KR100958670B1

KR100958670B1 - 가로등용 풍력 발전시스템

Info

Publication number: KR100958670B1
Application number: KR1020090074428A
Authority: KR
Inventors: 황도원; 여성권
Original assignee: 풍력가로등(주)
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2010-05-20

Abstract

본 발명은 가로등 지주의 상단에 고정자가 고정되고, 상기 고장자의 상부에 원통형의 회전자가 결합되어지며, 상기 회전자에 블레이드가 결합되어지는 가로등용 풍력 발전시스템에 있어서, 상기 고정자는 상기 지주의 상단에 지주결합부가 결합되어지고 상기 지주결합부 상측으로 지주허브가 돌출형성되어, 상기 지주허브의 외측으로 코어가 고정되어지되, 상기 코어는 중공의 원통형으로 형성되고 상기 코어의 외측으로 코일권선부가 방사형으로 돌출형성되어 상기 코일권선부에 코일이 권선되어지고, 상기 회전자는 상기 고정자의 지주허브 외주면에 설치된 베어링에 의하여 캡허브가 회동가능하게 결합되어지고, 상기 캡허브에 캡이 연결되어 고정되어지되, 상기 캡은 상기 고정자의 코어를 감싸면서 그 내주면에 N극과 S극의 영구자석이 배치되어지고, 상기 회전자의 캡 외주면에는 다수개의 링형상의 플랜지가 일정간격을 두고 상,하로 결합되고, 상기 플랜지에 블레이드 고정편이 고정되어 상기 블레이드 고정편에 블레이드가 고정되어지며, 상기 블레이드는 상기 회전자의 반경방향으로 굽어지게 형성되며, 상기 블레이드의 상단 및 하단에는 유로가드가 각각 구비되어지는 것을 특징으로 한다.

가로등, 풍력

Description

가로등용 풍력 발전시스템{Wind power system for using in road lamp}

본 발명은 가로등용 풍력 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 가로등용 풍력 발전시스템에 관한 것이다.

최근 화석연료의 고갈에 따른 에너지위기 및 환경오염의 심각성이 대두됨에 따라, 청정에너지인 풍력이나 조력을 이용하여 전력을 생산하기 위해 세계 각국에서 기술 개발되고 있다.

이러한 전력 생산 과정을 풍력을 기준으로 살펴보면, 바람을 받아서 회전력을 일으키는 팬에 구동축이 연결되고, 상기 구동축의 회전속도를 증속시켜 발전기에 연결하는 증속기어가 구비된다. 발전기는 증속기어에 연결된 로터(rotor, 회전체)를 회전하여, 로터와 스테이터(stator,고정체) 간 전자기유도작용으로 기전력을 발생시킨다.

즉, 종래의 풍력 발전기는 풍력과 같이 저속의 회전력을 이용하기 위해서 반드시 증속기어가 구비되어야 하며, 발전기도 별도의 공간을 구비하여야 하므로, 대용량 발전을 위해서는 많은 부피를 차지하게 된다. 또한, 증속기어를 거치면서 동력의 손실이 발생한다는 문제점도 있다.

이와 같이, 종래의 풍력 발전을 위한 발전기는 많은 공간을 차지하므로, 가로등과 같이 적은 용량에 사용하기에는 부적합하여, 사용이 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 가로등과 같이 협소한 장소에도 풍력을 이용하여 충분한 발전을 할 수 있는 풍력 발전 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 협소한 장소에서도 고효율로 발전할 수 있는 가로등용 풍력 발전시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자, 가로등 지주의 상단에 고정자가 고정되고, 상기 고정자의 상부에 원통형의 회전자가 결합되어지며, 상기 회전자에 블레이드가 결합되어지는 는 가로등용 풍력 발전시스템에 있어서,
상기 고정자는 상기 지주의 상단에 지주결합부가 결합되어지고 상기 지주결합부 상측으로 지주허브가 돌출형성되어 상기 지주허브의 외측으로 코어가 고정되어지되, 상기 코어는 중공의 원통형으로 형성되고 상기 코어의 외측으로 코일권선부가 방사형으로 돌출형성되어 상기 코일권선부에 코일이 권선되어지고,
상기 회전자는 상기 고정자의 지주허브 외주면에 설치된 베어링에 의하여 캡허브가 회동가능하게 결합되어지고, 상기 캡허브에 캡이 연결되어 고정되어지되, 상기 캡은 상기 고정자의 코어를 감싸면서 그 내주면에 N극과 S극의 영구자석이 배치되어지고,
상기 회전자의 캡 외주면에는 다수개의 링형상의 플랜지가 일정간격을 두고 상,하로 결합되고, 상기 플랜지에 블레이드 고정편이 고정되어 상기 블레이드 고정편에 블레이드가 고정되어지며, 상기 블레이드는 상기 회전자의 반경방향으로 굽어지게 형성되며, 상기 블레이드의 상단 및 하단에는 유로가드가 각각 구비되어지는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 코어는 N극과 S극을 가지는 인접한 상기 영구자석 간의 자기장이 주로 형성되도록 형성한다.

삭제

또한, 상기 블레이드의 내측면에는 다수의 보강블레이드가 구비되고 상기 블레이드의 외측단에는 외측가이드가 구비된다.

삭제

그리고, 상기 베어링은, 상기 캡의 자중으로 인해 발생하는 축방향 하중과, 상기 캡허브와 상기 지주 허브 사이에 발생하는 반경방향 하중을 모두 지탱할 수 있도록 형성된다.

또한, 상기 베어링은, 다수의 테이퍼 베어링을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 베어링은, 래디얼 베어링과 트러스트 베어링의 조합으로 구성될 수도 있다.

상기 코어는 중공이 형성된 원통형으로 형성되며, 상기 코일은 상기 코어의 외주면에 권선된 것이 효과적이다.

또한, 상기 코어의 외측으로 코일권선부가 방사형으로 돌출형성되어 상기 코일권선부에 코일이 권선되어진다.

상기 코어는, 다수의 판이 상기 지주의 길이방향으로 적층되어 형성된다.

여기서, 상기 영구자석에 의해 형성되는 자기장의 형상이 'U'자형인 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

먼저, 본 발명에 따른 가로등용 풍력 발전시스템은 가로등의 중심축 주위에 발전기가 배치됨으로써, 별도의 발전기를 위한 공간이 필요 없다는 장점이 있다.

그리고, 블레이드에 유로 가드가 형성됨으로써, 풍력발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

또한, 자기장이 인접한 영구자석 간에 발생하도록 함으로써, 동일한 영구자석으로도 큰 크기의 자기장을 형성할 수 있다. 이는 곧 발전기의 효율을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 베어링이 축방향 하중 및 반경방향 하중을 모두 지탱할 수 있도록 형성됨으로써, 캡이 지주허브에 가하는 하중을 베어링이 모두 지탱한다. 따라서, 캡과 지주허브를 포함하는 하부 구조물 사이에 접하는 부위를 모두 제거할 수 있어, 캡이 회전하는 운동을 방해하는 요소를 모두 제거할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 가로등용 발전시스템의 단면도이다.

가로등 지주(10)의 상단에 고정된 고정자(100)와, 상기 고정자(100)에 회동 가능하게 결합된 원통형 회전자(200)와, 상기 회전자의 외주면(200)에 고정되며 반경 방향으로 연장되도록 형성된 다수의 블레이드(300)를 포함한다.

상기 고정자(100)는 상기 지주(10)의 상단에 지주결합부(110)가 결합되어지고 상기 지주결합부(110) 상측으로 지주허브(120)가 돌출형성되어, 상기 지주허브(120)의 외측으로 코어(130)가 고정되어지되, 상기 코어(130)는 중공의 원통형으로 형성되이지고, 상기 코어(130)의 외측으로 코일권선부(132)가 방사형으로 돌출형성되어 상기 코일권선부(132)에 코일(140)이 권선되어진다.
상기 회전자(200)는 상기 고정자(100)의 지주허브(120) 외주면에 설치된 베어링(400)에 의하여 회전자(200)의 캡허브(210)가 회동가능하게 결합되어진다.
상기 캡허브(210)에 캡(230)이 연결되어 고정되어지되, 상기 캡(230)은 상기 고정자(100)의 코어(130)를 감싸도록 구성되어진다. 또한 상기 캡(230)의 내주면에는 N극과 S극의 영구자석(220)이 배치되어진다.

삭제

즉, 상기 캡허브(210) 및 상기 지주 허브(120) 사이에는 베어링(400)이 설치된다.

삭제

도 2는 도 1의 블레이드가 설치된 회전자를 도시한 사시도이다.

상기 회전자(200)의 캡(230) 외주면에는 다수개의 링형상의 플랜지(310)가 결합되어지되, 상기 플랜지(310)는 일정간격을 두고 상,하로 결합되어진다. 또한, 상기 플랜지(310)에는 블레이드 고정편(320)이 고정되고 상기 블레이드 고정편(320)에 블레이드(300)가 고정된다.

이와 같이, 형성됨으로써, 개별 블레이드(300)의 파손시 교체가 용이하며, 블레이드 고정편(320)으로 인해, 블레이드(300)를 보다 경량의 소재를 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 캡(230)의 외주 상하에 플랜지(310)가 결합됨으로써, 블레이드(320)에서 발생된 하중이 캡(230)에 편심되어 적용되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 링형상의 플랜지로 인해, 캡(230)의 원주방향으로 균일한 하중을 전달할 수 있다는 장점이 있다.

블레이드(300)는 상기 회전자의 반경방향(도 2에서 R)으로 굽어지게 형성되며, 상기 블레이드(300)의 상단 및 하단에 유로 가드(301)(302)가 각각 구비된다. 즉, 유로가드(301)(302)는 상기 회전자의 오목한 부분을 상하단에서 막아주는 역할을 하여, 블레이드에 부딪힌 바람이 상하로 흩어져 동력 손실이 발생하는 것을 막아준다.

또한, 블레이드의 내측면에도 별도의 보강유로가드(303)가 구비된다. 상기 내측면에 구비된 보강유로가드(303)는 블레이드(300)에 부딪힌 바람이 바깥쪽으로 배출될 때, 층류가 형성되도록 함으로써, 난류로 인해 발생할 수 있는 동력의 손실을 저감할 수 있다.

또한 상기 블레이드(300)의 외측단에는 외측 가이드(304)가 구비되며, 상기 외측 가이드(304)는 상기 블레이드(300)의 굽어져 오목한 부분으로 꺾어져 형성된다. 즉, 외측 가이드(304)는 회전하는 방향의 토크를 발생시키는 면(오목하게 굽어진 면)을 향해 더 꺾이도록 형성된다. 이와 같이 형성됨으로써, 블레이드(300)의 굽어져 오목하게 형성된 면에 바람이 부딪혀 쉽게 외측으로 흘러나가는 것을 방지하여, 회전력을 더욱 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 고속으로 회전시, 블레이드(300)의 외측단에서 발생할 수 있는 와류를 줄여줄 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 가로등용 발전기는 가로등의 중심축 주위에 발전기가 배치됨으로써, 별도의 발전기를 위한 공간이 필요 없다는 장점이 있다. 즉, 가로등 지주의 중심축과 동심축을 가지는 회전자를 구비함으로써, 공간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.

코어(130)는 규소강판으로 형성되며, N극과 S극을 가지는 인접한 상기 영구자석 간의 자기장이 주로 형성되도록 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석에 의해 형성되는 자기장의 형상이 'U'자형으로 형성된다. 이와 같이 구현된 것은 발전기가 가로등 지주의 중심축 상에 직접 설치되므로, 마주보는 영구자석(220) 사이에 유효한 자기장을 형성하도록 하려면, 영구자석(220)을 아주 큰 용량을 사용하여야 한다는 문제점이 있다. 따라서, 자기장이 인접한 영구자석(220) 간에 발생하도록 함으로써, 동일한 영구자석으로도 큰 크기의 자기장을 형성할 수 있다. 이는 곧 발전기의 효율을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

인접한 영구자석 간에 자기장이 주로 형성되도록 하기 위한 방법으로 코어(130)의 형상을 이용하는 방법이 있다.

일예로 도 4에 도시된 바와 같이, 코어(130)는 중공이 형성된 원통형으로 형성되며, 상기 코어(130)의 외측으로 코일권선부(132)가 방사형으로 돌출형성되고, 상기 코일권선부(132)에 코일(140)이 권선되어진다. 또한, 상기 코어(130)는 다수의 판이 지주(10)의 길이 방향으로 다수 적층되어 형성된다. 코어가 이와 같이 형성됨으로써, 자기장은 코어(130)를 따라서 'U'자형으로 형성된다.

상기와 같이, 코어의 형상이 인접한 영구자석 간의 자기장이 주로 형성되도록 함으로써, 영구자석이 설치되는 캡의 반경이 종래의 발전기의 비해 커지더라도발전이 가능하도록 한다. 그 결과, 캡이 저속으로 회전하여도, 영구자석이 설치된 캡의 내주의 선속도는 고속이므로 발전이 효과적으로 일어날 수 있다.

또한, 회전하는 캡 및 그 내부로 발전기를 위한 모든 구성요소를 설치할 수 있으므로, 종래와 같이 발전기를 위한 증속기어박스를 위한 별도의 공간이 필요없다는 장점이 있다.

상기 캡허브(210) 및 상기 지주 허브(120) 사이에 베어링(400)이 설치된다. 상기 베어링(400)은, 상기 캡(230)의 자중으로 인해 발생하는 축방향 하중과, 상기 캡허브(210)와 상기 지주 허브(120) 사이에 발생하는 반경방향 하중을 모두 지탱할 수 있도록 형성된다.

즉, 상기 베어링(400)은, 트러스트 베어링(410)과 래디얼 베어링(420)의 조합으로 구성된다, 여기서 래디얼 베어링(420)은 테이퍼 베어링이 사용될 수 있다.

이와 같이, 베어링(400)이 축방향 하중 및 반경방향 하중을 모두 지탱할 수 있도록 형성됨으로써, 캡(230)이 지주허브(120)에 가하는 하중을 베어링(400)이 모두 지탱한다. 따라서, 캡(230)과 지주허브(120)를 포함하는 하부 구조물 사이에 접하는 부위를 모두 제거할 수 있어, 캡(230)이 회전하는 운동을 방해하는 요소를 모두 제거할 수 있다.

한편, 상기 베어링(1400)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 테이퍼 베어링(1410, 1420)으로 구비될 수 있다. 즉, 테이퍼 베어링(1410, 1420)을 도 6과 같 이 서로 반대방향으로 설치함으로써, 축방향 하중 및 반경방향 하중을 모두 지탱함과 아울러, 캡(230)에 편심하중이 가해져 도 6의 R 방향으로 흔들려도, 2개의 베어링(1410, 1420)이 이를 잡아주므로, 캡(230)이 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이는 영구자석과 코어간의 간격을 아주 좁게 조립하여도 서로 부딪힐 위험을 줄여주는 것으로서, 발전기의 발전효율을 훨씬 증대시킬 수 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 가로등용 풍력 발전시스템의 의 분리 단면도

도 2는 도 1의 캡과 블레이드의 사시도

도 3는 도 1의 코어와 영구자석에 의해 발생하는 자기장을 도식화한 평면도

도 4는 도 1의 코어의 분리단면도

도 5는 도 1의 결합된 상태의 단면도

도 6은 제 2 실시예의 가로등용 발전기의 단면도

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: 고정자 200: 회전자

300: 블레이드 301, 302 : 유로가드
303 : 보강유로가드 304 : 외측가이드

230: 캡 310: 플랜지

320: 블레이드 고정편 10: 지주

110: 지주 결합부 120: 지주허브

140: 코일 130: 코어

210: 캡허브 220: 영구자석

200: 캡 400: 베어링

1410, 1420: 테이퍼 베어링 420: 래디얼 베어링

410: 트러스트 베어링 132: 코일 권선부

Claims

가로등 지주(10)의 상단에 고정자(100)가 고정되고, 상기 고정자(100)의 상부에 원통형의 회전자(200)가 결합되어지며, 상기 회전자(200)에 블레이드(300)가 결합되어지는 가로등용 풍력 발전시스템에 있어서,

상기 고정자(100)는 상기 지주(10)의 상단에 지주결합부(110)가 결합되어지고, 상기 지주결합부(110) 상측으로 지주허브(120)가 돌출형성되어 상기 지주허브(120)의 외측으로 코어(130)가 고정되어지되, 상기 코어(130)는 중공의 원통형으로 형성되고,

상기 회전자(200)는 상기 고정자(100)의 지주허브(120) 외주면에 설치된 베어링(400)에 의하여 캡허브(210)가 회동가능하게 결합되어지고, 상기 캡허브(210)에 캡(230)이 연결되어 고정되어지되, 상기 캡(230)은 상기 고정자(100)의 코어(130)를 감싸면서 그 내주면에 N극과 S극의 영구자석(220)이 배치되어지고,

상기 회전자(200)의 캡(230) 외주면에는 다수개의 링형상의 플랜지(310)가 일정간격을 두고 상,하로 결합되고, 상기 플랜지(310)에 블레이드 고정편(320)이 고정되어 상기 블레이드 고정편(320)에 블레이드(300)가 고정되어지며,

상기 블레이드(300)는 상기 회전자(200)의 반경방향으로 굽어지게 형성되며, 상기 블레이드(300)의 상단 및 하단에는 유로가드(301)(302)가 각각 구비되어지는 것을 특징으로 하는 가로등용 풍력 발전시스템.
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제 1항에 있어서,

상기 블레이드(300)의 내측면에는 다수의 보강유로가드(303)가 구비되고, 상기 블레이드(300)의 외측단에는 외측 가이드(304)가 구비되어지는 것을 특징으로 하는 가로등용 풍력 발전시스템.
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제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 베어링(400)은 트러스트베어링(410)과 래디얼베어링(420)으로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 가로등용 풍력 발전시스템.
제 10항에 있어서,

상기 코어(130)의 외측으로 코일권선부(132)가 방사형으로 돌출형성되어 상기 코일권선부(132)에 코일(140)이 권선되어지는 것을 특징으로 하는 가로등용 풍력 발전시스템.
삭제
제 10항에 있어서,

상기 코어(130)는 다수의 판이 상기 지주(10)의 길이 방향으로 적층되어지는 것을 특징으로 하는 가로등용 풍력 발전시스템.
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