에 발전용 영구 자석(31)과 별개로 이동측 반발 자석(193, 194)을 배치하고 있다. 그리고 상측의 이동측 반발 자석(193)의 내측 및 외측에 상측의 고정측 반발 자석(195, 195)을 배치하고, 하측의 이동측 반발 자석(194)의 내측 및 외측에 하측의 고정측 반발 자석(196, 196)을 배치하고 있다. 각각의 반발 자석은 통상은 영구 자석으로 구성하지만, 전자석이어도 좋다. 고정측 반발 자석 (195, 196)은 각각 볼트(197) 및 너트(198) 등의 나사 구조로 회전판(191)과의 빈틈을 조정할 수 있도록 지지되어 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 전기-힘 변환 장치(190)는 롤러 가이드(192)에서 회전 중심이 거의 확보되는데, 실제로는 롤러 가이드(192)와 회전판(191)의 표면 사이에 얼마간의 빈틈을 둘 필요가 있다. 그리고 이 상태에서 회전하면 좌우로 흔 들릴려고 한다. 그러한 경우, 이동측 반발 자석(193, 194)이 이들의 양측에 배치되어 있는 고정측 반발 자석(195, 196)에 의해 끼워져 있으므로, 어느 한쪽으로 이동하였을 때에는 반대 방향의 반발력이 강해지고, 원래의 좌우의 힘이 균형을 이루는 위치로 되돌아가려고 한다. 따라서 안정된 회전 운동이 이루어진다.

도 60의 전기-힘 변환 장치(190)는, 예컨대 원통 형상의 회전판(191)의 상단에 장착하여 풍력 발전기로 사용할 수 있다(도 12, 도 21 참조). 또한 반대로 고정자에 교류를 흘려 회전 자기장을 형성함으로써 모터로 사용할 수도 있다. 또한 직진 운동을 하는 리니어 모터 카 등에 사용할 수도 있다. 회전기의 경우에는 중심축을 설치하여도 좋고, 설치하지 않은 코어리스(coreless) 회전기로 할 수도 있다.

도 60의 전기-힘 변환 장치(190)에서는 원통 형상의 회전판(191)의 내측 및 외측에 코일을 내장하는 고정자(200) 및 고정측 반발 자석(195, 196)을 배치하고 있는데, 도 61에 도시한 풍력 발전기와 같이 회전판(191)을 가운데가 없는 원판 형상(디스크 형상)으로 하고, 그 상하에 고정자(200) 및 고정측 반발 자석(195, 196)을 배치할 수도 있다. 도 60의 경우에는 반경 방향의 빈틈을 적게 할 수 있고, 도 61의 경우에는 상하 방향의 빈틈을 적게 할 수 있다. 또한, 이러한 디스크 형태의 회전판을 채용하는 구성은, 도 12 또는 도 21 등의 풍력 발전기 내지 전동기(모터), 회전기에서도 사용할 수 있다.

상기 실시 형태에서는 고정자(200) 및 회전판(191)을 각각 연속하는 원환 형상으로 하고 있으나, 고정자(20)를 실질적으로 연속하도록 배치하는 경우에는 회전 판(이동자)(191)은 부분적으로, 예컨대 날개가 있는 부위에만 설치하여도 된다. 반대로 회전판(이동자)(191)을 연속적으로 설치하는 경우에는, 고정자(200)를 부분적으로 설치하도록 하여도 좋다.

도 63에 도시한 풍력 발전 시스템(전기-힘 변환 장치)(205)은 고정자(200)와 회전판(이동자)(191)의 간격을 조정이 자유롭도록 하고 있다. 상하의 고정자(200)는 가이드(206)에 의해 회전하지 않도록, 또한 상하로 슬라이딩이 자유롭도록 배치되어 있다. 그리고 고정자(200)의 후면 측에 나사 축(207)을 고정함과 동시에, 그 나사 축(207)을 너트 부재(208)로 브래킷(209)에 지지하고 있다. 이에 따라 너트 부재(208)가 일방향으로 회전하면, 나사 축(207)이 상승하여 고정자(200)와 회전판(109)의 거리가 벌어지고, 반대 방향으로 회전하면 거리가 좁아진다.

또한 본 실시 형태에서는 너트 부재(208)를 스프로킷(210)과 일체로 구성하거나, 또는 스프로킷(210)에 연결하고, 그 스프로킷(210)을 도 64에 도시한 체인(211)으로 회전 구동하도록 하고 있다. 스프로킷(210)과 체인(211)의 맞물림 상태는 배열되어 있는 복수 개의 스프로킷(210)에 대하여 하나 건너 반대측부터 맞물리도록 되어 있으며, 체인(211)은 소위 갈지자 내지 지그재그 모양으로 주행한다. 그에 따라 맞물림 비율이 높아지고, 체인(211)에서 스프로킷(210)으로의 힘의 전달 효율이 높아진다.

체인(211)을 지그재그로 배치함에 따라 상기 나사 축(207)의 나사는 인접하는 고정자(200)마다 우측 나사와 좌측 나사가 교대로 나열되도록 하고 있다. 또한, 모든 고정자(200)를 하나의 체인(211)으로 연결할 필요는 없으며, 적절한 개수 의 고정자마다 하나의 체인(211)을 배치하면 된다.

도 63에서는 도시되어 있지 않지만, 하측의 고정자(200)에 대해서도 동일하게 스프로킷과 체인으로 상하 방향으로 위치 조절이 자유롭도록 구성하고 있다. 그리고 상측의 스프로킷(210)과 하측의 스프로킷은 동조하여 상측의 고정자(200)가 상승할 때에는 하측의 고정자(200)가 하강하고, 상측의 고정자(200)가 하강할 때에는 하측의 고정자(200)가 상승하도록 구성하고 있다. 각각의 체인(211)은, 도시하지 않은 조정용 모터에 연결한 구동용 스프로킷 등으로 구동할 수 있다. 또한, 도 63에 도시한 바와 같이 복귀 체인(211)은 스프로킷(210)의 옆을 지나도록 하는데, 하측으로 통과시켜 동일한 체인(211)의 루프로 상하의 스프로킷(210)을 동조하여 구동할 수도 있다.

상기한 풍력 발전기(205)에서는 풍력을 검출하는 센서, 또는 발전량을 검출하는 검출기, 예컨대 전압계 내지 전류계 등의 전기 계측기에 따라 체인(211)을 구동하는 모터를 자동 제어하도록 구성하고 있다. 즉, 풍력이 약할 때 또는 발전량이 낮을 때에는, 고정자(200)와 회전판(191)의 거리가 커지도록 모터를 회전시킨다. 고정자(200)와 회전판(191)의 거리가 커지면, 고정자(200)의 코일과 회전판(191)의 자석간의 상호 작용이 약해져 발전력이 적어진다. 이에 따라 발전에 따른 저항이 적어지고, 풍력이 약할 때 또는 회전 초기라도 회전하기가 쉽다.

한편, 풍력이 세지거나 발전량이 증가하면, 거리를 작게 하도록 조정용 모터를 회전시킨다. 고정자(200)와 회전판(191)의 거리가 작아지면, 고정자(200)의 코일과 회전판(191)의 자석간의 상호 작용이 강해져 발전력이 많아진다. 그에 따라 발전에 따른 저항이 세지는데, 풍력이 클 경우에는 회전을 계속할 수 있다. 도 63의 풍력 발전기(205)에서는 상기한 바와 같이 회전 초기에 원활하게 회전시킬 수 있고, 풍력이 센 경우 및 약한 경우 모두 효율적으로 발전을 계속할 수 있다.

또한, 고정자(200) 측에 너트 부재(208)를 고정하고, 스프로킷(210)에 나사 축(207)을 장착하여도 동일한 작용 효과를 이룬다. 또한 나사-너트 기구 대신 랙 피니언 기구 등 다른 회전-직진 변환 기구를 사용할 수도 있다. 또한 도 63과 같은 수평 디스크형 풍력 발전기의 이외에, 예컨대 도 56(a), 도 60 등의 원통 형상의 회전자를 채용하는 풍력 발전기의 경우에도 도 63과 동일하게 자동으로 고정자와 회전자의 간격을 조절하는 조절 장치를 채용할 수 있다.

도 65의 풍력 발전 시스템(212)은 고정자(200)의 코일(213)을 직렬로 접속하는 직렬 회로(214)와, 병렬로 접속하는 병렬 회로(215), 및 이들 회로를 선택하는 릴레이 내지 차단기 등의 선택 수단(216)을 구비하고 있다. 그리고 회전 초기 또는 풍력이 약할 때에는 병렬 회로(215)로 발전시키고, 풍력이 세지면 직렬 회로 (214)로 전환한다. 이에 따라, 풍력이 약할 때에는 발전하는 전압이 낮아지므로 풍차의 회전 저항이 적어져 회전시키기가 쉬워진다. 반대로 풍력이 세지면 발전하는 전압이 높아지므로 발전 효율이 높아진다.

또한, 도 65에서는 이해하기 쉽도록 코일군을 위상마다 구별하고 있지 않으나, 실제로는 발전하고자 하는 교류의 형태에 맞추어, 도 1이나 도 49와 같이 위상마다 구별한 코일군을 채용한다.

도 66은 복수의 코일 중 몇 개의 코일(215a)을 다른 코일(215b)과 분리하고, 특정 코일(215a)은 발전한 전력을 추출하는 발전 회로(217)와 반대로 전력을 가하여 모터로서 이용하는 모터 회로(218)로 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 그에 따라, 날개차의 회전 초기 또는 풍력이 약한 경우에는 특정 코일(215a)을 모터로서 작동시켜 날개차를 강제로 회전시키도록 하고 있다. 그리고 어느 정도 회전이 빨라졌을 때, 또는 풍력이 강할 때에는 상기 특정 코일(215a)을 발전용으로 이용한다. 그에 따라, 회전 초기의 회전이 원활해지고, 회전수가 올라가면 발전 효율이 높아진다.

도 67에 도시한 발전 장치(220)는 상하 방향으로 연장되는 통 형상의 벽체 (221)와, 그 내부의 기류 통로(222)에 배치되는 상승 기류에 의해 회전하는 날개차 (223) 및 그 날개차의 지지부(224)에 설치되는 리니어 형태의 발전기(225)를 구비하고 있다(도 70 참조). 또한 본 실시 형태에서는 원통 형상의 벽체(221)의 상단에 횡풍을 받아 회전하는 횡풍용 날개차(226) 및 제2 발전기(227)가 함께 설치되어 있다. 벽체(221)는 원통 형상이며, 그 내면에 상하 방향으로 복수 개의 지지부(224)를 배열하고 있다. 각 지지부(224)는 전술한 상승 기류에 의해 회전하는 날개차(223)의 가장자리 부분을 슬라이딩이 자유롭도록 또는 구름 이동이 자유롭도록 지지하고 있다. 또 벽체(221)의 상단 부근에는 횡풍용 날개차(226)의 가장자리 부분을 슬라이딩이 자유롭도록 또는 구름 이동이 자유롭도록 지지하는 지지부(228)가 설치되어 있다. 발전기(225) 및 제2 발전기(227)는 리니어 형태인 것이 바람직하지만, 회전축을 입력 축으로 하는 일반적인 회전 형태의 발전기이어도 된다.

상기 횡풍용 날개차(226)는 상단 및 하단에 설치되는 링 형상의 지지 고리 (231)와 이들 지지 고리 사이에 배열되는 복수 개의 세로 날개(232)를 구비하고 있다. 세로 날개(232)는 도 68에 도시한 바와 같이 지지 고리(231)를 따라 배열되어 있으며, 각각의 세로 날개(232)는 회전 방향에 관하여 동일한 방향을 향한 날개형의 단면을 구비하고 있다. 따라서 세로 날개(232)는 측방으로부터 바람을 받으면 일방향(예컨대 화살표 P 방향)으로 회전한다. 도 68의 경우에는 횡풍용 날개차(226)의 중심부는 공동으로 되어 있으나, 상상선으로 도시한 바와 같이 세로 날개(232)끼리를 연결하는 가로보 내지 가로 날개(233)를 설치하여도 좋다. 또한 가로보 내지 가로 날개의 중심부에 회전 지지 축(234)을 설치할 수도 있다. 가로 날개(233)로 하는 경우에는 회전에 의해 양력을 받는 방향의 날개형 단면으로 하는 것이 바람직하다.

상기 상승 기류용 날개차(223)는, 도 67에 도시한 바와 같이 링 형상의 지지 고리(236)와 그 내부에 방사상으로 배열되는 가로 날개(237)를 구비하고 있다. 각 가로 날개(237)는 소정의 경사각(θ)을 가지며 지지 고리(236)에 장착되어 있다. 또한 도 69에 도시한 바와 같이 각각의 가로 날개(237)는 외측을 향하여 폭이 넓어지도록 벌어져 있어도 좋다. 가로 날개(237)의 중심부에는 방사상으로 연장되는 가로 날개(237)의 중심측끼리를 서로 연결하는 중심봉(238)이 설치되어 있다. 단, 중심봉(238)은 생략하여도 좋다. 또한 상하의 날개차(223)의 중심부끼리를 연결 봉(239)으로 연결하도록 하여도 좋다. 그러한 경우에는 상하의 일련의 날개차(223)끼리가 일제히 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전한다. 날개차(223)는 하나의 발전 장치(220)에 상하로 2~20개 정도, 경우에 따라 수 십 개 정도 배열한 다. 중심봉(238) 또는 연결봉(239)을 채용하는 경우에는 이들에 회전식 발전기의 입력 축을 연결할 수 있다.

또한 도 67의 발전 장치(220)에서는 벽체(221)에 개폐가 자유로운 문 내지 창(240)이 설치되어 있다. 창(240)은 슬라이드 창이어도 좋고, 또한 힌지로 개폐하는 창이어도 좋다. 창(240)은 상하의 날개차(223)의 중간부에 설치하는 것이 바람직하다. 또한 벽체(221)의 하부에 집중적으로 설치하고, 상부에 설치하지 않도록 하여도 좋다. 창(240)은 원주 방향으로 몇 군데에 배치하고, 개별적으로 개폐할 수 있도록 하고 있다. 창(240)의 개폐는 모터 구동 등으로 행하며, 통상은 조작실 등으로부터 원격 조작으로 개폐할 수 있도록 한다. 또한 바람의 유무를 검지하여 벽체의 외부의 바람의 풍속이 바람직한 가동 속도(예컨대 수 미터/초 내지 20미터/초 정도)로 자동으로 열리고, 하한(예컨대 수 미터/초)을 하회하였을 때 및 상한(예컨대 20미터/초)을 초과하였을 때 자동으로 닫히도록 하여도 좋다.

발전 장치(220)의 벽체(221)의 외경은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 수 미터 내지 수 십 미터, 경우에 따라서는 수 킬로미터 정도로 할 수 있다. 벽체(221)의 높이도 수 십 미터 내지 수 킬로미터로 할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 발전 장치(220)는 벽체(221)의 내부에 설치되는 기류 통로(222)의 상단이 대기중에 개방되고 있고, 하단 부근도 통상은 대기중에 개방되어 있다. 단, 상단 및 하단을 각각 개폐식 문 내지 창으로 연통/차단이 자유롭도록 할 수도 있다. 그리고 상단 및 하단을 대기에 개방하고, 중간의 창(240)은 닫아 둔다. 그러한 경우, 상공의 기압과 지면 근처의 기압차에 의해 기류 통로 (222)에 상승 기류가 발생한다. 따라서 복수 개의 날개차(223)가 회전하고, 이들을 받는 지지부(224)에 설치되는 리니어 형태의 발전기(225)가 발전한다. 발전한 전력은 주파수 조정 장치를 통한 후에 일반적인 송전선을 이용하여 수요 지역으로 보내진다. 또한, 발전기(225)가 직류 형태인 경우에는 적절한 주파수의 교류로 변환하고 나서 송전한다. 상기한 기압차에 따른 상승 기류는 바람의 유무와 관계없이 항상 발생하므로, 기본적인 발전량이 확보된다.

또한 상기한 발전 장치(220)에서는 바람이 있을 때에는 벽체(221)의 상단의 횡풍용 날개차(226)가 회전하고, 제2 발전기(227)가 발전한다. 그에 따라 발전량이 증가한다. 또한 횡풍이 적당히 크고 기압차에 의한 상승 기류에 의한 경우보다 발전 효율이 높은 경우에는 바람 상측의 창(240)을 열어 횡풍을 기류 통로(222) 내로 도입한다. 이에 따라 기류 통로(222) 내로 도입된 횡풍이 상승 기류로 바뀌어 발전 효율이 증가한다. 바람의 방향이 바뀌는 경우에는 그에 따라 바람 상측의 창(240)을 열고, 그 이외의 창(240)을 닫도록 제어한다. 그에 따라 풍향이 바뀌어도 적절한 발전량을 얻을 수 있다. 상기한 바와 같이 이 발전 장치(220)에서는 바람이 있을 때에는 물론 바람이 약한 경우, 또는 바람이 없는 경우에도 적절한 발전량을 확보할 수 있다.

상기 지지부(224) 및 발전기(225)로서는, 예컨대 도 70에 도시한 리니어 타입인 것이 적합하다. 본 실시 형태에서는 지지부(224)로서 리니어 슬라이드 볼 베어링이 사용되고 있다. 이러한 리니어 슬라이드 볼 베어링은 고정측의 리니어 가이드(242)와 그 가이드에 대하여 슬라이딩이 자유롭도록 장착되는 복수 개의 슬라이 더(243)로 구성되어 있다. 리니어 가이드(242)는 베이스(244) 상에 연속되도록 환 형상으로 배열되어, 나사(242a)로 고정되어 있다. 슬라이더(243)는 주행 방향으로 배열되는 볼 열(33a)을 구비하고 있다. 볼 열(243a)은 리니어 가이드(242)와 접촉하는 주행측의 가이드 홈과 복귀측 가이드 홈이 연속하여 엔드리스 형태의 가이드홈 내를 구름 이동한다. 리니어 가이드(242) 및 슬라이더(243)는 상면에 슬릿(245a)을 갖는 커버(245)에 의해 감싸져 있다.

슬라이더(243)의 상면에는 단면이 ㄷ자 형상인 지지 플레이트(246) 및 스페이서 블록(247)을 사이에 두고 회전 플레이트(248)가 고정되어 있다. 회전 플레이트(248)는 볼트(248a) 및 지지 플레이트(246)의 하면측의 너트(248b)에 의해 지지 플레이트(246)에 장착되어 있다. 지지 플레이트(246)의 상면에는 날개차의 지지 고리(도 67의 부호 236 참조)가 장착된다. 이에 따라 날개차는 리니어 가이드(242)가 형성하는 환 형상 가이드의 중심축 방향으로 회전할 수 있다.

지지 플레이트(246)와 커버(245) 사이에는 리니어 타입의 발전기(리니어 제네레이터)(225)가 설치되어 있다. 이 발전기(225)는 스페이서 블록(247)의 양측에 장착되는 자석(250)과 그 자석을 외측과 내측에서 끼우도록 커버(245)의 상면에 장착되는 한 쌍의 코일(251)로 이루어진다. 자석(250)은 통상은 영구 자석이 사용된다. 그러나 전자석이어도 좋다. 각 코일(251)은 적층한 규소 강판 등으로 이루어지는 코어(252)의 주위에 코일 선을 감은 것이다. 외측 및 내측의 코일(251)은 나사(253)에 의해 커버(245)에 고정되어 있고, 그 나사(253)의 상단에는 각각 가이드 롤러(254)가 회전이 자유롭도록 장착되어 있다. 그리고 볼트(248a)에는 외측의 가 이드 롤러(254)와 내측의 가이드 롤러(254) 사이에 개재되는 가이드 플레이트(255)가 장착되어 있다. 이 가이드 플레이트(255)는 가이드 롤러(254)와 함께 자석(250)과 코일(251)의 빈틈을 적절하게 조절하기 위한 것이다.

상기 발전기(225)의 내측 및 외측은 각각 커버(256, 257)에 의해 감싸져 있다. 이들 커버(256, 257)와 회전 플레이트(248)의 빈틈에는 발전기(225)의 내부에 먼지가 침입하는 것을 방지하기 위한 미로 씰(258)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 리니어 타입의 발전기(225)는 날개차가 회전하여 회전 플레이트(248)가 회전하면, 자석(250)이 좌우의 코일(251) 사이를 빠져 나간다. 이에 따라 코일(251)에 기전력이 발생하고, 코일(251)의 감김 선의 단부로부터 전력을 추출할 수 있다. 추출한 전력은 전술한 바와 같이 송전된다. 상기와 같은 리니어 타입의 발전기(225)는 중심의 회전축이 불필요하여 날개차의 중량을 넓은 범위에서 지지할 수 있다. 따라서 날개차의 중량을 안정적으로 지지할 수 있다. 예컨대 도 67 및 도 69의 날개차(223)가 몇 톤 정도 되는 경우에도 마찰 저항이 적어 날개차가 원활하게 회전한다. 또한, 횡풍용 날개차(226)에 대해서도 동일한 리니어 타입의 발전기를 이용하는 것이 바람직하다. 단, 상승 기류용 및 횡풍용 날개차의 중심에 회전축을 설치하고, 일반적인 회전 형태의 발전기를 설치할 수도 있다.

상기 발전 장치(220)의 외벽(221)은 단순히 상승 기류를 발생시키는 연돌 모양인 것이어도 좋으나, 도 71 및 도 72에 도시한 바와 같이 건물과 일체로 구성할 수도 있다. 도 71의 경우에는 건물 본체(260)가 원기둥 형상이고, 그 주위에 빈틈 (261)을 두고 외벽(221)이 설치되어 있다. 그리고 날개차(223)는 빈틈(261)을 지나는 상승 기류를 받도록 건물 본체(260)의 주위에 환 형상으로 배치되어 있다. 또한 건물 본체(260)가 통신 설비 등을 수용하고 있는 창이 불필요한 건물인 경우나 지하에 설치되어 있는 경우에는 외벽(221)이 불투명하여도 좋다. 그러나 사람이 들어가는 빌딩 등의 건물인 경우에는 외벽(221)은 투명한 패널로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 투명 패널로 외벽(221)을 구성하는 경우에는, 외벽(221)의 표면 또는 내면에 외부로부터의 적외선을 투과하고, 또한 내부로부터의 적외선을 투과하지 않는 투명한 필름을 붙이는 것이 바람직하다. 그러한 소위 온실 효과를 이루는 필름으로는, 예컨대 온실의 유리에 붙이는 합성 수지 필름 등을 들 수 있다. 그에 따라, 외벽(221)과 건물 본체(260)의 빈틈(261)에 열이 채워져 상승 기류가 발생하기 쉬워진다.

도 71에 도시한 건물(262)은 내부에 원통 형상의 공간(263)을 가지고, 그 공간(263) 내에 상승 기류에 의해 회전하는 날개차(223)를 설치하고 있다. 이 건물(262)은 내부의 공간(263)이 기류 통로를 구성하고 있으며, 그에 따라 상승 기류를 발생하여 날개차(223)를 회전시킨다. 또한 이러한 경우에는 건물 전체가 특허 청구 범위에서 말하는 외벽이 된다. 이 건물(262)은 외부가 패널에 의해 가려지지 않으므로 일반적인 외관을 이루며, 창을 설치하는 것도 자유롭다. 도 71의 건물 본체(260)의 경우 및 도 72의 건물(262)의 경우 모두 건물의 환기의 공조 기기의 배기 통로를 기류 통로로 개방하면, 배출된 난기에 의해 상승 기류가 발생하므로 날개차(223)를 훨씬 잘 회전시킬 수 있어, 폐열을 유효하게 이용할 수 있게 된다. 따라서 에너지 절감 효과가 이루어진다.

상기 실시 형태에서는 상승 기류용 날개차와 횡풍용 날개차를 별개로 하고 있으나, 도 73에 도시한 바와 같이 하나의 날개차가 횡풍용과 상승 기류용을 겸하도록 할 수도 있다. 이 날개차(265)는 도 67 및 도 68의 세로 날개를 구비한 횡풍용 날개차(226)의 날개에 비틀림을 준 것이다. 즉 각 날개(266)는 스크류 컨베어와 같은 형태를 가지며, 하방으로부터 상승 기류가 가해지면 화살표 Q 방향으로 회전한다. 또한 횡풍이 가해지는 경우에는 바람이 위로 빠지도록 하고 있으므로, 화살표 Q와 반대 방향으로 회전한다. 따라서, 도 67의 경우의 횡풍용 날개차(226) 대신 사용하면, 횡풍과 아래로부터의 상승 기류풍의 모두에 대하여 회전한다. 또한, 바람이 아래로 빠지도록 해 두면 날개차(265)는 화살표 Q방향으로 회전하므로, 상승 기류와 횡풍으로 훨씬 잘 회전한다. 또한 이 날개차(265)는 도 67과 같이 창(240)을 열어 횡풍을 받아들이는 형태의 발전 장치(220)의 상승 기류용 날개차(223)에 대해서도 채용할 수 있다. 그러한 경우에도 창(240)으로부터의 횡풍과 아래로부터의 상승 기류 모두에 대하여 회전할 수 있으므로 효율이 높다.

도 74의 발전 장치(267)는 외벽(221)에 형성된 개구부(268)에 배치되며, 수평 방향으로 연장되는 축심 방향으로 회전하는 날개차(269)와 그 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기를 구비하고 있다. 날개차(269)의 회전 중심은 외벽(221)을 따르고 있으며, 따라서 날개차(268)의 날개의 일부는 외벽(221)의 내부에 있고, 다른 날개는 외벽(221)의 밖으로 나와 있다. 따라서, 외벽(221) 내의 기류 통로(222)를 흐르는 상승 기류에 의해 날개차(269)의 내측의 날개는 상향으로 가압되 고, 날개차는 화살표 R방향으로 회전한다. 그리고 외부로 나와 있는 날개에 빗물이 가해지면 날개차(269)의 외측의 날개가 하향으로 가압된다. 따라서 날개차(269)는 화살표 R방향으로 더 회전한다.

상기 실시 형태에서는 원통 형상의 기류 통로를 채용하고 있으나, 사각통, 육각통 등 각통 형상의 기류 통로를 채용할 수도 있다. 또한 상기 기류 통로는 한 겹의 통로로 되어 있으나, 동심 형상으로 포갠 2중 또는 3중 이상의 통로를 채용할 수도 있다. 그러한 경우의 외측의 기류 통로에 설치되는 날개차는, 예컨대 도 71에 도시한 환 형상의 날개차(223)로 한다. 또한 건축물을 구성하는 파이프, 예컨대 파이프 모양의 기둥의 내부를 기류 통로로 채용할 수도 있다.

도 75에서는 도 2의 발전 시스템(10)에서 다리(15)를 파이프로 하고, 그 파이프제의 다리(15)의 내부를 기류 통로로 하고 있다. 이들 경우에는, 예컨대 복수 개의 강관으로 건축물의 기둥이나 발전 시스템(10)의 다리(15)를 형성하고, 이들 기둥이나 다리로 둘러싸인 공간에 건물이나 발전 시스템(10)을 건설함과 동시에, 각 강관의 내부에 날개차(223)를 배치하고, 날개차와 연결한 발전기(245)로 발전시킨다. 그러한 경우, 강관제의 기둥은 태양광으로 고온이 되므로, 강관 내에 상승 기류가 발생하여 발전 효율이 높아진다. 강관은 수 개 내지 수 십 개로 건물을 감싸도록 설치한다.

또한, 도 75의 경우에는 다리(15)의 하부에 축열 작용을 높이기 위한 적외선 흡수 시트나 투명한 패널로 둘러싼 영역(열 흡수부)(270)을 더 설치하고, 그 열 흡수부(270)와 강관제의 다리(15)의 하부를 연통시키고 있다. 이에 따라, 열 흡수부 에서 고온으로 된 공기가 다리(15) 내의 기류 통로를 상승하여 효율적으로 발전한다. 강관과 같은 좁은 기류 통로를 채용하는 경우에는, 도 70 등의 리니어 타입의 발전기보다 날개차의 중심축을 입력 축으로 하는 회전 형태의 발전기로 하는 것이 좋을 수도 있다.

상기 개폐가 자유로운 창을 구비한 통 형상의 기류 통로를 갖는 발전 장치의 실시 형태에서는 태풍 등의 강풍의 경우에 창을 닫는 것으로 설명하고 있는데, 반대로 모든 창을 열어 두고, 창을 닫는 패널을 강도가 높은 골조 부분의 뒷쪽으로 감출 수도 있다. 또한 통 형상의 외벽을 강도가 높은 골조 부분과 그 골조 부분의 표면을 덮는 통상의 위치와 골조 부분의 뒷쪽에 감추어지는 대피 위치 사이에서 이동이 자유롭도록 설치되는 벽 패널로 구성할 수도 있다. 이러한 실시 형태에서는 일반적인 사용 상태에서는 패널로 상승 기류의 통로가 되는 외벽을 구성하고, 강풍의 경우에는 벽 패널을 골조 부분의 뒷쪽으로 대피시켜 바람을 통과하도록 할 수 있다. 상기한 바와 같이 창을 덮는 패널이나 벽 패널을 구성하는 경우에는, 낮은 강도의 패널로 벽을 구성할 수 있다. 또한, 패널을 대피시키는 경우에는, 날개차가 강풍에 노출되므로 예컨대 유압 실린더 등을 이용한 잠금 기구를 설치하여 날개차의 회전을 록킹하는 것이 바람직하다. 이에 따라 외벽 및 날개차를 강풍으로부터 보호할 수 있다.

상기 골조의 구조는, 예컨대 도 2에 도시한 발전 시스템(10)의 경우와 마찬가지로, 길이 방향으로 연장되는 복수 개의 지지 기둥(15)과 상하 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 지지 기둥끼리를 연결하는 링 형상의 부재(16)로 구성할 수 있다. 그러한 경우, 링 형상의 부재(16)의 상하 방향의 폭을 어느 정도 넓혀 두고, 그 링 형상의 부재(16)의 내면측에 벽 패널을 감추도록 하면 좋다. 또한, 벽 패널은 절첩이 자유로운 것, 또는 포개어 수용할 수 있는 것으로 해 두면 링 형상의 부재(16)의 폭을 좁게 할 수 있고, 개방하였을 때의 개구부가 넓어지므로 바람직하다.

도 70의 실시 형태에서는 리니어 슬라이드 볼 베어링으로 날개차의 중량을 지지함과 동시에 회전 중심을 규제하고 있는데, 도 63의 경우와 마찬가지로 자석의 반발력 내지 흡착력을 이용하여 날개차의 중량을 지지할 수도 있다. 예컨대 날개차의 지지 고리와 그 지지 고리와 대향하도록 배치한 링 형상의 프레임에 서로 반발하도록 영구 자석을 배치하여 반발력으로 날개차의 중량 전체 또는 대부분을 지지하도록 할 수 있다. 그러한 경우에는 전자석을 이용하는 경우에 비하여 불필요한 전력을 소비하지 않으므로 바람직하다. 또한 프레임 측 또는 날개차 측에 전자석을 배치하여 양자에서 반발하도록 할 수도 있다. 그러한 경우에는 전자석에 흘리는 전류를 조정함으로써 반발력을 조정하여 빈틈을 조정하기가 쉽다.

또한 어느 하나를 영구 자석으로 하고 다른 하나를 전자석으로 할 수도 있다. 그러한 경우에는 날개차 측을 영구 자석으로 하는 것이 배선이 용이하다. 또한 프레임 측 및 날개차 측에 각각 영구 자석을 설치함과 동시에, 어느 하나에 빈틈 조정용의 약한 전자석을 배치할 수도 있다. 그러한 경우는 프레임 측에 전자석을 설치하는 것이 배선이 용이하다. 이와 같이 함으로써 사용 전력을 적게 할 수 있고, 아울러 전자석의 전류를 조정하여 빈틈의 크기를 용이하게 조정할 수 있다. 특히 장기간 사용하는 경우 영구 자석의 반발력이 약해지는데, 전자석의 전류를 늘려감으로써 빈틈을 최적의 상태로 유지할 수 있다. 또한, 자석과 함께 롤러 또는 베어링, 슬라이드 슈(slide shoe) 등을 병용하여 중량을 지지하도록 할 수도 있다. 이들 롤러 등은 날개차 측에 설치하여도 좋고, 프레임 측에 설치하여도 좋다.

또한 날개차에 영구 자석 내지 전자석을 설치하고, 이들 자석에 대향하도록프레임에 영구 자석 내지 전자석을 설치하여 서로 흡착하도록 가압시키도록 하여도 좋다. 그러한 경우에는 실제로는 흡착하지 않는 정도의 자력으로 하거나, 또는 롤러 등이 가이드하도록 한다. 자석의 흡인력을 이용하는 경우에는 한쪽을 자석으로 흡착할 수 있는 강재, 특히 연철 등으로 할 수도 있다. 날개차를 흡인하는 자력으로 띄우는 경우에는 날개차의 상단에 설치한 지지 고리와 그 상측에 배치한 링 형상의 프레임 사이에 상기 자석 등을 설치할 수 있다.

도 67의 발전 장치(220)에서는 벽체(221)의 상단에 하나의 횡풍용 날개차(226)를 설치하고 있으나, 도 70에 도시한 바와 같이 중심의 지지 기둥을 상방으로 연장 설치하여 중심축 방향으로 회전하는 복수 개의 날개차 및 발전기를 복수 단으로 설치하도록 하여도 좋다. 또는 벽체(221)의 상단으로부터 복수 개의 지지 기둥을 상방으로 연장시키고, 복수 단의 원환 형상의 지지부(224)를 설치하여 복수 개의 날개차 및 발전기를 다단으로 설치하도록 하여도 좋다. 또한 이들 횡풍용 날개차(226)와 벽체(221) 내의 상승 기류용 날개차(223)를 연결봉(239)으로 연결하고, 횡풍이 셀 때 횡풍용 날개차(226)의 회전력으로 상승 기류용 발전기를 구동하도록 하여도 좋다. 그러한 경우에는 연결봉(239)에 연결/분리가 자유로운 클러치를 개 재시키거나 하여 필요에 따라 연결/분리를 전환하도록 하는 것이 바람직하다.

도 76에 도시한 열 교환 시스템(271)은, 지상에 설치한 제1 열교환기(272), 지상보다 기온이 낮은 상공에 설치한 제2 열교환기(273), 둘을 루프 형상으로 연결하는 관로(274) 및 그 루프 형상의 관로(274)에 열 매체를 순환시키기 위한 펌프(275)를 구비하고 있다. 펌프(275)의 구동원은 전술한 풍력 발전 시스템(10)에 의해 발생시킨 전력을 이용하는 것이 바람직하다. 도 67의 풍력 발전기(220)를 채용할 수도 있다. 또한 풍력 발전 시스템(10)이나 풍력 발전기(220)의 회전축과 펌프(275)의 회전축을 연결할 수도 있다.

이러한 열교환 시스템(271)은 상공의 제2 열교환기(273)에서 열 매체를 냉각하고, 그 냉열을 지상의 열교환기(272)를 통하여 추출할 수 있다. 또한, 상상선으로 도시한 바와 같이 땅속에 묻은 제3 열교환기(276)의 관로(277)와 전환할 수 있도록 구성하여, 겨울철에 온열을 추출하도록 구성할 수도 있다. 이러한 지상, 상공 및 지중의 온도 차이를 이용하는 열 교환 시스템(271)을 채용하면, 공조 기기의 사용 에너지를 감소시킬 수 있다.

도 76에 도시한 풍력 발전 시스템(전기-힘 변환 장치)(280)은 도 63의 풍력 발전 시스템(205)의 일부를 변경한 것이다. 이 풍력 발전 시스템(280)에서는 편평한 회전판(191)의 내측에 통 형상의 보강 벽(281)을 설치함과 동시에, 그 보강 벽 (281)의 하부에 차륜 내지 롤러(282)를 설치하고, 그 하방에 롤러(282)가 구름 이동하는 링 형상의 가이드 레일(283)을 배치하고 있다. 보강 벽(281)은 회전판(191)의 외주에 형성하여도 된다. 이러한 보강 벽(281)을 설치함으로써, 회전판 (191)의 강성을 높일 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 보강 벽(281)의 상단에도 롤러(282)를 설치하고 있으며, 그 상부에 배치한 가이드 레일(도시 생략)에 의해 가이드되고 있다. 상하의 가이드 레일(283)은 프레임에 고정되어 있다. 다른 부분은 도 63의 경우와 거의 동일하다. 즉 회전판(191)에는 발전용 영구 자석(31)이 설치되고, 그 영구 자석을 사이에 두도록 상하에 코일(고정자)(200)을 빈틈을 두고 배치하고 있다. 코일(200)과 회전판(191)의 빈틈을 조정하기 위하여 코일(200)은 나사 축(207)으로 유지하고, 그 나사 축(207)은 브래킷(209)에 회전이 자유롭도록, 또한 축 방향으로 이동하지 않도록 유지한 너트 부재(208)와 나사 결합시키고 있다. 너트 부재(208)는 예컨대 스프로킷(210)과 체인으로 구동할 수 있다(도 63, 도 64 참조).

또한, 상상선으로 도시한 바와 같이 코일(200)에 가이드 롤러(285)를 장착하여 회전판(191)의 연장부에 설치한 가이드(191a)와 대향시키도록 하여도 좋다. 이에 따라 코일(200)과 회전판(191) 사이의 최소의 빈틈을 확보할 수 있고, 둘의 간섭을 피할 수 있다. 즉 가이드 롤러(285)와 가이드(191a)는 코일(200)의 이동에 대한 스토퍼로서 작용한다. 또한, 회전판(191) 측에 가이드 롤러(285)를 배치하고, 코일(200) 측에 그 가이드 롤러(285)와 서로 대향하는 가이드를 설치할 수도 있다.

도 77의 풍력 발전 시스템(287)은 얇은 원통 형상의 회전판(회전자)(191)의 외측에만 코일(고정자)(200)을 설치하고, 나사 축(207)으로 회전판(191)과의 간격을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 회전판(191)에 자전거 바퀴의 스포크 와 동일한 지지 부재(288)를 장착하고, 그 중심의 보스(23)에 연결하고 있다. 이러한 스포크 형상의 지지 부재(288)는 와이어나 가는 봉재에 의해 구성하므로, 회전판(191)의 중량 및 그 회전판에 연결되는 날개차의 중량을 지지할 수 없다. 따라서, 회전판(191)의 하단에 설치한 롤러(282)와 그 하방에 설치한 가이드 레일(283)로 지지한다. 날개차의 하단, 예컨대 세로 날개의 하단에 롤러를 형성하여도 된다. 상기와 같은 스포크 형상의 지지 부재(288)를 이용하는 경우에는, 회전판(191)의 중심 위치를 흔들리지 않도록 지지할 수 있고, 아울러 회전 부분을 경량으로 구성할 수 있다.

도 78의 날개차(290)는 상하의 링(291)으로 세로 날개(26)를 지지함과 동시에, 각각의 링(291)에 스포크 형상의 지지 부재(292)를 설치하고, 그 중심의 보스(23)로 날개차 전체를 지지하고 있다. 이들 보스(23)는 도 2의 풍력 발전 시스템(10)과 마찬가지로 베어링이나 축으로 지지할 수 있다. 위 또는 아래의 링(291)의 외주면 또는 상면 내지 하면에는, 도 76, 도 77 등 전술한 어느 하나의 힘-전기 변환 기구를 설치한다. 즉, 링 측에 자석을 구비한 회전자를 설치하고, 그 회전자에 인접하여 코일을 구비한 고정자를 배치한다. 또한, 스포크 형상의 지지 부재(292) 대신 또는 지지 부재(292)와 함께, 도 6과 동일한 가로 날개(도 2의 부호 25 참조)를 설치할 수도 있다. 상기한 바와 같이 스포크 형상의 지지 부재 (292)로 세로 날개를 지지하는 경우에는 날개차를 경량화할 수 있다.

본 발명의 풍력 발전 시스템에서는, 날개차가 회전하면, 프레임과 날개차에 각각 환 형상으로 배열한 계자용 자석과 코일로 소위 리니어 모터와 반대의 작용으로 발전한다. 그리고 이러한 계자용 자석이나 코일은 날개차의 주위 내지 도중의 원주를 따라 다수 배열할 수 있어 상대적인 속도는 상당히 빨라진다. 또한 바람을 받는 날개차의 외주부에서 발전하므로 중심부에 큰 힘을 전달할 필요가 없고, 날개차를 경량으로 할 수 있다. 따라서 미풍에서도 날개차가 회전하기 쉽고, 또한 날개차의 회전 속도가 느린 경우에도 코일군으로부터 충분한 발전량을 얻을 수 있다.

상기 계자용 자석이 날개차의 외주부 부근 내지 중간부에 환 형상으로 배열되어 있고, 상기 프레임에서의 이들 코일군과 근접하는 위치에 링 형상의 부재가 설치되며, 그 링 형상의 부재에 상기 코일군이 장착되어 있는 풍력 발전 시스템에서는, 전기 배선을 필요로 하는 코일군을 정지되어 있는 프레임에 설치하고 있으므로 구조가 간단해진다. 또한 미끄럼 운동하는 부품, 예컨대 브러시 등이 불필요하므로 회전 저항이 적다. 따라서, 미풍에서도 회전하기가 쉽다. 또한 프레임에 설치한 링 형상의 부재로 코일군을 지지할 수 있으므로, 프레임 전체의 형상은 비교적 임의로 선택할 수 있다.

상기 코일군이 장착되어 있는 링 형상의 부재가 날개차에 환 형상으로 장착되는 계자용 자석을 사이에 두도록 한 쌍으로 설치되어 있고, 어느 하나의 코일군 및 다른 하나의 코일군이 교류를 발생시키도록 각각 교대로 또는 순환적으로 배열되는 복수의 코일군을 구비하고 있고, 어느 하나의 특정 위상의 코일군과 그 위상에 대응하는 위상의 다른 하나의 코일군이 둘레 방향으로 어긋나게 배열됨과 동시에, 어느 하나의 코일군과 그 코일군과 대응하는 위상의 다른 하나 코일군이 직렬 로 접속되어 있는 경우에는, 다른 하나의 코일군과 계자용 자석 사이에 발생하는 자력과 어느 하나의 코일군과 계자용 자석 사이에 발생하는 자력이 자연스럽게 균형을 이룬다. 따라서 계자용 자석과 다른 하나의 코일군 사이의 빈틈 및 계자용 자석과 어느 하나의 코일군 사이의 빈틈을 그다지 크게 하지 않아도, 어느 하나 또는 다른 하나에 일방적으로 커다란 힘이 가해지지 않는다.

그러한 경우, 상기 어느 하나 및 다른 하나의 코일군이 3상 교류를 발생시키도록 각각 순환적으로 배열되는 제1 코일군, 제2 코일군 및 제3 코일군을 구비하고 있고, 어느 하나의 제1 코일군이 다른 하나의 제2 코일군 또는 제3 코일군과 대향하도록 서로 어긋나 있는 경우에는, 날개차가 회전하여 계자용 자석이 다른 하나의 코일군과 어느 하나의 코일군 사이를 주행함에 따라 제1 코일군, 제2 코일군 및 제3 코일군으로부터 3상 교류를 추출할 수 있다.

상기 링 형상의 부재가, 포개진 복수 개의 금속판으로 이루어지는 코어와 그 외주에 감긴 도선으로 이루어지는 코일군 및 이들을 일체로 굳히는 합성 수지로 이루어지는 소정의 길이의 링편을 복수 개 링 형상으로 연결한 것인 경우에는 링편을 작게 할 수 있으므로 제조 및 조립이 용이해진다.

상기 날개차의 외주부 또는 중간 부분과 프레임 사이에 날개차의 회전을 허용하면서 날개차의 중량의 적어도 일부를 지지하는 원환 형상의 지지 수단이 개재되어 있는 경우에는 날개차의 축과 베어링의 저항이 적어진다. 따라서 미풍으로도 회전하기가 쉽고, 잘 멈추지 않는다.

상기 지지 수단이 프레임과 날개차 중 어느 하나에 설치되는 전동체군 또는 접동체군과 다른 하나에 설치되며 전동체군 또는 접동체군과 접촉하는 주행로로 이루어지는 경우에는, 각각의 롤러 또는 슬라이더가 날개차의 중량을 분담하고, 아울러 마찰 저항이 적어지므로, 지지 부재에서의 회전 저항이 적어진다.

상기 지지 수단이 프레임에 설치되는 제1 자석군과 이들의 자석군과 서로 반발하도록 날개차에 설치되는 제2 자석군으로 이루어지는 경우에는 접촉 없이 지지할 수 있으므로 지지 부재에서의 저항이 훨씬 적어진다. 그러한 경우, 또한 상기 제1 자석군이 프레임에 대하여 실질적으로 연속되는 환 형상으로 배열되어 있고, 상기 날개차가 방사상으로 배열되는 복수 개의 날개를 가지며, 상기 제2 자석군이 이들 날개를 지지하도록 방사상으로 배열되어 있는 경우에는, 중량이 집중되는 날개 부분에서 제2 자석군이 프레임의 제1 자석군으로부터 자력의 반발을 받는다. 따라서 날개차가 안정적이고 효율적으로 지지된다.

상기 프레임과 날개차에 설치되는 복수 개의 계자용 자석과 코일군 간의 빈틈을 조정하기 위한 간격 조정 수단을 구비하고 있는 풍력 발전 시스템의 경우에는, 풍력의 크기에 따라 또는 열팽창의 여부에 따라 계자용 자석과 각 코일간의 빈틈을 조정할 수 있다. 따라서 발전 효율이 향상되고, 회전수가 낮은 경우에도 발전량이 많은 풍력이 일시적으로 약해졌을 때 상기 코일군의 일부 내지 전부에 전류를 흘려 계자용 자석과 코일군에 리니어 모터의 작용을 발생시키고, 이에 따라 풍차에 회전 토크를 주도록 구성되어 있는 풍력 발전 시스템은, 바람이 일시적으로 약해져도 날개차를 멈추지 않고 회전을 유지시킬 수 있다. 또한 회전 시작시에 발전에 의한 저항을 적게 할 수 있다. 따라서 정지 마찰 저항이 커도 회전을 원활하 게 시작하도록 할 수 있고, 미풍이어도 효율적으로 발전을 할 수 있다.

상기 지지 수단이 프레임 또는 날개차 중 어느 하나에 회전 중심을 중심으로 하는 원환 형상의 가이드와 다른 하나에 설치되며 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더로 구성되는 경우에는 날개차의 중량을 지지할뿐만 아니라, 반경 방향의 힘도 지지하고 가이드할 수 있다. 따라서 날개차의 중심 샤프트의 강도 및 강성을 높게 할 필요는 없고, 샤프트나 베어링을 생략할 수도 있다. 이에 따라 날개차를 현저하게 경량화할 수 있다.

본 발명의 풍력 발전 시스템의 제2 태양은, 프레임에 대한 날개차의 지지를 원환 형상의 가이드와 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더로 행하고 있으므로, 날개차의 중심축의 강도 및 강성은 높게 할 필요는 없고, 중심축이나 베어링을 생략할 수도 있다. 이에 따라 날개차를 경량으로 구성할 수 있고, 날개차의 대형화에도 용이하게 대응할 수 있다.

상기 가이드 및 슬라이더로 날개차를 회전이 자유롭도록 지지하고 있는 시스템에서 가이드 및 슬라이더를 리니어 슬라이드 볼 베어링의 가이드와 슬라이더에 의해 구성하는 경우에는 슬라이딩 저항이 적고 날개차의 회전이 원활하다. 또한 상기 원환 형상의 가이드가 그 양면에 매끈러운 가이드면을 가지며, 상기 슬라이더가 이들 가이드면을 따라 구름 이동하며, 수직 방향의 축 방향으로 회전하는 가이드 롤러를 구비하고 있는 경우에는, 두께를 크게 하지 않아도 슬라이더가 확실하게 가이드된다. 이에 따라, 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 적절하게 유지하면서 안정적으로 회전한다. 상기 구성을 날개차의 회전 중심이 수평 방향을 향하고 있 는 형태의 풍차에 적용하는 경우에는 바람의 방향이 일정한 경우에 효율적으로 발전할 수 있다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제1 태양에서는, 이동자의 양측의 자극(자석)을 쌍으로 구성하고 있으므로, 동일한 자기 회로 상에서 양측의 자석이 동작하게 되어, 이동자의 편심이 발생하여도 양측의 자석의 자기 흡인력이 균형을 이루어 이동자 전체적으로 힘이 제로가 되고, 또한 이동자를 이동시키는 힘이 발생하는 것은 계산상 없어진다. 또한 동일한 자기 회로 상에 자석을 장착하므로, 종래 구조의 방식에서는 필요하였던 자극간의 회전자 요크부를 필요로 하지 않고, 이동자의 중량 감소와 이동자의 폭(이동 방향으로 대하여 횡방향의 폭)을 감소할 수 있다는 효과를 이룬다. 또한 서로 이웃하는 자석부를 비자성 금속체로 결합하고 있는 경우에는 인접하는 자극으로 자속이 새는 것도 없어진다.

본 발명의 영구 자석의 배치 구조에서는 서로 이웃하는 영구 자석의 반발력과 흡인력을 감소할 수 있고, 따라서 영구 자석의 장착 작업이 용이해져 현지에서의 조립 작업 시간을 단축할 수 있다. 또한 영구 자석간의 흡인력이 감소하므로 발전기의 분해 점검 작업이 용이하고, 또한 영구 자석간의 반발력 대책으로서 영구 자석을 고정하는 구조물을 필요로 하지 않는 효과가 있다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제2 태양은, 두 고정자의 자속 분포의 차이에 따른 유기 전압의 차이를 회전자의 자극쌍의 양측의 고정자 코일을 교차시킴으로써 양측의 고정자 코일에 항상 흐르는 순환 전류의 발생을 막고, 양측의 고정자의 발생 전압을 동일하게 하여 부하 전류의 흐름을 균등하게 할 수 있고, 부하시의 자속 분포를 양측의 고정자 모두 동일하게 함으로써 자기 흡인력을 감소시킬 수 있다. 특히, 외측의 고정자 코일의 배열을 u-z-v-x-w-y로 하고 내측의 고정자 코일의 배열을 x-w-y-u-z-v로 하여, 이들 코일의 배열을 대향시키고, 각 동상 사이에서 고정자 코일을 교차시키는 경우에는 발생 전압이 균등해져 양측의 고정자 코일간에서의 순환 전류의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 풍력 발전 시스템의 제3 태양은 중심부에 축을 갖지 않으므로 경량으로 구성할 수 있고, 적은 바람으로 회전할 수 있다.

본 발명의 전기-힘 변환 장치의 제3 태양에서는, 이동측 반발 자석 또는 고정측 반발 자석이 양측의 고정측 반발 자석 또는 이동측 반발 자석에 의해 반발되고 중립 위치에 오도록 가압된다. 즉, 어느 하나에 근접하도록 변위되면, 그 측의 상대방 측 반발 자석에 의한 반발력이 강해져 원래의 위치로 되돌아간다. 따라서, 이동자는 안정적으로 이동하고, 이동자가 회전자인 경우에는 안정적으로 회전한다.

이러한 전기-힘 변환 장치에 있어서, 상기 고정측 반발 자석이 이동자를 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있는 경우에는, 고정자의 양측에서 상기한 안정화 작용을 얻을 수 있으므로 좌우의 경사가 적어져 훨씬 안정적으로 이동한다. 반대로 이동측 반발 자석이 고정자를 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있는 경우에도 양측의 이동측 반발 자석이 고정측 반발 자석에 의해 중립 위치에 가압되므로 안정적으로 이동한다.

또 상기 간격 조정 수단이 주위의 온도 변화로 프레임 내지 날개차의 치수가 변화되었을 때 상기 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 소정의 범위로 유지하도록 자동으로 조정하는 것인 경우에는, 발전량이 안정된다.

한편, 상기 간격 조정 수단이 풍력이 약할 때 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 넓히고, 풍력이 셀 때 빈틈을 좁히도록 자동 조정하는 경우에는, 풍력이 약할 때 발전량을 저하시키고 회전 저항을 감소시키고, 풍력이 셀 때 발전량을 증가시킬 수 있다. 따라서 발전 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 발전 장치에서는, 기류 통로의 상부와 하부가 외기에 연통되어 있는 상태에서는 상부와 하부 사이에서 기압차가 발생하고, 기류 통로 내에 상승 기류가 발생한다. 따라서 바람이 불지 않은 경우에도 그 상승 기류에 의해 날개차를 회전시킬 수 있고, 발전할 수 있다.

이러한 발전 장치에서, 상기 날개차가 연직 방향으로 연장되는 회전 축심 방향으로 회전하는 것인 경우에는, 날개 전체가 상승 기류를 받도록 할 수 있다. 따라서 상승 기류에 의해 발생하는 회전력을 충분히 활용할 수 있다. 단, 수평 방향의 회전 축심 방향으로 회전하는 것이어도 좋으며, 그러한 경우에는 예컨대 상향으로 회전하는 부분만을 기류 통로 내에 노출시킨다. 그리고 하향으로 회전하는 부분은 빗물을 받아 회전하는 물레방아로 할 수도 있다.

또한 상기 기류 통로가 건물과 일체로 구성되어 있는 경우에는, 건물을 따라 발생하는 상승 기류를 날개차의 회전에 유효하게 이용할 수 있다. 또한 기류 통로를 건물 벽 등으로 구성할 수 있으므로, 대형의 발전 장치를 용이하고 저렴하게 제조할 수 있어 경제성이 향상된다.

상기 기류 통로가 개폐가 자유로운 창을 구비한 통 형상의 형태를 갖는 외벽 에 의해 구성되어 있는 경우에는, 바람이 센 경우에는 창을 개방하여 측방으로부터의 바람을 내부로 도입하여 상승 기류로 만들어 날개차를 회전시킬 수 있다. 따라서 바람이 약한 경우, 또는 태풍 등 지나치게 바람이 센 경우에는 벽면을 닫아 상승 기류로만 발전하도록 할 수 있다. 따라서 발전 효율이 현저하게 향상될 수 있고, 아울러 날개차를 강풍으로부터 보호할 수 있다.

상기 기류 통로의 외면 내지 내부에 태양 열을 받아 온도 상승하는 열 흡수부를 구비하고 있는 경우에는, 태양 열을 받은 부분의 공기의 온도가 상승하고, 팽창에 의해 공기 밀도가 감소하고, 그에 따라 온도 상승한 공기가 기류 통로 내를 상승한다. 따라서 상승 기류가 훨씬 강해져 발전 효율이 향상된다. 열 흡수부로서는 적외선을 흡수하기가 쉬운 검정색 내지 어두운 색의 도장면을 설치하거나, 그 색의 필름을 서로 접착한 것이 사용된다. 기류 통로를 투명한 벽면으로 구성하는 경우에는, 외부로부터의 적외선을 투과시키고, 내부로부터의 적외선을 잘 투과시키지 않는 필름을 설치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 기류 통로가 건물의 폐열 통로를 겸하고 있는 경우에는, 에어컨 등의 폐열을 기류 통로에 의해 효율적으로 배출할 수 있고, 아울러 그 폐열에 의해 상승 기류를 세게 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 코일군 중 적어도 몇개의 코일군이 직렬/병렬의 전환이 자유롭도록 배선되어 있고, 풍력이 약할 때 병렬로 전환하여 낮은 전압으로 발전하고, 풍력이 셀 때 직렬로 전환하여 높은 전압으로 발전하도록 구성하는 경우에는, 미풍에서 강풍까지 효율적으로 발전을 행할 수 있다.

본 발명의 열 변환 시스템은 제2 열 변환기에서 냉각 또는 가열된 열 매체의 열을 지상 부근의 제1 열 변환기로 추출할 수 있으므로, 냉각이나 난방에 사용하는 에너지를 절약할 수 있다. 또한 열 매체의 순환에 전술한 풍력 발전 시스템을 사용함으로써, 에너지 절감을 현저하게 도모할 수 있다.

Claims

프레임과, 그 프레임에 의해 회전이 자유롭게 지지되는 날개차와, 그 날개차 또는 프레임 중 어느 하나에 날개차의 회전 중심으로부터 동일 거리로 배열되는 복수 개의 계자용 자석과, 다른 하나에 환 형상으로 배열되는 코일군으로 이루어지고,

상기 계자용 자석과 코일군이 근접하여 상대적으로 운동함으로써 리니어 모터와 반대의 작용으로 코일군이 전력을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 계자용 자석이 날개차의 외주부 부근 내지 중간부에 환 형상으로 배열되어 있고, 상기 프레임에서의 이들 코일군과 근접하는 위치에 링 형상의 부재가 설치되고, 그 링 형상의 부재에 상기 코일군이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제2항에 있어서,

상기 코일군이 장착되어 있는 링 형상의 부재가 날개차에 환 형상으로 장착되는 계자용 자석을 사이에 두도록 한 쌍으로 설치되어 있고,

어느 하나의 코일군 및 다른 하나의 코일군이 교류를 발생시키도록 각각 교 대로 또는 순환적으로 배열되는 복수의 코일군을 구비하고 있으며,

어느 하나의 특정 위상의 코일군과 그 위상에 대응하는 위상의 다른 하나의 코일군이 둘레 방향으로 어긋나게 배열됨과 동시에, 어느 하나의 코일군과 그 코일군과 대응하는 위상의 다른 하나의 코일군이 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제3항에 있어서,

상기 어느 하나 및 다른 하나의 코일군이 3상 교류를 발생시키도록 각각 순환적으로 배열되는 제1 코일군, 제2 코일군 및 제3 코일군을 구비하고 있고, 어느 하나의 제1 코일군이 다른 하나의 제2 코일군 또는 제3 코일군과 대향하도록 서로 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제2항에 있어서,

상기 링 형상의 부재가, 포개진 복수 개의 금속판으로 이루어지는 코어와 그 외주에 감기는 도선으로 이루어지는 코일군 및 이들을 일체로 굳히는 합성 수지로 이루어지는 소정의 길이의 링편을 복수 개 링 형상으로 연결한 것인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 날개차의 외주부 또는 중간 부분과 프레임 사이에 날개차의 회전을 허 용하면서 날개차의 중량의 적어도 일부를 지지하는 원환 형상의 지지 수단이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제3항에 있어서,

상기 지지 수단이 프레임과 날개차 중 어느 하나에 설치되는 전동체군 또는 접동체군과 다른 하나에 설치되어 전동체군 또는 접동체군과 접촉하는 주행로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제3항에 있어서,

상기 지지 수단이 프레임에 설치되는 제1 자석군과 이들 자석군과 서로 반발하도록 날개차에 설치되는 제2 자석군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제8항에 있어서,

상기 제1 자석군이 프레임에 대하여 실질적으로 연속되는 환 형상으로 배열되어 있고, 상기 날개차가 방사상으로 배열되는 복수 개의 날개를 가지며, 상기 제2 자석군이 이들 날개를 지지하도록 방사상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 프레임과 날개차에 설치되는 복수 개의 계자용 자석과 코일군 간의 빈틈을 조정하기 위한 간격 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항에 있어서,

풍력이 일시적으로 약해졌을 때 상기 코일군의 일부 내지 전부에 전류를 흘려, 계자용 자석과 코일군에 리니어 모터의 작용을 발생시키고, 이에 의해 풍차에 회전 토크를 주도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제3항에 있어서,

상기 지지 수단이 상기 프레임 또는 날개차 중 어느 하나에 회전 중심을 중심으로 하는 원환 형상의 가이드와, 다른 하나에 설치되며 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
프레임과, 그 프레임에 의해 회전이 자유롭게 지지되는 날개차와, 그 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기로 이루어지고,

상기 프레임 또는 날개차 중 어느 하나에 회전 중심을 중심으로 하는 원환 형상의 가이드가 설치되고, 다른 하나에 그 가이드를 따라 주행하는 슬라이더가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 가이드 및 슬라이더가 리니어 슬라이드 볼 베어링의 가이드와 슬라이더인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제12항에 있어서,

상기 원환 형상의 가이드가 그 양면에 매끈러운 가이드면을 가지고, 상기 슬라이더가 이들 가이드면을 따라 구름 이동하며, 수직 방향의 축 주위로 회전하는 가이드 롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항 또는 제9항에 있어서,

상기 날개차의 회전 중심이 수평 방향을 향해 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
이동자와, 그 양측 또는 편측에 배치되는 고정자를 가지며, 상기 이동자의 양면에 N극과 S극의 쌍으로 구성한 자석부를 N극과 S극, S극과 N극이 교대로 위치하도록 이동자의 둘레 방향을 따라 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제17항에 있어서,

서로 이웃하는 자석부를 비자성 금속체로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
영구 자석의 일면을 동일한 극면에 나란히 설치함과 동시에, 두 영구 자석 사이에 상기 영구 자석의 두께보다 짧은 자성체를 개재시키고 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석의 배치 구조.
이동자의 자극의 양측에 고정자를 가지며, 상기 양측의 고정자에 감아 장착하는 고정자 코일을 동상 사이에서 서로 교차시키고 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제20항에 있어서,

어느 하나의 고정자 코일의 상 순서를 u-z-v-x-w-y 상으로 한 경우, 다른 하나의 고정자 코일의 상 순서를 x-w-y-u-z-v 상으로 하여, 이들을 대향하여 배열함과 동시에, 양측의 고정자 코일을 동상 사이에서 서로 교차시키고 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
복수 개의 날개와, 이들 날개를 환 형상으로 배열하여 유지하는 환 형상의 지지 부재와, 그 지지 부재와 대향하여 설치되며 상기 지지 부재를 지지하는 가이드 부재와, 상기 지지 부재와 가이드 부재 중 어느 하나에 설치되는 계자용 자석과, 다른 하나에 설치되어 상기 계자용 자석과 상대적으로 운동함으로써 전기를 발 생하는 코일을 구비하며, 날개의 중심부에 축을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
이동자와, 그 이동자의 양측에 배치되는 고정자와, 상기 이동자와 함께 이동하도록 배치되는 이동측 반발 자석과, 그 이동측 반발 자석과 반발하는 고정측 반발 자석을 구비하며, 상기 이동자를 중립 위치에 가압하도록 상기 이동측 반발 자석 및 고정측 반발 자석 중 어느 하나가 다른 하나를 사이에 두도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제23항에 있어서,

상기 고정측 반발 자석이 이동자를 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제23항에 있어서,

상기 이동측 반발 자석이 고정측 반발 자석을 사이에 두고 한 쌍으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제10항에 있어서,

상기 간격 조정 수단이 주위의 온도 변화로 프레임 내지 날개차의 치수가 변화되었을 때 상기 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 소정의 범위로 유지하도록 자 동으로 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제10항에 있어서,

상기 간격 조정 수단이 풍력이 약할 때 계자용 자석과 코일군간의 빈틈을 넓히고, 풍력이 강할 때 빈틈을 좁히도록 자동 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 코일군 중 적어도 몇 개의 코일군이 직렬/병렬의 전환이 자유롭게 배선되고 있으며, 풍력이 약할 때 병렬로 전환하여 낮은 전압으로 발전하고, 풍력이 강할 때 직렬로 전환하여 높은 전압으로 발전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
상부 및 하부가 외기와 연통되는 길이 방향의 기류 통로와, 그 기류 통로 내에 설치되는 상향의 기류에 의해 회전하는 날개차와, 그 날개차의 회전부와 연동하여 작동하는 발전기를 구비하고 있는 날개차를 이용한 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 날개차가 연직 방향으로 연장되는 회전 축심 주위로 회전하는 것을 특 징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 기류 통로가 건물과 일체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 기류 통로가 개폐가 자유로운 창을 구비한 통 형상의 형태를 갖는 외벽 에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 기류 통로의 외면 내지 내부에 태양 열을 받아 온도가 상승하는 열 흡수부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제31항에 있어서,

상기 기류 통로가 건물의 폐열 통로를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 기류 통로를 구성하는 파이프가 환 형상으로 복수 개 배열되어 있고, 이들 파이프에 의해 지지되는 횡풍용 풍력 발전 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제29항에 있어서,

상기 기류 통로를 구성하는 파이프가 복수 개 환 형상으로 배열되어 있고, 이들 파이프 열의 하부에 태양열을 받아 온도 상승하는 열 흡수부를 구비하고 있으며, 그 열 흡수부와 파이프의 하부가 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
지상 부근에 설치되는 제1 열 변환기와, 지상 부근과 온도가 다른 위치에 설치되는 제2 열 변환기와, 제1 열 변환기와 제2 열 변환기 사이를 루프 형상으로 연결하는 배관과, 그 배관 내를 흐르는 열 매체에 순환류를 가져오는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
제37항에 있어서,

상기 열 매체에 순환류를 가져오는 수단의 동력이 풍력에 의해 조달되는 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
제1항에 있어서,

상기 날개차가 한 쌍의 링과, 이들 링으로 유지하는 날개와, 링에 설치되는 스포크 형상의 지지 부재 및 그 지지 부재의 중심에 설치되는 보스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제17항에 있어서,

상기 이동자가 계자용 자석을 구비한 박판 형상의 회전판에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.
제40항에 있어서,

상기 회전판의 단부에 회전판과 직교하는 방향의 보강 벽이 설치되어 있고, 그 보강 벽이 가이드되고 있는 것을 특징으로 하는 전기-힘 변환 장치.