KR100724045B1

KR100724045B1 - 매그너스형 풍력 발전장치

Info

Publication number: KR100724045B1
Application number: KR1020057024446A
Authority: KR
Inventors: 노부히로 무라카미; 쥰 이토
Original assignee: 가부시키가이샤 메카로 아키타; 노부히로 무라카미
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2007-06-04
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: EP1715181B1; BRPI0418484A; CA2552297C; WO2005075820A1; EP1715181A1; CA2552297A1; JP3962755B2; RU2330988C2; RU2006132397A; JPWO2005075820A1; CN1846056A; HK1092515A1; AU2004315175B2; US7504740B2; AU2004315175A1; CN1846056B; KR20060035626A; EP1715181A4; US20070046029A1

Abstract

본 발명은 저풍속 영역에서 비교적 고풍속 영역에 걸쳐서 효율적으로 발전할 수 있는 매그너스형 풍력발전장치를 제공하는 것이다.

발전기구부(2)에 회전 토오크를 전달하는 수평회전축(3)과, 이 수평회전축(3)에서 방사형상으로 설치된 회전원주(5)들과, 각각의 회전원주(5)를 이들 회전원주(5)의 길이방향을 향하는 축의 둘레로 회전구동시키는 구동모터(15)를 구비하며, 각각의 회전원주(5)의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력에 의하여 수평회전축(3)을 회전시켜서 발전기구부(2)를 구동하는 매그너스형 풍력 발전 장치 A로서, 회전원주(5)들의 외주 표면의 적어도 일부에 볼록형상 또는 오목형상으로 형성된 공기유동수단(6)이 설치되고, 그 공기유동수단(6)에 의해 회전원주(5)의 외주 표면에 그 회전원주(5)의 길이방향을 향하는 축과 평행한 공기의 흐름 성분을 발생시켜서 매그너스 양력을 증대시키도록 이루어져 있다.

매그너스형 풍력발전장치, 회전원주, 발전기구부, 공기유동수단

Description

매그너스형 풍력 발전장치{Magnus Type Wind Power Generator}

본 발명은 각 회전원주의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력에 의하여 수평 회전축을 회전시켜서 발전 기구부를 구동시키는 매그너스형의 풍력 발전장치에 관한 것이다.

효율형 풍력 발전장치로서 사보니우스 풍차를 이용한 것이 실용화되고 있는데 사보니우스 풍차의 날개는 풍속 이상으로 회전할 수 없으며 발전능력도 작아서 대전력 발전에는 적합하지 않으며 또한 비교적 발전능력이 높은 실용적 풍력발전장치로서는 프로펠라형 풍차를 이용한 것이 있는데 풍차 효율을 비교적 저풍속 영역에서 높일 수 없다는 문제가 있다.

이들 방식 이외에는 수평 회전축에 대하여 방사형상으로 복수개 배치 설치된 회전 원주에 매그너스 양력을 발생시키고, 수평회전축을 회전시켜서 발전을 수행하는 매그너스형 풍력 발전 장치도 이미 공지의 기술이다. 이러한 기술을 미국 특허 제4366386호 명세서, 러시아 연방 특허 제2189494C2호 명세서에 개시되어 있다.

상기 미국 특허 제4366386호 명세서에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 회전 원주를 회전시킴으로써 매그너스 양력을 발생시키고 수평회전축을 회전시켜서 발전을 일으키고 있기 때문에 발전량을 높이기 위해서는 회전 원주의 회전속도를 올려서 매그너스 양력을 강하게 할 필요가 있다. 그러나 회전원주를 고속으로 회전시키기 위해서는 많은 에너지가 소비되어 발전 효율이 나빠지게 된다.

또 상기 러시아 연방 특허 제2189494C2호 명세서에 기재된 매그너스형 풍력 발전장치는 풍력에 의하여 회전하는 사보니우스 로우터를 이용하여서 회전 원주를 회전시키고 있기 때문에 회전 원주의 전동 기구를 생략할 수 있으며 또 회전 원주를 회전시키기 위한 구동 모터 등을 설치할 필요가 없지만 사보니우스 로우터는 풍속 이상으로 회전할 수 없고 회전 원주의 회전속도를 높일 수 없기 때문에 큰 매그너스 양력을 발생할 수 없어서 효율적인 발전에는 적합하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 일거에 해소하고 저풍속 영역에서부터 비교적 고풍속 영역에 걸쳐 효율적으로 발전할 수 있는 매그너스형 풍력 발전장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 청구항 1에 기재된 매그너스형 풍력 발전장치는 발전 기구부에 회전 토오크를 전달하는 수평 회전축과, 그 수평 회전축에서 방사형상으로 복수 설치된 회전 원주와, 그 각 회전원주를 이들 회전 원주의 길이 방향을 향하는 축의 둘레로 회전 구동시키는 구동모터를 구비하고, 상기 각 회전원주의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력에 의해 상기 수평 회전축을 회전시켜서 발전기구부를 구동하는 매그너스형 풍력발전장치로서, 상기 회전 원주의 외주 표면의 적어도 일부에 볼록형상 또는 오목형상으로 형성된 공기 유동수단이 설치되고, 그 공기유동수단에 의해 상기 회전원주의 외주 표면에 공기의 유동을 발생시켜서 매그너스양력을 증대시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 자연풍이나 회전원주에 함께 회전하는 회전원주 표층의 공기 움직임과는 별도로 회전원주의 외주 표면에 공기 유동을 발생시킴으로써 각 회전원주의 회전과 풍력의 상호작용으로 발생하는 매그너스 양력이 증대한다는 발명자가 발견해낸 새로운 원리를 근거로 하고 있으며 발전 기구부를 구동하는 수평회전축의 회전 토오크를 증대시키고, 풍력 발전 장치의 발전 효율을 저풍속 영역에서 비교적 고풍속 영역에 걸쳐서 현격하게 증대시키는 것에 성공하였다.

본 발명의 청구항 1의 매그너스형 풍력발전장치에서 상기 공기 유동 수단은 상기 회전 원주의 외주 표면에 그 회전 원주의 길이방향을 향하는 축과 평행한 공기의 흐름 성분을 발생시켜서 매그너스 양력을 증대시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 자연풍과, 회전원주와 함께 회전하는 회전원주의 표층의 공기의 움직임으로 형성되는 매그너스 양력에 대하여 그리고 회전원주의 축과 평행한 공기류(空氣流)의 성분을 제공함으로써 삼차원적인 공기류가 형성되고 실험에서 확인된 바와 같이 매그너스 양력 즉 회전원주에 가해지는 힘이 증대한다. 여기서 공기유동수단으로 주어지는 공기의 흐름은 모두가 회전원주와 평행일 필요는 없으며 적어도 회전원주와 평행한 벡터 성분이 있으며 충분히 효과가 있다.

본 발명의 청구항 3에 기재된 매그너스형 풍력발전장치는 청구항 1에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서 상기 공기유동수단은 상기 수평회전축으로부터 바깥쪽 방향을 향하여 공기의 흐름 성분을 발생시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면 공기 유동수단에 의하여 회전원주의 외주 표면에 수평 회전축으로부터 바깥쪽 방향을 향하여 공기의 흐름을 발생시킴으로써 회전원주에 생기는 매그너스 양력이 증대되게 된다.

본 발명의 청구항 4에 기재된 매그너스형 풍력발전장치는 청구항 1에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서 상기 공기유동수단은 상기 수평 회전축을 향하여 공기의 흐름 성분을 발생시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 공기유동수단에 의하여 회전원주의 외주 표면에 수평회전축을 향하여 공기의 흐름을 발생시킴으로써 회전원주에 생기는 매그너스 양력이 증대되게 된다.

본 발명의 청구항 5에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 1 내지 4의 어느 항에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 볼록한 형상으로 형성된 공기유동수단은 상기 회전원주의 외주 표면에 형성 설치되고 회전원주의 길이방향과 비스듬하게 형성된 볼록한 형상의 핀 부재임을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면, 회전원주 회전시에 회전원주 주위의 공기가 핀부재로 유동되게 되어서 회전원주에 생기는 매그너스 양력을 증대할 수 있다.

본 발명의 청구항 6에 기재된 매그너스형 풍력발전장치는 청구항 5에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 공기유동수단으로서의 핀 부재는 상기 회전원주의 외주 표면에 형성 설치된 나선형상의 돌출부임을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 회전원주의 회전시에 나선형상의 돌출부에 의하여 공기를 균일하게 안정시켜서 회전원주의 넓은 표면으로 흐르게 할 수 있고 매그너스 양력을 증대할 수 있으면서 동시에 바람 소리가 절감되게 된다.

본 발명의 청구항 7에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 1 내지 6의 어느 항에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 회전 원주의 선단에 그 회전원주보다 직경이 큰 원반형상으로 형성된 단부캡이 설치되고, 그 단부캡이 상기 회전원주의 외주표면의 공기류에 영향을 주어서 매그너스 양력을 증대시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 상기 공기류를 제공한 경우에 단부캡을 부착하는 쪽이 매그너스 효과가 높아지는 것이 실험적으로 증명되고 있으며 또 실험에 따르면 단부캡을 설치한 경우 수평 회전축 방향으로 공기를 흐르게 하는 본 방식이, 그와 반대로 방사방향으로 공기를 흐르게 하는 방식에 비하여 매그너스 효과가 증대되고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 청구항 8에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 6 또는 7에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서 상기 돌출부는 여러 줄의 나선으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 여러 줄의 나선으로 설치함으로써 나선의 지름을 크게 하지 않아도 보다 많은 공기를 순조롭게 회전 원주의 표면으로 흐르게 할 수 있어서 매그너스 효과가 향상한다.

본 발명의 청구항 9에 기재된 매그너스형 풍력발전장치는 청구항 1 내지 8에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 회전 원주의 외주 표면에는 그 회전원주의 표층류를 교란시키기 위한 복수의 볼록부 또는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 회전원주가 축 둘레로 회전할 때, 복수의 볼록부 또는 오목부가 회전원주의 표층류(경계층)을 교란하여 박리를 억제하여서 순환을 늘리고 회전 원주에 생기는 매그너스 양력을 부가적으로 증대시킬 수 있다. 여기서 볼록부 또는 오목부는 표류층과 교란시키기 위한 요철이라면 어떠한 형태라도 좋다.

본 발명의 청구항 10에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 6 내지 8항의 어느 한 항에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 돌출부의 선단 외표면에는 그 돌출부의 표층류를 교란시키기 위한 복수의 볼록부 또는 오목부가 형성 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 볼록부 또는 오목부가 돌출부의 선단 외표면의 표층류(경계층)를 교란하여 박리를 억제하여서 순환을 증가시켜 매그너스 양력이 부가적으로 증가한다.

본 발명의 청구항 11에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 1 내지 10의 어느 항에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 상기 회전 원주는 수평 회전축에 대하여 고정 장착된 내통과, 그 내통의 외주에 자유로이 슬라이딩 이동되도록 부착된 외통으로 구성되어, 그 외통이 슬라이딩 모터의 구동에 의해 상기 수평회전축에 대하여 지름 방향으로 슬라이딩 이동되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 회전원주가 자유로이 슬라이딩 이동되도록 이루어져 있기 때문에 자연풍의 방향이나 풍속에 따라서 회전원주를 슬라이딩시켜서 발전할 수 있게 되어서 평상시에는 회전원주를 신장시켜서 수풍(受風) 면적을 최대로 하여 회전원주의 양력을 증대시킬 수 있으며, 또 강풍시에는 회전원주를 축소시킴으로써 수풍면적을 작게 할 수 있으며 지지대의 파괴나 회전원주의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명의 청구항 12에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치는 청구항 1 내지 11의 어느 항에 기재된 매그너스형 풍력 발전 장치로서, 구동모터에 연결된 베벨기어에 대하여 상기 각 회전원주에 설치된 베벨기어가 연결됨으로써 상기 회전 원주의 설치수보다 적은 수의 상기 구동 모터를 이용하여서 각 회전원주를 동시에 회전 구동할 수 있도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 따르면 구동모터를 구동시키기 위한 전력을 절약할 수 있어서 풍력 발전 장치의 발전 효율를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 매그너스형 풍력 발전장치를 나타내는 정면도이다.

도 2는 매그너스 양력의 설명도이다.

도 3은 도 1에서의 회전원주를 나타내는 A-A 단면도이다.

도 4는 돌출부가 설치된 회전원주를 나타내는 정면도이다.

도 5는 실시예 2에서의 복합체가 설치된 회전원주를 나타내는 정면도이다.

도 6은 실시예 3에서의 복합체의 돌출부에 볼록부 또는 오목부 설치된 회전 원주를 나타내는 정면도이다.

도 7은 실시예 4에서의 오목한 라인이 설치된 회전원주를 나타내는 정면도이다.

도 8은 실시예 5에서의 두 줄의 돌출부가 설치된 회전원주를 나타내는 정면도이다.

도 9는 두 줄의 돌출부가 설치된 회전원주를 나타내는 사시도이다.

도 10은 실시예 6에서의 회전원주를 나타내는 정면도이다.

도 11은 실시예 7에서의 단부캡을 나타내는 사시도이다.

도 12는 실시예 8에서의 매그너스형 풍력 발전 장치를 나타내는 정면도이다.

도 13은 실시예 9에서의 매그너스형 풍력 발전 장치의 회전체를 나타내는 종단측면도이다.

도 14는 도13에서의 회전체를 나타내는 B-B 종단배면도이다.

*도면부호

A 매그너스형 풍력 발전 장치

1 지지대

2 발전기구부

3 수평회전축

4 회전체

5,5b,5c 회전원주

5d,5e 회전원주

5f,5g 회전원주

6,6b,6c 돌출부(공기유동수단, 핀부재)

6e,6f 돌출부(공기유동수단, 핀부재)

6g 핀(공기유동수단)

7b,7c 볼록부 또는 오목부

8b,8c 피복재

9b,9c 복합체

10c 배부(背部)면(선단 외표면)

15 구동모터

16,16d 단부캡

16e,16f 단부캡

16g 단부캡

17d 오목라인(공기유동수단)

19 내측통

20 외측통

21 지지대

23 수평회전축

24 회전체

25 회전원주

26 돌출부(공기유동수단, 핀부재)

35 구동모터

39 내측통

40 외측통

41 회전체

42 수평회전축

43 회전원주

44 구동모터

45,46 베벨기어

이하에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예1

본 발명의 실시예에 관련한 매그너스형 풍력 발전 장치를 도면을 근거로 하여 설명하면 우선 도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 매그너스형 풍력 발전 장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 매그너스 양력의 설명도이고, 도 3은 도 1의 회전 원주를 나타내는 A-A 단면도이고, 도 4는 돌출부가 설치된 회전원주를 나타내는 정면도이다.

일반적인 매그너스 양력의 발생 매커니즘에 관하여 설명하면 도 2에서와 같이 회전원주 C의 정면측에 부딪힌 공기의 흐름은 도 2와 같은 회전원주 C의 회전방향과 공기류의 방향에서는 회전원주 C의 회전과 함께 상방으로 흐르게 되며 이 때 회전원주 C의 상방측을 흐르는 공기가 회전원주 C의 하방측을 흐르는 공기의 속도보다도 빠르게 흐르기 때문에 회전원주 C의 상방측의 부압과 하방측의 정압으로 공기압에 차가 생기는 매그너스 효과가 발생하게 되며 회전원주 C에는 공기의 흐름과 직각을 이루는 방향으로 매그너스 양력 Y₀가 발생하게 되어 있다.

도 1의 부호 A는 본 발명이 적용된 매그너스형 풍력 발전 장치이며 이 매그너스형 풍력 발전 장치 A는 지면에 삽입 설치된 지지대(1)의 상부에 연직모터(도시생략)를 중심으로 수평방향으로 자유로이 선회가능하도록 축지지된 발전기구부(2)가 배치되어 있으며 이 발전기구부(2)는 수직방향으로 자유로이 회전가능하도록 축지지된 수평회전축(3)을 갖고, 이 수평회전축(3)의 일단은 발전기구부(2)의 내부에 배치 설치된 발전기(도시생략)에 연결되어 있으면서 수평회전축(3)의 타단은 회전체(4)에 고정 장착된다.

도 1에서와 같이 회전체(4)의 내부에는 6개의 구동모터(15)가 배치되면서 동시에 회전체(4)의 외주에는 6개의 회전원주(5)가 방사형상으로 배치되어 있으며 각각의 회전원주(5)의 기부는 회전체(4) 내부에 배치 설치된 각각의 구동모터(15)에 연결되고, 각각의 회전원주(5)가 각각의 구동모터(15)의 구동에 의하여 회전되도록 축지지된다. 또 회전원주(5)의 선단면에는 회전원주(5)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 원반 형상의 단부캡(16)이 장착되어 있다.

회전원주(5)의 축 외주면에는 본 실시예에서의 공기유동수단으로서의 핀부재, 즉 나선형상의 돌출부(6)가 일체로 감아 돌려져 형성 설치되어 있으며 이 돌출부(6)는 합성수지 등의 재질 혹은 내후성 경량 합금 등의 재질로 제작할 수 있는데 이 돌출부(6)에 관하여 설명하면 도 4에서와 같이 소정 폭, 소정 높이의 한 줄의 돌출부(6)가 회전 원주(5)의 선단면에서 보았을 때에 우나사 모양의 우나선 형상을 이루도록 고정 장착되어 있다.

도 1에서 나타내는 매그너스형 풍력 발전 장치 A를 이용하여서 발전할 때에는 우선 풍향계(도시 생략)에 의해 바람방향을 검출하고 제어회로(도시생략)가 연직 모터(도시생략)를 구동시켜서 회전체(4)의 정면쪽에서 바람이 부딪히도록 바람방향을 맞추어서 발전기구부(2)를 선회시킨다. 그리고 회전체(4) 내부의 각각의 구동모터(15)를 구동시킴으로써 각각의 회전원주(5)를 회전시킨다.

회전원주(5)의 회전방향과 돌출부(6)의 감기 방법에 관하여 설명하면 도 1 및 도 3에서 나타내는 바와 같이 회전원주(5)의 선단부 방향에서 보았을 때에 회전 원주(5)의 나선형상의 돌출부(6)의 감아짐 방법이 우나사 모양의 우나선 형상을 이루는 경우, 회전원주(5)의 회전방향은 좌측방향 회전으로 이루어져 있다. 돌출부(6)의 나선의 감아짐 방향이 회전원주(5)의 회전방향에 대하여 역방향으로 되어 있기 때문에 회전원주(5)의 외주표면을 흐르는 공기를 수평 회전축(3) 측을 향하여 흐르게 할 수 있다. 또 돌출부(6)의 나선의 감아짐 방향이 회전원주(5)의 회전방향과 같은 방향으로 되어 있는 경우에는 회전원주(5)의 외주표면을 흐르는 공기를 수평회전축(3)으로부터 떨어진 방향(방사방향)을 향하여 흐르게 할 수 있다.

도 4에서와 같이 나선 모양의 돌출부(6)가 회전원주(5)에 구비됨으로써 회전원주(5)의 회전시에 나선모양의 돌출부(6)에 의해 공기의 흐름 F가 발생한다. 이 때, 회전원주(5)의 외주 표면에 자연풍이나 회전원주(5)와 함께 회전하는 회전원주(5)의 표층의 공기 움직임과는 별도로 회전원주(5)의 축과 평행한 공기의 흐름성분V를 발생시킬 수 있다.

도 3 및 도 4에서 나타내는 바와 같이 회전원주(5)의 외주 공기류, 즉 회전원주(5)의 외주 표면에 공기 유동 F를 발생시킴으로써 자연풍과 회전원주(5)와 함께 회전하는 회전원주(5)의 표층의 공기 움직임으로 형성되는 삼차원적인 공기류가 형성된다.

후술하는 실험에서 확인되는 바와 같이 각각의 회전원주(5)의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력 Y가 증대된다(도 3참조). 여기서 말하는 공기유동수단으로 주어지는 공기의 흐름 F는 모두가 회전원주(5)와 평행일 필요는 없고 적어도 회전원주(5)와 평행한 벡터성분 V가 있으면 충분히 효과가 있다. 고찰하면 매그너스 양력 Y가 높아지는 이유로서 회전원주(5)에 가해지는 부압과 정압의 차압이 높아지는 현상이나 양력발생면이 확대되는 현상 등이 발생하고 있는 것으로 생각된다.

또 단부캡(16)을 이용하면 매그너스 효과가 향상하는 점도 실험적으로 증명된다. 즉 단부캡(16)이 회전원주(5)의 선단면에 설치되어 있기 때문에 이 단부캡(16)이 공기류 F에 좋은 영향을 주고, 매그너스 양력 Y의 향상이 보여진다. 또 후술하는 것처럼 실험에 따르면 단부캡(16)을 설치한 경우 수평 회전축 방향으로 공기를 흐르게 하는 본 방식이 그것과 반대로 방사방향으로 공기를 흐르게 하는 방식에 비하여 매그너스 효과가 증대하고 있음을 알 수 있다.

도 1에서와 같이 각각의 회전원주(5)에 발생한 매그너스 양력 Y에 의하여 회전원주(5) 및 회전체(4)는 수평 회전축(3)을 중심으로 하여서 회전되게 되고, 수평 회전축(3)의 일단에 연결된 발전기(도시생략)가 구동되어서 발전을 수행할 수 있게 이루어져 있다. 그리고 나선 모양의 돌출부(6)가 회전원주(5)에 설치됨으로써 발전기(도시생략)를 구동하는 수평 회전축(3)의 토오크값(회전 토오크)이 증대되게 되며 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 발전 효율을 높일 수 있도록 이루어져 있다. 발전기(도시생략)에 의하여 발전이 개시되면 이 발전된 전력의 일부를 회전원주(5)를 회전시키기 위한 구동모터(15)에 공급시키고 보조전력으로서 이용할 수 있다.

이어서 본 실시예에 이용되는 회전원주(5)를 바람굴(風洞) 실험실내에서 실증 실험을 수행하였다. 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 회전원주(5)와 다른 발명에서의 회전원주 및 이상(理想)유체의 풍속비 θ와 양력(揚力)계수 Cy에 관해서 표 1을 이용하여서 설명하면, 표 1은 풍속비 θ와 양력계수 Cy의 관계를 나타내는 그래프이고, 회전원주의 직경(m)을 d로 하고 회전원주의 매초의 회전수(r/s)를 n으로 하며 풍속(m/s)을 u로 하면, 회전원주의 풍속비 θ는 θ=πdn/u로 나타내어지고 양력계수 Cy는 양력 Y를 단위체적당 바람의 운동 에너지(1/2)ρu²와 회전원주의 촬영면적dl(l은 회전원주의 길이)의 곱으로 나눈 값이며 이상유체로는 Cy=2πθ로 표시된다. 풍속비θ는 직경d, 회전수n, 풍속u의 차이에 의하여 가능한 한 실험결과가 변화하지 않도록 하기 위한 것이며, 양력계수 Cy도 실험결과가 가능한 한 풍속u나 회전원주의 치수 d, l이나 유체의 밀도ρ에 의하여 변하지 않도록 하기 위하여 이용되는 것이다.

표 1에서와 같이 그래프(가)는 본 발명의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 회전원주(5)의 풍속비 θ와 양력계수 Cy의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(나)는 ITAM(러시아)의 매그너스형 풍력 발전 장치의 회전원주의 풍속비 θ와 양력계수 Cy의 관계를 나타내는 그래프이고, 그래프(다)는 프로펠라 풍차형의 풍력 발전장치에 채용되는 일이 많은 NACA4415의 날개(앙각 12도의 프로펠라 날개)에 관련하는 풍속비 θ(회전원주의 풍속비 θ에 대응하는 환산값)와 양력계수 Cy의 관계를 나타내는 그래프이다.

ITAM의 회전원주의 그래프(나) 및 NACA4415의 날개의 그래프(다)와, 본 발명의 회전원주(5)의 그래프(가)를 비교한 경우, 본 발명의 회전원주(5)의 그래프(가)는 이상유체(마찰이나 박리를 고려할 필요가 없는 이상적으로 유동하는 손실이 발생하지 않는 유체)의 그래프에 가까운 곡선을 그리도록 되어 있다.

특히 본 발명의 회전원주(5)의 그래프(가)와 ITAM의 회전원주의 그래프(나)를 비교해보면 풍속비 θ가 낮은 상태(θ≒1.5이하)에 있어서 본 발명의 회전원주(5)의 그래프(가)의 양력계수 Cy쪽이 ITAM의 회전원주의 그래프(나)의 양력계수 Cy쪽보다도 높아져 있다.

이것은 회전원주의 회전수 n이 비교적 낮은 상태에서 본 발명의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 회전원주(5)가 가장 효율적으로 매그너스 양력 Y를 발생시키는 것이 가능함을 나타내고 있으며 본 발명의 매그너스형 풍력 발전 장치 A는 회전원주(5)가 낮은 회전수 n이라도 높은 매그너스 양력 Y로 수평회전축(3)을 회전시킬 수 있기 때문에 회전원주(5)를 회전 구동시키기 위한 구동모터(15)의 소비전력을 절약할 수 있으며 효율적으로 발전할 수 있도록 이루어져 있다.

이어서 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 단부캡(16)과 발전기구부(2)에서의 수평 회전축(3)의 토오크값 N(회전 토오크)과 풍속비 θ에 관하여 표 2 및 표 3을 이용하여서 설명한다. 이하 본 실시예에 있어서 회전원주(5)의 외주 표면을 흐르는 공기를 수평 회전축(3)을 향하여 흐르게 하는 회전원주(5)의 회전방향을 정회전으로 칭하고, 회전원주(5)의 외주표면을 흐르는 공기를 수평회전축(3)에서 떨어진 방향으로 흐르게 하는 회전원주(5)의 회전방향을 역회전이라 칭한다.

표 2는 직경이 70Φ인 회전원주(5)를 정회전시켰을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며 그래프(a)는 나선 모양의 돌출부(6)나 단부캡(16)이 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(b)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(c)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 직경이 140Φ인 단부캡(16)을 부착하였을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이고, 그래프(d)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 직경이 200Φ인 단부캡(16)을 부착하였을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이다.

나선 모양의 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(a)와 나선형의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 정회전 그래프(b)를 비교하면, 돌출부(6)에 의하여 회전원주(5)에 생기는 매그너스 양력 Y가 증대되므로 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 그래프(b)의 토오크값 N쪽이 돌출부(6)가 설치되지 않은 회전원주(5)의 그래프(a)의 토오크값 N보다도 높아져 있다.

또 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 정회전 그래프(b) 및 그래프(c)에 있어서 단부캡(16)기 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(b)와 회전원주(5)에 직경이 140φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(c)를 비교하면 단부캡(16)에는 회전원주(5)에서의 단부캡(16) 근방에서 발생하는 매그너스 효과에 의한 토오크값 N의 향상이 보이며 단부캡(16)이 설치됨으로써 회전원주(5)의 선단면 근방에 큰 매그너스 양력 Y가 발생하고 있다. 즉 단부캡(16)이 설치된 회전원주(5)의 그래프(c)의 토오크값 N쪽이 단부캡(16)이 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(b)의 토오크값 N보다도 높아지도록 되어 있다.

정회전시, 회전원주(5)에 직경이 140φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(c)와 회전원주(5)에 직경이 200φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(d)를 비교하면 직경이 큰 단부캡(16)을 부착한 회전원주(5)의 그래프(d)의 토오크값 N쪽이 직경이 작은 단부캡(16)을 부착한 회전원주(5)의 그래프(c)의 토오크값 N보다도 높아지도록 되어 있다. 이 표 2에서와 같이 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 단부캡(16)을 장착함으로써 보다 큰 매그너스 양력 Y가 발생하는 것을 알 수 있다.

표 3은 회전원주(5)를 역회전시켰을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(a)는 나선 모양의 돌출부(6)나 단부캡(16)이 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(e)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(f)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 직경이 140Φ인 단부캡(16)을 설치하였을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(g)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 직경이 200Φ인 단부캡(16)을 설치하였을 때의 풍속비 θ와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이다.

나선 모양의 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(a)와, 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 역회전 그래프(e)를 비교하면 돌출부(6)에 의하여 회전원주(5)에 생기는 매그너스 양력 Y가 증대되므로 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 그래프(e)의 토오크값 N쪽이 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(a)의 토오크값 N보다도 높아져 있다.

또 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 역회전의 그래프(e) 및 그래프(f)에 있어서, 단부캡(16)이 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(e)와 회전원주(5)에 직경이 140Φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(f)를 비교하면 단부캡(16)에는 회전원주(5)의 단부캡(16) 근방에서 발생하는 매그너스 효과에 의한 토오크값 N의 향상이 보이고, 단부캡(16)이 설치됨으로써 회전원주(5)의 선단면 근방에 큰 매그너스 양력 Y가 발생하고 있다. 즉 단부캡(16)이 설치된 회전원주(5)의 그래프(f)의 토오크값 N쪽이 단부캡(16)이 설치되어 있지 않은 회전원주(e)의 토오크값 N보다도 높아지도록 되어 있다.

역회전에 있어서, 회전원주(5)에 직경이 140Φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(f)와, 회전원주(5)에 직경이 200Φ인 단부캡(16)을 장착하였을 때의 그래프(g)를 비교하면 직경이 큰 단부캡(16)을 부착한 회전원주(5)의 그래프(g)의 토오크값 N쪽이 직경이 작은 단부캡(16)을 부착한 회전원주(5)의 그래프(f)의 토오크값 N보다도 높아지도록 되어 있다. 이 표 3에서와 같이 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에 단부캡(16)을 장착함으로써 보다 큰 매그너스 양력 Y가 발생하는 것을 알 수 있다.

또 표 2 및 표 3에서와 같이 돌출부(6) 등의 공기유동수단을 설치한 회전원주(5)의 그래프(b~g)쪽이 공기유동수단을 설치하지 않은 회전원주(5)의 그래프(a)보다도 토오크값 N이 증대되는 것을 알 수 있고, 이 실험결과로부터 자연풍이나 회전원주(5)와 함께 회전하는 회전원주(5)의 표층의 공기의 움직임과는 별도로 회전원주(5)의 외주 표면에 공기유동을 발생시킴으로써 각 회전원주(5)의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력 Y가 증대하는 새로운 원리를 발견할 수 있고, 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A에 있어서 발전기구부(2)를 구동하는 수평회전축(3)의 토오크값 N을 증대시켜 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 발전효율을 저풍속영역에서 비교적 고풍속 영역에 걸쳐서 현저하게 상승시키는 것에 성공하였다. 또 공기류를 제공한 경우에 단부캡(16)을 부착하는 쪽이 매그너스 효과가 높아짐을 실험적으로도 증명되어진다.

그리고 표 2와 표 3을 비교한 경우 회전원주(5)를 회전시킨 그래프(b~d)와 회전원주(5)를 역회전시킨 그래프(e~g)를 비교하면 회전원주(5)의 외주표면을 흐르는 공기를 수평회전축(3)을 향하여 흐르도록 회전원주(5)를 정회전시키는 쪽이 토오크값 N이 증대되며, 이 실험결과에 따르면 단부캡(16)을 설치한 경우 수평회전축(3)의 방향으로 공기를 흐르게 하는 방식이 그것과 반대로 수평회전축(3)으로부터 떨어진 방향(방사방향)으로 공기를 흐르게 하는 방식과 비교하여서 매그너스 효과가 증대하고 있음을 알 수 있다.

이어서 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 돌출부(6)와 발전기구부(2)에서의 수평회전축(3)의 토오크값 N(회전토오크)과 풍속u에 관하여 표 4를 이용하여서 설명한다. 표 4는 회전원주(5)를 회전수1080[min^-1]로 회전시켰을 때의 풍속 u와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(h)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 풍속 u와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(i)는 나선 모양의 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 풍속 u와 토오크값 N의 관계를 나타내는 그래프이다.

즉 회전원주(5)를 따라서 공기유동을 부가하는 수단으로서의 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(h)와, 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 그래프(i)를 비교하면 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(h)의 토오크값 N은 풍속 u에 구애되지 않고 거의 일정한 것임에 대하여 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)의 그래프(i)의 토오크값 N은 풍속 u가 고속이 됨에 따라서 증대되게 되며 풍력이 효율적으로 매그너스 양력 Y로 바뀌어져 있음을 알 수 있다.

이 것은 자연풍에 있어서의 풍속이 저속의 평상시로부터 풍속이 고속의 강풍시에 걸쳐서 본 발명의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 회전원주(5)가 가장 효율적으로 매그너스 양력 Y를 발생시키는 것이 가능함을 나타내고 있으며 그 때문에 수평회전축(3)의 회전효율을 향상시킬 수 있고 에너지 손실이 적은 매그너스형 풍력발전 장치 A의 제작이 가능하게 되면서 동시에 자연풍에서의 저속영역에서 고속영역에 걸쳐서 발전(發電)되는 것을 나타내고 있다.

또 표 4에서와 같이 돌출부(6)가 설치되어 있지 않은 회전원주(5)의 그래프(h)에 있어서 풍속 u가 20m/s가 되었을 때에 역매그너스 효과가 발생하여서 토오크값 N이 마이너스를 나타내도록 되어 있는데 그래프(i)에서 나타내는 돌출부(6)가 설치된 회전원주(5)에서는 역매그너스 효과의 영향을 받기 어렵고 토오크값 N이 증대되는 것을 나타내고 있다.

이어서 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A를 실외에서 실증심험을 수행하고 그 실험결과를 이용하여서 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A와 프로펠라형 풍력 발전 장치와의 풍속으로 발전된 발전출력 W에 관하여 표 5를 이용하여서 설명한다.

표 5는 풍차의 직경이 2m인 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A와, 프로펠라형 풍력 발전 장치의 풍속과 발전출력 W의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(j)는 종래형의 프로펠라형 풍력 발전 장치의 풍속과 발전 출력 W의 관계를 나타내는 그래프이며, 그래프(k)는 본 실시예에서의 매그너스형 발전장치 A의 풍속과 발전 출력 W을 나타내는 그래프이며, 그래프(1)은 연간 평균 풍속을 6m/s로 하였을 때의 풍속의 레일리 분포를 나타내는 그래프이다(관측지:아키타현).

연간 평균 속도의 레일리 분포의 그래프(1)에서의 풍속상대도수(%)의 가장 높은 풍속 5m/s 부근에서 종래형의 프로펠라형 풍력 발전 장치의 그래프(j)의 발전출력 W와, 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 그래프(k)의 발전출력 W을 비교하면 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 그래프(k)의 발전출력 W쪽이 플로펠라형 풍력 발전 장치의 그래프(j)의 발전 출력 W보다도 높아져 있다.

이 것은 연간을 통하여 평균하여서 발생하는 일이 가장 많은 풍속이 저속영역(5m/s이하)의 자연풍에 있어서 본 실시예에서의 매그너스형 풍력 발전 장치 A가 프로펠라형 풍력 발전 장치보다도 높은 효율로 발전할 수 있음을 나타내며 본 실시예의 매그너스형 풍력 발전 장치 A를 이용하면 종래의 프로펠라형 풍력 발전 장치에 비하여 보다 많은 연간 발전량을 확보할 수 있도록 되어 있다.

실시예 2

이어서 실시예 2에 관련하는 회전원주(5b)의 공기유동수단에 관하여 도 5를 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일한 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 5는 실시예 2에서의 복합체(9b)가 설치된 회전원주(5b)를 나타내는 정면도이며 합성수지제나 내후성 경량 합금제 등으로 구성된 피복재(8b)의 표면에 다수의 볼록부 또는 오목부(7b)가 올록볼록하게 설치되며, 이 피복재(8b)의 표면에 소정 리드로 일체로 돌려감겨지는 본실시예에서의 공기유동수단으로서의 핀부재, 즉 나선 모양의 돌출부(6b)와의 조합에 의한 복합체(9b)가 회전원주(5b)의 축외주면에 일체로 피복되어 있다.

도 5에서와 같이 볼록부 또는 오목부(7b)가 회전원주(5b)의 표면에 설치됨에 따라서 회전원주(5b)의 표면적이 증가하면서 복수의 볼록부 또는 오목부(7b)로 표류층(경계층)이 교란되게 되며, 공기의 흐름을 나선 모양의 돌출부(6b)에 의하여 순조롭게 회전원주(5b)의 표면으로 흐르게 할 수 있고, 회전원주(5b)의 외주표면에 발생하는 공기유동 F의 공기의 흐름성분 V를 발생시킴으로써 박리를 억제하여서 순환이 증가하고, 회전원주(5b)에 생기는 매그너스 양력 Y가 증대되도록 되어 있다.

또 피복재(8b)를 이용하는 일 없이 회전원주(5b)의 표면에 직접, 다수의 볼록부 또는 오목부(7b)를 올록볼록하게 설치하여서 볼록부 또는 오목부(7b)가 올록볼록하게 설치된 회전원주(5b)의 표면에 돌출부(6b)를 돌려 감은 것이어도 좋다. 또 여기서 말하는 볼록부 또는 오목부(5b)란 표류층을 교란시키기 위한 요철이라면 어떠한 형상이라도 좋다.

실시예 3

이어서 실시예 3에 관련한 회전원주(5c)의 공기유동수단에 관하여 도 6을 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일한 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 6은 실시예 3에서의 복합체(9c)의 돌출부(6c)에 볼록부 또는 오목부(7c)가 설치된 회전원주(5c)를 나타내는 정면도이며, 다수의 볼록부 또는 오목부(7c)가 올록볼록하게 설치된 피복재(8c)와, 이 피복재(8c)의 표면에 설치된 본 실시예에서의 공기 유동 수단으로서의 핀부재, 즉 나선 모양의 돌출부(6c)와 나선 모양의 돌출부(6c)의 본 실시예에서의 선단 외표면으로서의 배부(背部)면(10c)에 올록볼록하게 설치된 다수의 볼록부 또는 오목부(7c)의 조합에 의한 복합체(9c)가 회전원주(5c)의 축 외주면에 일체로 피복되어 있다.

도 6에서 나타내는 바와 같이 피복재(8c)에 올록볼록하게 설치된 볼록부 또는 오목부(7c) 외에 나선 모양의 돌출부(6c)의 배부(背部)면(10c)에 다수의 볼록부 또는 오목부(7c)가 형성됨으로써 또 복수의 볼록부 또는 오목부(7c)로 표류층(경계층)이 교란되므로 회전원주(5c)에 생기는 매그너스 양력 Y가 늘어나도록 되어 있다. 또 돌출부(6c)에 의하여 공기가 순조롭게 회전원주(5c)의 표면에 흐르게 할 수 있으며, 회전원주(5c)의 외주 표면에 발생하는 공기유동 F의 공기의 흐름성분 V를 발생시킬 수 있다.

또 이 복합체(9c)의 돌출부(6c)에서의 선단 외표면으로서의 배부(背部)면(10c)에는 볼록부 또는 오목부(7c) 이외에 반구형상의 돌기를 돌출 설치할 수도 있으며, 볼록부 또는 오목부(7c) 또는 돌기가 돌출부(6c)의 선단 외표면의 표류층을 교란하면서 동시에 박리를 억제하여서 순환을 증대시키고 회전원주(5c)에 생기는 매그너스 양력 Y가 부가적으로 증대되게 된다.

실시예 4

이어서 실시예 4에 관련하는 회전원주(5d)의 공기유동수단에 관하여 도 7을 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 7은 실시예 4에서의 오목라인(17d)이 설치된 회전원주(5d)을 나타내는 정면도이며, 회전원주(5d)의 축 외주면에는 본실시예에서의 공기 유동 수단으로서의 나선 형상의 오목라인(17d)이 오목하게 설치되어 있으며 이 오목라인(17d)은 회전원주(5d)의 선단면에서 보았을 때에 우나사 모양의 우나선 형상을 이루도록 형성되면서 회전원주(5d)의 선단면에는 단부캡(16d)이 부착되어 있다.

또 회전원주(5d)를 회전시키는 경우에는 회전원주(5d)의 선단부 방향에서 보았을 때에 회전원주(5d)의 오목라인(17d)이 우나사 모양의 나선형상을 이루는 경우, 회전원주(5d)의 회전방향은 좌측방향 회전이 되며, 오목라인(17d)의 나선 감기 방향은 회전원주(5d)의 회전방향에 대하여 반대 방향으로 되어 있다.

그 때문에 회전원주(5d)의 외주표면을 흐르는 공기를 수평 회전축측을 향하여 흐르게 할 수 있기 때문에, 회전원주(5d)의 외주표면에 공기유동 F를 발생시킬 수 있고, 회전원주(5d)의 축과 평행한 공기의 흐름성분 V를 발생시키고, 회전원주(5d)의 선단면에 설치된 단부캡(16d)에 의하여 단부캡(16d) 근방의 공기의 흐름에 영향을 주도록 하여서 회전원주(5d)의 단부캡(16d) 근방에 큰 매그너스 양력 Y를 발생시키도록 이루어져 있다.

실시예 5

이어서 실시예 5에 관련한 회전원주(5e)의 공기유동수단에 관하여 도 8 및 도 9를 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 8은 실시예 5에서의 두 줄의 돌출부(6e)가 설치된 회전원주(5e)를 나타내는 정면도이고, 도 9는 두 줄의 돌출부(6e)가 설치된 회전원주(5e)를 나타내는 사시도이고, 본 실시예에서의 공기유동수단으로서의 핀부재, 즉 두 줄의 나선 모양의 돌출부(6e)가 회전원주(5e)의 축 외주면에 부착되어 있고 이 이중나선을 이루는 돌출부(6e)는 회전원주(5e)의 선단면에서 보았을 때에 우나사 모양의 우나선 형상을 이루도록 고정 장착되면서 회전원주(5e)의 선단면에는 단부캡(16e)이 장착되어 있다.

또 회전원주(5e)에 설치되는 돌출부(6e)는 두 줄의 나선에 제한되는 것은 아니며, 세 줄이나 네 줄, 혹은 그 이상의 여러 줄의 나선으로 구성되어도 좋고, 여러 줄의 돌출부(6e)를 설치함으로써 나선의 지름을 크게 하지 않아도 보다 많은 공기를 돌출부(6e)로 순조롭게 회전원주(5e)의 표면에 흐르게 할 수 있기 때문에 회전원주(5e)의 외주 표면에 공기유동 F를 발생시킬 수 있으며 회전원주(5e)의 축과 평행한 공기의 흐름 성분 V이 발생하여서 회전원주(5e)에 생기는 매그너스 효과가 향상하여 매그너스 양력 Y가 증대되도록 되어 있다.

실시예 6

이어서 실시예 6에 관련한 회전원주(5f)의 공기 유동 수단에 관하여 도 10을 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 10은 실시예 6에서의 회전원주(5f)를 나타내는 정면도이고, 회전원주(5f)의 선단부에는 단부캡(16f)이 장착되어 있으며, 회전원주(5f)의 선단부 근방의 축 외주면에는 본 실시예에서의 공기유동수단으로서의 핀부재, 즉 두 개의 돌출부(6f)가 부착되어 있다. 회전원주(5f)의 선단부에 단부캡(16f)이 설치되면서 돌출부(6f)가 회전원주(5f)의 선단부 근방에 설치됨으로써 회전원주(5f)의 선단부 근방에서 생기는 매그너스 양력 Y를 증대할 수 있도록 되어 있다.

실시예 7

이어서 실시예 7에 관련한 회전원주(5g)의 공기 유동 수단에 관하여 도 11을 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일 구성으로 중복하는 설명을 생략한다. 도 11은 실시예 7에서의 단부캡(16g)을 나타내는 사시도이며, 회전원주(5g)의 선단면에는 원반상의 단부캡(16g)이 부착되어 있으며, 이 단부캡(16g)의 회전원주(5g)를 향하는 내면에는 본 실시예의 공기 유동 수단으로서의 복수핀(6g)이 설치되어 있다. 이 핀(6g)은 외부방향으로 향하여 방사형상으로 퍼지도록 장착되어 있으면서 회전원주(5g) 근방의 공기를 유동시키기 위하여 만곡하여서 형성되어 있다.

도 11에서 나타내는 회전원주(5g)를 정회전시키면 단부캡(16g) 근방의 공기는 단부캡(16g)에 설치된 핀(6g)에 의해 회전원주(5g) 측으로 인입되도록 유동되기 때문에 회전원주(5g) 표면에 공기유동이 발생하고 회전원주(5g)에 생기는 매그너스 양력 Y를 증대시킬 수 있다. 또 회전원주(5g)를 역회전하였을 때는 단부캡(16g) 근방의 공기가 외부로 방출되도록 유동되므로 회전원주(5g) 표면에 공기유동이 발생하고 회전원주(5g)에서 생기는 매그너스 양력 Y를 증대시킬 수 있다.

실시예 8

이어서 실시예 8에 관련하는 매그너스형 풍력 발전 장치 A에 관하여 도 12를 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 12는 실시예 8에서의 매그너스형 풍력발전장치 A를 나타내는 정면도이고, 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 회전원주(25)는 회전체(24)에 대하여 고정 장착된 내부통(39)과 이 내부통(39)의 외주에 자유로이 슬라이딩되도록 부착된 외부통(40)으로 구성되어 있으며, 외부통(40)은 제어회로(도시생략)의 제어에 따라서 구동되는 슬라이딩 모터(도시생략)에 의하여 수평회전축(23)에 대하여 지름 방향으로 슬라이드되도록 이루어져 있다.

외부통(40)의 축 외주면에는 도 4에서 나타낸 실시예 1의 공기유동수단으로서의 핀 부재, 즉 돌출부(26)가 고정 장착되면서 동시에 회전체(24)에 고정된 내부통(39)의 축 외주면에는 도 5에서 나타낸 실시예 2의 다수의 볼록부 또는 오목부(7b)가 올록볼록하게 설치된다. 또 도 6에서 도 11에 나타낸 기타 실시예 3~7에서의 공기 유동 수단을 내부통(19) 또는 외부통(20)에 설치하는 것도 가능하도록 되어 있다.

도 12에서와 같이 회전원주(25)가 자유로이 슬라이딩되도록 되어 있기 때문에 자연풍의 방향이나 풍속에 따라서 회전원주(25)를 신축시킬 수 있게 이루어져 있으며 풍속이 저속인 평상시에는 회전원주(25)의 외부통(40)을 바깥쪽으로 슬라이드시켜서 회전원주(25)를 늘림으로써 회전원주(25)의 수풍면적을 최대로 할 수 있으며 회전원주(25)에서 생기는 매그너스 양력 Y를 증대시킬 수 있기 때문에 매그너스형 풍력발전장치 A가 효율적으로 발전할 수 있도록 이루어져 있다.

또 풍속이 고속이 되는 강풍시에는 회전원주(25)의 외부통(40)을 안쪽으로 슬라이드시켜 회전원주(25)를 축소시킴으로써 회전원주(25)의 수풍면적을 작게 할 수 있고, 지지대(21)의 파괴나 회전원주(25)의 파손을 방지할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고 강풍시에는 회전원주(25)를 회전시키는 구동모터(35)의 구동을 정지시킴으로써 회전원주(25)에 생기는 매그너스 양력 Y가 없어지고 회전체(24)의 회전을 정지할 수 있도록 이루어져 있고 매그너스형 풍력 발전 장치 A의 파괴가 방지되도록 되어 있다. 특히 본 실시예에서는 돌출부(26)를 구비한 외부통(40)이 회전원주(25)의 선단측에 존재하므로 토오크를 최대한 획득할 수 있게 된다.

실시예 9

이어서 실시예 9에 관련한 매그너스형 풍력 발전 장치에 관하여 도 13 및 도 14를 참조하여서 설명한다. 또 전술한 구성과 동일한 구성으로 중복하는 설명을 생략한다.

도 13은 실시예 9에서의 매그너스형 풍력 발전 장치의 회전체(41)를 나타내는 종단 측면도이며, 도 14는 도 13에서의 회전체(41)를 나타내는 B-B 종단 배면도이다. 도 13에서 나타내는 바와 같이 발전기구부에 연결된 수평회전축(42)의 정면측의 회전측(41)의 외주에는 6개의 회전원주(43)가 배치되어 있으며 회전체(41)의 내부에는 회전원주(43)를 회전시키기 위한 하나의 구동 모터(44)가 배치되어 있다.

구동모터(44)는 직경이 큰 베벨기어(45)에 연결되어 있으며, 도 14에서와 같이 이 베벨기어(45)는 회전체(41)의 중심에 배치되어 있으면서 동시에 여섯 개의 회전원주(43)에 설치된 직경이 작은 베벨기어(46)에 연결되도록 이루어져 있다. 구동모터(44)를 구동시키면 여섯 개의 회전원주(43)을 회전시킬 수 있고, 회전원주(43)의 개수보다도 적은 구동 모터(44)를 이용하여서 각 회전원주(43)를 회전시킬 수가 있기 때문에 구동모터(44)를 구동시키기 위한 전력을 절약할 수 있게 되며 매그너스형 풍력발전장치의 발전효율을 높일 수 있도록 이루어져 있다.

이상 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명하였는데 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함될 것이다.

예를 들면 상기 실시예에서는 회전원주에 고정되는 공기유동수단으로서 나선모양의 돌출부가 설치되는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 회전원주의 표면에 양력을 발생시키는 면이 형성되어 있으며 어떠한 방법으로 공기 유동을 제공하여도 좋다는 것은 분명할 것이다.

그리고 또한 상기 실시예에서는 원반상의 단부캡이 회전원주의 선단면에 설치되어 있는데 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 정압측과 부압측의 압력차를 유지하는 작용을 하는 것이라면 어떠한 형상이라도 좋다.

또 상기 실시예에서는 여섯 개의 회전원주가 회전체에 설치되어 있는데 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 두 개나 세 개, 혹은 그 이상의 복수개의 회전원주를 설치하여도 좋다.

본 발명의 매그너스형 풍력 발전장치에 따르면 대형 풍력 발전에서 가정용의 소형 풍력 발전에 이르기까지 활용할 수 있으며 풍력 발전업계에 대단한 공헌을 이룰 수 있다. 그리고 본 발명의 매그너스형의 양력 발생 매카니즘을 로터보우트, 로터비클(rotor vehicle) 등에 이용하면 탈 것에서의 운동효율도 향상될 것으로 생각 된다.

Claims

발전 기구부에 회전 토오크를 전달하는 수평 회전축과,

그 수평 회전축에서 방사형상으로 복수 설치된 회전원주와,

그 각 회전원주를 이들 회전원주의 길이방향을 향하는 축의 둘레로 회전 구동시키는 구동모터를 구비하여,

상기 각 회전원주의 회전과 풍력의 상호작용으로 생기는 매그너스 양력에 의하여 상기 수평 회전축을 회전시켜서 발전기구부를 구동하는 매그너스형 풍력발전장치로서,

상기 회전원주의 외주표면의 적어도 일부에 볼록형상 혹은 오목형상으로 형성된 공기 유동 수단이 설치되고, 그 공기유동수단에 의해 상기 회전원주의 외주표면에 그 회전원주의 길이방향을 향하는 축과 평행한 공기의 흐름성분을 발생시켜서 매그너스 양력을 증대시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 공기 유동 수단은 상기 수평 회전축에서 바깥쪽 방향을 향하여 공기의 흐름 성분을 발생시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 1항에 있어서,

상기 공기 유동 수단은 상기 수평 회전축을 향하여 공기의 흐름 성분을 발생시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 3항 또는 4항에 있어서,

상기 볼록한 형상으로 형성된 공기 유동 수단은 상기 회전원주의 외주 표면에 형성 설치되고 회전원주의 길이방향과 비스듬하게 형성된 볼록한 형상의 핀 부재인 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 5항에 있어서,

상기 공기 유동 수단으로서의 핀 부재는 상기 회전원주의 외주 표면에 형성 설치된 나선 모양의 돌출부인 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 3항 또는 4항에 있어서,

상기 회전원주의 선단에 그 회전원주보다 직경이 큰 원반형상으로 형성된 단부캡이 설치되고, 그 단부캡이 상기 회전원주의 외주표면의 공기류에 영향을 주어서 매그너스 양력을 증대시키도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 6항에 있어서,

상기 돌출부는 여러 줄의 나선으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

상기 회전원주의 외주 표면에는 그 회전원주의 표층류를 교란시키기 위한 복수의 볼록부 또는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 6항 또는 제 8항에 있어서,

상기 돌출부의 선단 외표면에는 그 돌출부의 표층류를 교란시키기 위한 복수의 볼록부 또는 오목부가 형성 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 3항 또는 4항에 있어서,

상기 회전원주는 수평회전축에 대하여 고정 장착된 내통과, 그 내통의 외주에 자유로이 슬라이딩 이동되도록 부착된 외통으로 구성되어, 그 외통이 슬라이딩 모터의 구동에 의해 상기 수평 회전축에 대하여 지름 방향으로 슬라이딩 이동되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.
제 3항 또는 4항에 있어서,

구동모터에 연결된 베벨기어에 대하여 상기 각 회전원주에 설치된 베벨기어가 연결됨으로써 상기 회전원주의 설치수보다 적은 수의 상기 구동 모터를 이용하여서 각 회전원주를 동시에 회전 구동할 수 있도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 매그너스형 풍력 발전 장치.