KR100975235B1 - 태양 위치 추적 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양 위치 추적 장치는, 전면에 태양전지가 설치된 패널 프레임을 지지하도록 설치된 상부 구조물과, 이를 지지하는 수직 지지대 사이에 수평회전기구가 설치되고, 이 수평회전기구는, 수직 지지대의 둘레에 구비된 피동 기어와, 상부 구조물에 지지되어 구동모터의 회전력에 의해 상기 피동 기어의 둘레를 따라 회전 운동을 하면서 패널 프레임을 비롯한 상부 구조물을 회전시키는 구동체를 포함하여 구성됨으로써, 전체적으로 구조가 간단하면서도 견고한 지지 구조를 확보함은 물론 구동 에너지를 절감하면서도 원활한 태양위치추적이 가능하도록 하는 효과를 제공하게 된다.

태양광, 추적, 일축식, 이축식, 랙, 피니언, 고도, 방위각

Description

태양 위치 추적 장치{Device for tracking location of sun}

본 발명은 태양 위치 추적 장치에 관한 것으로서, 특히 태양의 방위각 변화 또는 고도 변화에 대응하여 태양의 위치를 추적할 수 있는 태양 위치 추적 장치에 관한 것이다.

일반적인 태양광 발전장치는, 태양광을 흡수하여 빛에너지를 전기에너지로 전환시키는 태양전지를 이용하게 되는데, 태양전지는 다양한 구조의 설치부에 조립된 상태로 이용하게 된다.(이하에서는 태양전지와 이 태양전지가 조립되는 설치부를 태양전지패널로 통칭하여 설명한다.)

태양광 발전장치는 태양 위치 추적 방식에 따라 크게 일축식과 이축식으로 구분할 수 있다.

일축식은 태양의 방위각 변화에 대응하여 태양전지패널을 동에서 서로 회전시킬 수 있도록 것으로, 고도를 추적하지 않으므로 회전축이 한 개여서 단순하고 군락을 형성하여 설치하기에 용이하여 많이 사용되고 있으며, 이축식에 비해 운영 도 비교적 간편한 편이나, 수집되는 에너지가 낮은 단점이 있다.

반면, 이축식은 태양의 방위각과 고도 변화에 대응하여 태양전지패널을 동에서 서로 회전시키는 동시에 상하 방향으로 태양의 고도를 추적할 수 있도록 구성된 것으로, 태양의 움직임을 정확하게 추적해야 하는 정밀성이 요구되어 비용 및 운영이 어렵다는 단점이 있다.

이와 같은 일축식 또는 이축식을 포함한 종래 태양 위치 추적장치는, 태양의 방위각 또는 고도 변화에 따라 태양전지패널을 좌우 또는 상하로 이동(회전)시킬 수 있도록 구동장치를 이용하게 되는데, 이 구동장치는 통상 모터와 이 모터에 의해 회전하는 기어류 또는 유압 등을 이용하여 태양전지패널을 회전 구동시키도록 구성된다.

그러나 종래의 태양 위치 추적장치는, 유압을 이용한 경우에는 전체적으로 구동 구조가 복잡해지는 문제가 있고, 모터 구동 방식은 태양전지패널의 회전중심에 구동부가 위치되어 태양전지패널 등을 회전시키게 되므로, 대형화되는 태양전지패널을 안정적으로 지지하면서 회전 구동시키기 어려운 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전체적으로 구조가 간단하면서도 상대적으로 적은 동력을 사용하여 태양전지패널을 원활하게 구동할 수 있도록 하는 태양 위치 추적 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 삼각 지지 구조의 확보가 가능하여 간단한 지지 구조로 태양전지패널을 보다 안정적으로 지지할 수 있는 태양 위치 추적 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 일축식 태양 위치 추적 장치는 물론 이축식 태양 위치 추적 장치에도 용이하게 적용하여 사용할 수 있는 태양 위치 추적 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

특히 본 발명은, 다수의 봉체형 구동체가 피동 기어와 결합된 상태에서 상대 회전 운동하도록 수평회전기구를 구성함으로써 구동 에너지를 절감하면서도 보다 안정된 구동력으로 태양위치추적 작동의 신뢰성을 높일 수 있는 태양 위치 추적 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양 위치 추적 장치는, 전면에 태양전지가 설치된 패널 프레임을 지지하도록 설치된 상부 구조물과, 이 상부 구조물을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지대와, 상기 상부 구조물과 수직 지지대 사이에 구비되어 상기 패널 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 수평회전기구를 포함하고; 상기 수평회전기구는, 상기 상부 구조물이 수직 지지대에 회전 가능하게 결합되어 지지되고, 상부 구조물과 수직 지지대 사이에는 수직 지지대에 대하여 상부 구조물을 회전시키는 회전구동기구가 설치되되; 이 회전구동기구는, 상기 수직 지지대의 둘레에 구비된 피동 기어와, 상기 상부 구조물에 지지되고 상기 피동기어에 치합되는 다수의 결합봉이 원주 방향으로 배치되어 상부 구조물에 지지된 구동모터의 회전력에 의해 상기 피동 기어의 둘레를 따라 회전 운동을 하면서 패널 프레임을 비롯한 상부 구조물을 회전시키는 구동체를 포함한 것을 특징으로 한다.

이와는 반대로, 상기 회전구동기구는, 상기 상부 구조물 쪽에 구비된 피동 기어와, 상기 수직 지지대에 지지되고 상기 피동기어에 치합되는 다수의 결합봉이 원주 방향으로 배치되어 수직 지지대에 지지된 구동모터의 회전력에 의해 상기 피동 기어를 회전 운동시키면서 패널 프레임을 비롯한 상부 구조물을 회전시키는 구동체를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 구동체는 상기 피동 기어에 결합되는 부분이 기둥 모양으로 형성되어 원주 방향으로 일정 간격마다 배열된 복수의 결합봉과, 원판형 구조로 형성되어 상기 결합봉의 상부와 하부를 지지함과 아울러 구동모터의 축이 결합되어 회전되는 구동판을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 구동판과 각각의 결합봉 사이에는 베어링 부재가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양 위치 추적 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명은, 지지기구가 패널 프레임 또는 수평 지지대 중 어느 한쪽에 슬라이딩 가능하게 결합된 상태에서 태양전지패널을 밀어 올리거나 내리면서 전후 회전시킬 수 있도록 구성되기 때문에 전체적으로 구조가 간단하면서도 상대적으로 적은 동력을 이용하여 태양전지패널을 원활하게 구동할 수 있는 효과를 갖는다.

특히 본 발명은 지지기구가 슬라이딩 구동되는 부분에 구동기구가 직접 연결되어 설치되기 때문에 구동력 손실을 최소화하여 보다 효율적인 제어 작동이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 태양전지패널이 경사지게 위치된 상태에서 삼각 지지 구조를 확보할 수 있기 때문에 태양전지패널을 보다 견고하고 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 일축식 태양 위치 추적 장치는 물론 이축식 태양 위치 추적 장치에도 용이하게 적용하여 사용할 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명에서, 수직 방향으로 배치된 다수의 돌출구에 캠기어가 결합되어 회전구동이 가능하도록 구성되기 때문에 안정된 회전 구동력을 발생시킴과 아울러, 회전구동기구의 설치 반경을 축소할 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한 본 발명은, 피동기어에 치합되는 다수의 결합봉이 원주 방향으로 배치되어 구동모터의 회전력에 의해 피동 기어와 상대 회전운동하는 구동체로 회전구동기구를 구성할 경우에 구동 에너지를 절감하면서도 보다 안정된 구동력으로 태양위 치추적 작동의 신뢰성을 높일 수 있는 효과를 갖게 된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 이하 설명될 본 발명의 실시예들은 크게 3가지로 나누어서 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예를 설명하기 위한 도면들이고, 도 7 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예를 설명하기 위한 도면들이며, 도 13 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 도면들로서, 도 1은 측면도, 도 2는 배면도, 도 3은 배면 방향 사시도, 도 4는 평면도이고, 도 5는 위쪽에서 본 사시도, 도 6은 분해 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치는, 크게 수평 지지대(10), 패널 프레임(30), 지지기구(50)가 삼각 구도로 배치되고, 상기 패널 프레임(30)에 대하여 상기 지지기구(50)를 슬라이딩 이동시키는 구동기구(60)를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명의 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 수평 지지대(10)는 중앙부에 수평판(11)이 위치되고, 이 수평판(11)의 앞쪽과 뒤쪽에는 좌우 방향으로 길게 배치된 한 쌍의 지지대(13)가 결합 된다.

수평판(11)에는, 수평 지지대(10)를 비롯하여 패널 프레임(30), 지지기구(50) 전체를 회전시켜 태양의 방위각 변화에 따른 위치 추적이 가능하도록 하는 수평회전기구(20)가 결합되어 설치될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

한 쌍의 지지대(13) 중 앞쪽 지지대의 양단부에는 상기 패널 프레임(30)이 회전 가능하게 힌지 기구(H)로 결합되고, 뒤쪽 지지대의 양단부에는 상기 지지기구(50)가 회전 가능하게 역시 힌지 기구(H)로 결합된다.

이러한 수평 지지대(10)는 상기 패널 프레임(30)과 지지기구(50)를 지지할 수 있는 구성이면, 도면에 예시된 구조에 한정되지 않고, 다양한 구조로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

다음, 상기 패널 프레임(30)은, 전면에 태양전지 또는 이를 지지하는 패널(이하 '태양전지패널'이라 함)(31)을 설치할 수 있도록 구성된 것으로서, 상기 수평 지지대(10)에 전후 방향으로 회전 가능하게 연결된다.

이러한 패널 프레임(30)에 대한 본 실시예에서는, 복수의 수평 프레임(32)과 이 수평 프레임(32)과 직교하는 방향 즉, 상하 방향으로 설치된 한 쌍의 가이드 프레임(35)으로 구성된다.

수평 프레임(32)은 전면에 태양전지패널(31)을 설치할 수 있을 정도의 간격과 개수로 설치된다.

가이드 프레임(35)은 다수의 패널을 안정적으로 지지할 수 있도록 전체 패널의 양쪽에 상하 방향으로 평행하게 설치되고, 그 하단부가 상기 수평 지지대(10)의 지지대(13) 앞쪽에 힌지 기구(H)로 상대 회전되게 연결된다.

특히 상기 가이드 프레임(35)은 상기 지지기구(50)가 결합되어 슬라이딩될 수 있도록 구성되는데, 그 양쪽면에 후술할 지지기구(50)의 롤러(53)가 결합되는 홈 구조의 가이드 레일(36)이 구비된다. 또한 가이드 프레임(35)의 뒤쪽에는 상기 구동기구(60)를 구성하는 랙(61)이 상하 방향으로 길게 설치된다.

이때, 상기 랙(61)은 한 줄 또는 그 이상으로 설치될 수 있으며, 도면에서는 두 줄이 상하 방향으로 길게 설치된 구성을 보여주고 있다. 또한 상기 랙(61)이 설치되는 위치는 수평 프레임(32)의 원하는 전후 회전 각도에 따라 적절한 위치에 설치할 수 있다. 본 실시예에서는 가이드 프레임(35)의 상부 쪽에만 설치된 구성을 보여준다.

다음, 상기 지지기구(50)는, 상단부가 상기 패널 프레임(30)의 가이드 프레임(35)에 슬라이딩 가능하게 결합되고, 하단부가 상기 수평 지지대(10)에 회전 가능하게 힌지 기구(H)로 연결되어, 슬라이딩되는 위치 변화에 의해 상기 패널 프레임(30)을 전후 방향으로 회전시킬 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 지지기구(50)는, 두 개의 긴 막대 구조물이 한 쌍을 이루고, 상기 가이드 프레임(35)의 개수에 대응하여 두 쌍의 지지 바(51)들로 구성된다. 그리고 상기 지지 바(51)가 상기 가이드 프레임(35)에 결합되는 부분에는 상기 가이드 레일(36)에 결합되어 가이드 레일(36)을 따라 이동하는 롤러(53)가 구비된다.

상기 롤러(53)는, 도 4 등에 도시된 바와 같이 롤러 바(55)를 통해 상기 지지 바(51)에 회전 가능하게 설치되며, 이때 롤러 바(55)는 상기 지지 바(51)에 상대 회전 가능하게 설치되어 지지 바(51)와 가이드 프레임(35)의 상대 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 롤러(53)는 상기 가이드 프레임(35)의 양쪽에서 결합될 수 있도록 한 쌍으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예들에서는 상기 지지기구(50)가 긴 막대형 구조로 이루어진 지지 바(51)를 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 하나의 플레이트 구조로 이루어져, 수평 지지대(10)와 패널 프레임(30) 사이에 설치되게 구성할 수도 있다.

다음, 상기 구동기구(60)는, 가이드 프레임(35)에 구비된 랙(61)과, 상기 지지기구(50) 즉, 지지 바(51)에 구비되어 상기 랙(61)에 치합되는 피니언(63)과, 상기 지지기구(50)에 설치되어 상기 피니언(63)을 회전 구동시키는 구동모터(66)로 구성된다.

상기 랙(61)과 피니언(63)은 안정적인 결합 및 이동을 위해 도 4, 도 5 등에서와 같이 두 개가 한 쌍을 이루도록 설치되는 것이 바람직하며, 상기 피니언(63)은 각 쌍의 지지 바(51) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 두 쌍의 지지 바(51) 사이에는 사각 박스형 구조의 축 하우징(67)이 수평 방향으로 길게 연결되고, 이 축 하우징(67)의 일측에는 상기 구동모터(66) 가 지지되어 설치됨과 아울러 내부에는 구동모터(66)의 회전력을 상기 양쪽 피니언(63)에 전달하는 구동축(65)이 구비되도록 구성될 수 있다.

여기서 상기 구동모터(66)의 설치 위치를 다양하게 변경하여 설치할 수 있는데, 예를 들면 가이드 프레임(35) 쪽에 구동모터를 설치할 경우에, 구동모터의 축과 피니언의 축이 상호 직교하는 방향으로 배치한 상태에서 두 축이 서로 만나는 부분에 웜기어 방식의 동력전달기구를 통해 동력을 전달하도록 구성할 수도 있다. 또한 상기와 같은 랙과 피니언을 이용한 슬라이딩 방식 외에, 스크류 잭 구동 방식을 이용할 수도 있는데, 이러한 방식은 가이드 프레임 쪽에 구동모터와 스크류 축을 설치하고, 지지 바 쪽에 스크류 축이 나사 결합되는 부분을 구성하여, 지지 바를 가이드 프레임에 대하여 슬라이딩시키도록 구성하는 것도 가능하다.

이외에도 다양한 구동방식과 동력전달방식을 이용하여 지지 바의 슬라이딩 작동이 가능하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 한 쌍의 지지 바(51) 사이에는 상기 피니언(63)을 보호할 수 있도록 피니언 캡(68)이 설치될 수 있는데, 이때 피니언 캡(68)은 상기 롤러 바(55)의 움직임에 연동되어 함께 회전하도록 구성됨으로써 랙(61)에 걸리지 않도록 구성할 수 있다. 이러한 구조는, 도 6에 도시된 바와 같이, 'U'자 형상의 피니언 캡(68)의 양쪽에 롤러 바(55)가 삽입되어 결합되는 구조를 통해 가능하게 된다.

위와 같이, 본 발명의 장치가 수평 지지대(10), 패널 프레임(30), 지지기 구(50)가 삼각 구조로 배치된 상태에서, 상기 구동모터(66)가 작동하게 되면, 피니언(63)이 랙(61)을 따라 상하 방향으로 이동하게 되고, 이때 지지기구(50)도 가이드 프레임(35)을 따라 상하 방향으로 이동하게 되면서, 수평 지지대(10)의 힌지 연결 부분(H)을 중심으로 패널 프레임(30)을 전후 방향으로 회전시켜 태양의 고도 변화를 추적할 수 있게 된다.

이와 함께, 본 발명의 장치가 태양의 방위각 변화에 대응하여 태양을 추적할 수 있도록 구성될 수 있는데, 이러한 구성은 상기한 수평회전기구(20)를 통해서 이루어질 수 있다.

수평회전기구(20)는 특정 위치에 설치된 수직 지지대(25)에 대하여, 수평 지지대(10)를 회전할 수 있도록 구성되는데, 도 6을 참조하면, 수직 지지대(25)를 중심으로 수평 지지대(10)의 수평판(11)을 회전시키는 구동모터(21)를 포함하여 구성된다. 즉, 구동모터(21)가 작동하게 되면, 수평판(11) 및 수평 지지대(10)가 회전하게 됨으로써 상부의 전체 장치가 회전하면서 태양전지패널(31)이 태양의 위치를 추적할 수 있도록 구성되는 것이다.

이러한 구성을 도 6을 참조하여 설명하면, 수평 지지대(10)의 수평판(11)이 위에서부터 원판(11a), 사각판(11b), 원통체(11c), 다시 사각판(11d) 순서로 한 쌍의 지지대(13) 사이에 조립되어 고정되고, 상기 원판(11a)의 상부에는 구동모터(21)가 고정되게 설치된다. 그리고 상기 원통체(11c) 안쪽에는 이후 설명될 고정원판(26a)의 상면을 주행하는 롤러(12)들이 설치될 수 있다.

이러한 회전 구조물에 대응하여, 수직 지지대(25) 쪽에는 고정원판(26a)과, 이 고정원판(26a) 위에 원통조립체(26b)가 고정되어 설치되고, 원통 조립체(26b)의 상부에는 상기 사각판(11b)과의 상대 운동을 위해 베어링(26c)이 설치된다. 특히 원통 조립체(26b)의 중앙부에는 상기 구동모터(21)의 축(21a)이 결합되는 구성으로 이루어진다.

따라서, 상기 구동모터(21)가 작동하게 되면, 구동모터의 축(21a)이 원통 조립체(26b)에 고정되어 있으므로, 구동모터(21)를 포함하여 수평판(11; 11a, 11b, 11c, 11d), 지지대(13) 등이 회전하게 되면서 모든 상부구조물이 회전하게 되는 것이다.

다음, 도 7 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

도 7 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 도면들로서, 도 7은 측면도, 도 8은 앞쪽에서 본 사시도, 도 9는 뒤쪽에서 본 사시도, 도10은 배면도, 도 11은 평면도, 도 12는 분해 사시도이다. 참고로, 전술한 제1실시예의 구성과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여한다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양 위치 추적 장치는, 전술한 본 발명의 제1실시예의 구성과 같이, 수평 지지대(10), 패널 프레임(30), 지지기구(50)가 삼각 구조로 배치된다.

다만, 본 발명의 제2실시예에서는 지지기구(50)가 수평 지지대(10)에 대하여 슬라이딩 가능하게 결합된 점이 상이하게 구성된다.

즉, 상기 지지기구(50)는 그 상단부가 상기 패널 프레임(30)에 힌지 기구(H)를 통해 회전 가능하게 연결되고, 하단부가 상기 수평 지지대(10)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.

이를 위해, 상기 패널 프레임(30)에는 수평 프레임(32)에 교차하는 수직 프레임(33)이 구성되고, 수직 프레임(33)은 그 하단부가 수평 지지대(10)에 힌지 기구(H)로 결함됨과 아울러 중간부가 지지기구(50)와 힌지 기구(H)로 결합된다.

특히, 수평 지지대(10)는 상기한 제1실시예에서와 같이 수평판(11)과 한 쌍의 지지대(13)가 구비됨과 아울러, 한 쌍의 지지대(13)의 양쪽에는 가이드 프레임(15)이 전후 방향으로 길게 배치되어 결합된다.

이 가이드 프레임(15)은 전술한 제1실시예의 가이드 프레임(35)과 같이 양쪽에 가이드 레일(16)이 형성되고, 상면에 랙(61)이 설치되는 구성으로 이루어진다.

상기 지지기구(50)는 상기 가이드 프레임(15)의 상부에서 전후 방향으로 슬라이딩되면서 태양전지패널(31)의 고도 변화를 추적할 수 있도록 구성되는데, 제1실시예와 마찬가지로 한 쌍의 지지 바(51) 끝단부에 롤러 바(55)에 의해 지지되는 한 쌍의 롤러(53)가 구비되고, 지지 바(51) 사이에는 피니언(63)이 위치된다.

또한, 두 쌍의 지지 바(51) 사이에는 축 하우징(67)이 연결되고, 이 축 하우징(67)에는 구동모터(66)와 이 구동모터(66)의 회전력을 상기 피니언(63)에 전달하는 구동축(65)이 구비된다.

이때에도 상기 구동모터(66)의 설치 위치를 가이드 프레임(15) 또는 수평 지 지대(10) 쪽에 구성하거나, 랙과 피니언 방식이 아닌 볼 스크류 방식을 이용하여 지지 바(51)가 가이드 프레임(15)에 대하여 슬라이딩 구동되도록 구성할 수 있다. 이러한 구동 방식 및 동력전달방식은 전술한 제1실시예에서 설명한 방식을 동일하게 채용할 수 있으므로 반복 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 발명의 제2실시예에서는 지지기구(50)가 수평 지지대(10)에 대하여 슬라이딩 가능하게 연결됨과 아울러, 슬라이딩 가능하게 하는 구동기구(60)가 지지기구(50)와 수평 지지대(10)의 결합 부분 쪽에 위치된 구성이 전술한 제1실시예의 구성과 달리한다.

이상 설명한 구성 부분 외의 구성은 전술한 제1실시예의 구성과 동일하게 구성될 수 있으므로, 그에 대한 반복 설명은 생략한다.

다음, 도 13 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제3실시예를 설명한다.

도 13 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 도면들로서, 도 13은 전체 구성도, 도 14는 도 13의 주요 부분 사시도이다. 여기서도 전술한 제1 및 제2실시예의 구성과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

본 발명의 제3실시예에서는 전술한 제1 및 제2실시예의 수평회전기구(20)와 달리, 캠 기구를 이용한 수평회전기구(70)의 구성을 보여준다.

즉, 도면에서와 같이, 본 실시예의 수평회전기구(70)는, 전술한 제2실시예를 통해 설명된 것과 유사한 구조를 가진 태양 위치 추적 장치의 하부에 설치되는 것 으로서, 수평 지지대(10A) 측에 고정된 상부통체(17)와 수직 지지대(25A)를 구성하는 하부통체(27)가 각각 구성되고, 상부통체(17)가 하부통체(27)의 내통체(28) 외부에 회전 가능하게 삽입된 구성으로 이루어진다. 그리고 상부통체(17)와 하부통체(27) 사이에 하부통체에 대하여 상부통체(17)를 회전시키는 회전구동기구(80)가 구비된다.

여기서 회전구동기구(80)는, 상기 하부통체(27)에 구비된 플랜지부(29)의 하면에 원주 방향으로 일정 간격마다 돌출되게 형성된 다수의 돌출구(81)와, 상기 상부통체(17) 쪽에 연결되어 지지되고 상기 돌출구(81)와 결합된 상태에서 구동모터(83)가 회전할 경우에 돌출구(81)와의 상대 운동에 의해 하부통체(27)의 원주 방향으로 이동하면서 상부통체(17)를 회전시키는 캠기어(85)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 하부통체(27)의 플랜지부(29) 상부에는 상부통체(17)가 결합되어 회전할 때, 회전 저항을 최소화할 수 있도록 베어링(87)이 설치되는 것이 바람직하며, 상기 상부통체(17)에는 상기 캠기어(85)를 비롯하여 구동모터(66) 등이 설치될 수 있도록 지지하는 지지 플레이트(18)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 캠기어(85)는 캠 축(86)에 결합되어 이를 지지하는 캠 하우징(88) 내에 설치되는 것이 바람직하며, 캠 하우징(88)은 상기 지지 플레이트(18)에 고정되게 설치된다. 캠기어(85)를 구동하는 구동모터(66)는 캠 축(86)에 직접 연결되게 설치되거나 도면에서와 같이 감속기 동력전달박스(89)를 경유하여 동력을 전달받도록 구성할 수 있다.

이러한 캠기어(85)는 나선형 구조로 캠면(85a)이 형성되며, 수직 방향으로 돌출된 돌출구(81)에 결합될 수 있도록 캠 축(86)이 수평 방향으로 위치되게 구성된다.

따라서, 구동모터(83)에 의해 캠 축(86) 및 캠기어(85)가 회전할 경우에, 캠기어(85)의 나선형 캠면(85a)이 플랜지부(29)에서 돌출된 돌출구(81)를 따라 이동하게 되므로, 이 캠기어(85)가 고정되어 있는 상부통체(17)가 하부통체(27)에 대하여 상대 회전하게 된다. 결국, 상기 상부통체(17)에 결합된 수평 지지대(10A), 패널 프레임(30), 지지기구(50) 전체가 회전하면서 태양의 방위각 변화에 따른 위치 추적이 가능하게 된다.

한편, 상기에서는 상부통체(17)가 하부통체(27)의 바깥쪽에 삽입된 구조에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 상부통체(17)가 하부통체(27)의 안쪽에 삽입되게 구성될 수 있으며, 또한 플랜지부(87)에 구성된 돌출구(81)를 상부통체(17)에 설치하고, 이에 결합되어 상대 운동하는 캠기어(85)는 하부통체(27)에 지지되게 설치하여 구성하는 것도 가능하다.

도 15는 본 발명에 따른 수평회전기구의 다른 실시예를 보여주는 주요부 사시도이고, 도 16은 수평회전기구에 구비되는 회전구동기구의 결합상태를 보여주는 평면도이다.

도 15는 이하 설명될 수평회전기구(110)에 구비되는 회전구동기구(170)를 중심으로 도시한 것으로서, 이러한 회전구동기구(170)는 전술한 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예 등 여러 실시예의 수평회전기구에 포함시켜 적용 가능한 구성이다.

즉, 본 실시예의 수평회전기구(110)에는 전술한 실시예에서 설명한 패널 프레임과, 이 패널 프레임을 지지하는 구조물이 설치된다. 이때 패널 프레임을 지지하는 구조물은 도 1, 도 7, 도 13 등에서와 같이 수평 지지대(10), 지지기구(50), 구동기구(60) 등으로 구성될 수 있다.

이러한 수평회전기구(110)는 전술한 바와 같은 패널 프레임(30)을 포함한 수평 지지대(10), 지지기구(50), 구동기구(60) 등(이하 '상부 구조물'이라 함)을 수평 방향으로 회전시키도록 구성되는데, 상부 구조물과 이 상부 구조물을 수직 방향으로 지지하기 위한 수직 지지대(125) 사이에 설치된다.

수평회전기구(110)는, 상기 상부 구조물의 하부가 상기 수직 지지대(125)에 회전 가능하게 지지되어 결합되고, 이 결합부분에 상부 구조물이 수직 지지대(125)에 대하여 상대 회전하도록 하는 회전구동기구(170)가 설치된다.

도 15에서는 상부 구조물이 생략된 상태로 도시되었으나, 참조 번호 115는 상부 구조물에 결합될 수 있는 중심 축부를 나타낸 부분으로서, 수직 지지대(125)의 상부 중앙에서 베어링 등을 통해 지지되게 구성될 수 있음을 보여준다.

수직 지지대(125)는 도 14에 도시된 하부통체(27)일 수 있다. 참조 번호 126은 수직 지지대(125)의 상면 테두리부로서 그 위에 스러스트 베어링 등을 설치하여 상부 구조물이 원활하게 회전할 수 있도록 지지할 수 있다. 예를 들면, 도 14의 상부통체(17)가 수직 지지대(125)의 상부에 올려진 상태에서 상부 통체가 원활하게 회전할 수 있도록 베어링을 설치하여 지지할 수 있는 것이다.

이제 회전구동기구(170)에 대하여 설명한다.

회전구동기구(170)는, 상기 수직 지지대(125)의 둘레에 구비된 피동 기어(181)와, 상기 피동 기어(181)에 치합되는 다수의 결합봉(186)이 원주 방향으로 배치되어 구동모터(183)의 회전력에 의해 상기 피동 기어(181)의 둘레를 따라 회전 운동을 하면서 상부 구조물을 회전시키는 구동체(185)로 구성된다. 이때 상기 구동체(185) 및 구동모터(183)는 상부 구조물에 지지되도록 설치된다.

상기 구동체(185)는 상기 피동 기어(181)에 결합되는 부분이 기둥 모양으로 형성되어 원주 방향으로 일정 간격마다 배열된 복수의 결합봉(186)과, 원판형 구조로 형성되어 상기 결합봉(186)의 상부와 하부를 지지함과 아울러 구동모터(183)의 축(184)이 결합되어 회전되는 구동판(187)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 구동판(187)과 각각의 결합봉(186) 사이에는 베어링 부재(188)가 구비되는데, 이는 결합봉(186)들이 피동 기어(181)의 기어치(182)에 결합되고 분리될 때 결합봉(186)이 피동 기어(181)에 대하여 구름 운동함으로써 미끄럼 저항이 최소화되어 보다 원활한 회전 작동력을 얻기 위한 것이다.

도면에서는 구동모터(183) 및 구동체(185)를 지지하는 상부 구조물의 구체적인 구성이 나타나 있지 않으나, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상부 구조물에 구동모터(183) 및 구동체(185)를 지지하기 위한 브래킷 등 지지 구조물을 다양한 방식으로 구성하여 설치할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 도시는 생략하였다.

도 16은 상기 피동 기어(181)와 구동체(185)의 결합 상태를 보여주고 있는 데, 상기 구동체(185)의 결합봉(186)이 원기둥 모양으로 형성됨에 따라 상기 피동 기어(181)의 기어치(182)의 피치 간격 및 치 형상은 상기 결합봉(186)이 틈새 없이 정확하게 맞물리면서 회전할 수 있도록 형성된다.

피동 기어(181)의 기어치(182)와 결합봉(186) 사이에 틈새(유격)가 발생하게 되면, 회전구동기구(170)가 작동할 때 정확한 구동 제어가 어렵게 됨은 물론, 틈새에 의해 심한 소음이 발생할 수 있고, 기구 전체의 내구성이 저하로 이어질 수 있는 문제가 있다. 따라서 피동 기어(181)의 기어치(182)와 결합봉(186)이 틈새 없이 정확하게 결합된 상태에서 회전할 수 있도록 구성해야 하는데, 피동 기어(181)의 기어치(182)는 결합봉(186)의 외경 크기 및 봉과 봉 사이의 간격 등에 의해 결정되어진다.

이에 따라 피동 기어의 기어치(182)는 결합봉(186)이 초기 접촉 위치로부터 완전히 삽입되어 결합된 후, 그리고 다시 이격되는 부분까지 완전히 밀착된 상태에서 구름 운동하면서 동력전달이 이루어지도록 설계되는 것이 바람직하다.

한편, 상기에서는 하부 구조물인 수직 지지대(125) 측에 피동 기어(181)가 설치되고, 상부 구조물 쪽에 구동체(185)가 설치된 구성을 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 상기에서 설명한 구조와 반대로 상부 구조물 쪽에 피동 기어(181)를 설치하고, 수직 지지대(125) 쪽에 구동체(185) 및 구동모터(183)를 지지하도록 설치하는 구성도 가능하다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 도면들로서,

도 1은 측면도,

도 2는 배면도,

도 3은 배면 방향 사시도이다.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 평면도 및 윗방향에서 본 사시도로서,

도 4는 일부 구성이 분해된 상태를 보인 도면 및 주요부 상세도,

도 5는 피니언 캡이 분리된 상태의 도면 및 주요부 상세도이다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 분해 사시도이다.

도 7 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 위치 추적 장치가 도시된 도면들로서,

도 7은 측면도,

도 8은 앞쪽 방향 사시도,

도 9는 뒤쪽 방향 사시도,

도 10은 배면도,

도 11은 평면도,

도 12는 분해 사시도이다.

도 13 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 태양 위치 추적 장치를 설명하기 위한 도면들로서,

도 13은 전체 구성을 보인 사시도,

도 14는 주요부 구성을 보인 분해 사시도이다.

도 15는 본 발명에 따른 수평회전기구의 다른 실시예를 보여주는 주요부 사시도,

도 16은 도 15에서 회전구동기구의 결합 상태를 보인 평면도이다.

Claims (4)

1. 전면에 태양전지가 설치된 패널 프레임을 지지하도록 설치된 상부 구조물과, 이 상부 구조물을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지대와, 상기 상부 구조물과 수직 지지대 사이에 구비되어 상기 패널 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 수평회전기구를 포함하고;

   상기 수평회전기구는, 상기 상부 구조물이 수직 지지대에 회전 가능하게 결합되어 지지되고, 상부 구조물과 수직 지지대 사이에는 수직 지지대에 대하여 상부 구조물을 회전시키는 회전구동기구가 설치되되; 이 회전구동기구는, 상기 수직 지지대의 둘레에 구비된 피동 기어와, 상기 상부 구조물에 지지되고 상기 피동기어에 치합되는 다수의 결합봉이 원주 방향으로 배치되어 상부 구조물에 지지된 구동모터의 회전력에 의해 상기 피동 기어의 둘레를 따라 회전 운동을 하면서 패널 프레임을 비롯한 상부 구조물을 회전시키는 구동체를 포함한 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 장치.
2. 전면에 태양전지가 설치된 패널 프레임을 지지하도록 설치된 상부 구조물과, 이 상부 구조물을 수직 방향으로 지지하는 수직 지지대와, 상기 상부 구조물과 수직 지지대 사이에 구비되어 상기 패널 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 수평회전기구를 포함하고;

   상기 수평회전기구는, 상기 상부 구조물이 수직 지지대에 회전 가능하게 결합되어 지지되고, 상부 구조물과 수직 지지대 사이에는 수직 지지대에 대하여 상부 구조물을 회전시키는 회전구동기구가 설치되되; 이 회전구동기구는, 상기 상부 구조물 쪽에 구비된 피동 기어와, 상기 수직 지지대에 지지되고 상기 피동기어에 치합되는 다수의 결합봉이 원주 방향으로 배치되어 수직 지지대에 지지된 구동모터의 회전력에 의해 상기 피동 기어를 회전 운동시키면서 패널 프레임을 비롯한 상부 구조물을 회전시키는 구동체를 포함한 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 구동체는 상기 피동 기어에 결합되는 부분이 기둥 모양으로 형성되어 원주 방향으로 일정 간격마다 배열된 복수의 결합봉과, 원판형 구조로 형성되어 상기 결합봉의 상부와 하부를 지지함과 아울러 구동모터의 축이 결합되어 회전되는 구동판을 포함한 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 구동판과 각각의 결합봉 사이에는 베어링 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 태양 위치 추적 장치.

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