KR100993286B1

KR100993286B1 - 태양광 추적장치

Info

Publication number: KR100993286B1
Application number: KR1020080052349A
Authority: KR
Inventors: 이재용; 김영훈
Original assignee: 김영훈; 이재용
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2010-11-09
Also published as: KR20090126157A

Abstract

본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 태양광 전지판이 수평회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 결합되며, 수직회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 수평기어; 상기 수평기어를 회전시키는 수평기어 구동모터; 바 형상으로 형성되며, 일측이 상기 태양광 전지판에 결합되고 타측이 상기 수평기어를 관통하도록 결합되어, 길이방향으로 이동됨에 따라 상기 태양광 전지판의 회전시키는 수직기어; 및 상기 수직기어를 이동시키는 수직기어 구동모터;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 구동 모터의 크기나 용량을 줄일 수 있으므로 소비전력이 감소될 뿐만 아니라 제조비용이 절감되고, 수직기어가 수평기어를 관통하도록 장착되므로 제품의 소형화가 가능해지며, 한정된 공간 내에서 수평기어 및 수직기어의 외경이 증대될 수 있으므로 수평기어 및 수직기어가 파손의 우려 없이 보다 정밀하고 안정적으로 회전 가능하다는 장점이 있다.

태양광, 추적, 회전, 수직기어, 수평기어, 원호, 각도

Description

태양광 추적장치 {Apparatus for tracking sunlight}

본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 전지판의 좌우 회전과 상하 회전이 기어 구동 방식으로 이루어지도록 구성되어 태양광 전지판의 좌우 회전 및 상하 회전이 보다 안정적이고 정밀하게 구현될 수 있도록 구성되는 태양광 추적장치에 관한 것이다.

태양광 추적 장치는 태양의 고도나 방위를 측정하거나 시간에 맞추어 미리 프로그램된 방법에 따라 태양열 집열장치나 태양광 발전장치의 태양광 전지판이 태양을 추적하도록 하기 위한 장치이다. 여기서 태양광 전지판은 태양광으로부터 열에너지를 흡수하기 위한 판형상의 판넬을 모두 포함하는 개념이다.

일반적으로 태양광 추적은 연직 방향의 스윙축선을 중심으로 태양광 전지판 등을 선회시켜 태양의 방위를 추적하는 태양광 추적 장치의 스윙(swing) 작동과 수평 방향의 요잉축선을 중심으로 태양광 전지판을 회동시켜 태양의 고도를 추적하는 태양광 추적 장치의 요잉(yawing) 작동에 의해 이루어진다.

상기와 같은 태양광 추적 장치에 의해 태양을 추적하도록 회전되는 태양광 전지판은 대용량의 전력 생산을 위해서 그 면적이 넓어지게 되며, 그에 따라 상기 태양광 전지판은 중량이 커지게 된다. 따라서 비교적 중량이 큰 태양광 전지판을 스윙 및 요잉 구동시키기 위해서는 큰 토크가 필요해 유압실린더나 대용량의 모터가 이용된다.

그런데 태양광 추적 장치는 실외에 설치되는데, 온도에 따라 민감하게 변하는 유압유의 작동성은 동절기와 하절기에 크게 달라진다. 따라서 유압실린더에 의한 구동의 제어는 매우 어려워진다.

한편, 웸기어를 사용하여 태양광 전지판을 스윙 및 요잉 구동시키는 구조는 적은 부피에서 높은 감속비를 쉽게 구현할 수는 있으나, 동력전달 효율이 낮아 구동시 모터 소비 전력이 크다는 문제점이 있다. 또한, 각 기어들이 주축 내부에 설치됨으로 수직축 외경이 적어 태양광 추적장치 상부에 설치되는 태양광 전지판의 무게와 크기로 인하여, 구동시 또는 바람과 같은 외란이 더하여 수직축에 진동이 발생 하고 심할 경우 축이 파손될 수도 있다. 수평축 구동장치로 잭스크류을 이용한 경우에는 무게 중심이동 문제가 발생하고 공지의 기어 동력전달효율에 의하여 웸기나 잭스크류 방식이 평기어동력전달 방식에 비하여 동력손실이 크고 태풍과 같은 외란에 의하여 역회전시 역회전 되지않는 웸기어특성에 의하여 축이 파손되는 경우가 발생한다. 또한, 다른 방식으로 대형 평기어를 이용한 경우에는 동력 전달 효율을 높으나 부피가 크지고는 문제점이 있다.

또한, 본체 기둥에 내장되는 수직축은 적은 축반경과 축에 결합된 중공축 웸기어로 인하여 기동 및 정지시 회전 관성력으로 인하여 웸기어에 큰 힘이 인가되어 수직축 및 구동장치에 반복적인 손상을 가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 수평회전 중 발생하는 수직구동축에 발생되는 큰 힘을 대구경 평기어를 이용하여 구동모터축에 인가되는 힘을 감소시켜 구동 모터의 크기나 용량을 줄여 소비전력이 감소될 수 있고, 제작 경제성을 높일 수 있으며, 수직운동용 수평축 구동용 기어가 수직으로 수평기어 내부를 관통하여 수평기어에 모터를 장치함으로써 장치 크기와 부품수를 줄여 조립을 간단하게 함으로써 보다 적은 크기의 모터와 소비전력으로 섬세하고 부드럽게 행할 수 있는 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 작동이 빈번하거나 외란에 의하여 역회전 하더라도 구동장치의 파손이 방지될 수 있도록, 큰 감속비의 평기어 방식 구동 방식과 평기어 기어드 모터로 구성되는 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 추적장치는,

태양광 전지판이 수평회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 결합되며, 수직회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 수평기어;

상기 수평기어를 회전시키는 수평기어 구동모터;

바 형상으로 형성되며, 일측이 상기 태양광 전지판에 결합되고 타측이 상기 수평기어를 관통하도록 결합되어, 길이방향으로 이동됨에 따라 상기 태양광 전지판 의 회전시키는 수직기어; 및

상기 수직기어를 이동시키는 수직기어 구동모터;

를 포함한다.

상기 수직기어는, 상기 태양광 전지판의 수직회전축을 중심으로 원호를 이루는 방향으로 다수의 기어이빨이 연속 배열되고, 상기 태양광 전지판의 수직회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되며,

상기 수직기어 구동모터의 구동샤프트에 고정 결합되고 상기 수직기어와 기어 결합되어, 자전 시 상기 수직기어를 회전시키는 수직구동기어를 더 포함한다.

상기 수평기어는, 외측 둘레 중 적어도 일부는 상기 수직회전축을 중심으로 원호를 이루도록 형성되고, 원호를 이루는 외측 둘레에는 다수의 기어이빨이 형성되며,

상기 수평기어 구동모터의 구동샤프트에 고정 결합되고 상기 수평기어와 기어 결합되어, 자전 시 상기 수직기어를 회전시키는 수평구동기어를 더 포함한다.

상측이 상기 수평기어의 회전중심을 관통하는 주축을 더 포함하고,

상기 수평기어는 베어링을 매개로 상기 주축에 회전 가능한 구조로 장착된다.

상륜과 하륜이 상기 주축의 상측과 상기 수평기어의 상면에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제1 수평베어링과,

상륜과 하륜이 상기 수평기어의 저면과 상기 주축의 하측에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제2 수평베어링을 더 포함한다.

상기 주축은 하측 외주면에 상기 수평기어의 저면과 이격되도록 수평방향으로 돌출되는 수평돌출부가 형성되고,

상기 수평기어의 저면에 고정 결합되며, 외측단이 상기 수평돌출부의 끝단과 이격되는 지점으로 하향 연장되는 베어링케이스를 더 포함하고,

내륜과 외륜이 상기 수평돌출부의 끝단과 상기 베어링케이스의 하향 연장부에 결합되는 레이디얼 베어링 구조의 수직베어링을 더 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 측면도이다.

본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 태양광 전지판(100)이 힌지(110)에 의해 회동 가능한 구조로 결합되며 수직방향의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 수평기어(200)와, 상기 수평기어(200)를 회전시키는 수평기어 구동모터(300)와, 일측이 상기 태양광 전지판(100)에 결합되고 타측이 상기 수평기어(200)를 관통하도록 결합되어 길이방향으로 이동됨에 따라 상기 태양광 전지판(100)의 회전시키는 수직기어(400)와, 상기 수직기어(400)를 이동시키는 수직기어 구동모터(500)를 포함하여 구성된다.

상기 힌지(110)는 수평방향으로 회전축을 갖도록 결합되는바, 상기 태양광 전지판(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 상태에서 상기 수직기어(400)가 상향으로 올려짐에 따라 세워지고, 상기 수직기어(400)가 하향으로 내려짐에 따라 뉘어지게 된다. 또한 상기 태양광 전지판(100)은 상기 수평기어(200)가 회전됨에 따라 상기 수평기어(200)의 회전축을 중심으로 수평방향으로 회전하게 된다. 따라서 상기 태양광 전지판(100)은 별도의 유압실린더 없이도 수평기어(200) 및 수직기어(400)의 조작만으로 어떠한 방향으로도 향할 수 있게 된다.

이때 본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 상기 태양광 전지판(100)을 수평방향 및 수직방향으로 회전시키기 위한 수평기어(200) 및 수직기어(400)가 각각 별도로 구비되는 것이 아니라, 상기 수직기어(400)가 상기 수평기어(200)를 관통하도록 겹치게 장착되는바, 상기 수직기어(400) 및 수평기어(200)가 차지하는 공간이 작아지고, 이에 따라 전체 장치의 크기가 소형화될 수 있다는 점에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 의한 태양광 추적장치는 상기 수평기어(200)와 수직기어(400)가 일반적인 원형 기어로 형성되는 것이 아니라, 상기 수평기어(200)는 원판형에서 일측이 직선으로 절단된 형상으로 형성되고, 상기 수직기어(400)는 만곡된 바 형상으로 형성된다는 점에 특징이 있다.

이와 같이 상기 수평기어(200)가 일측이 직선으로 절단된 원판형상으로 형성되면, 직선으로 절단된 부위 전체에 걸쳐 상기 태양광 전지판(100)이 힌지(110) 결합될 수 있으므로, 상기 태양광 전지판(100)이 보다 안정적으로 결합될 수 있을 뿐만 아니라 상기 태양광 전지판(100)의 회전 각도가 자유로워질 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 수직기어(400)가 만곡된 바 형상으로 형성되면, 제한된 크기 이내에서 다수의 기어이빨이 배열되는 곡률을 증대시킬 수 있으므로, 힌지(110)를 회전중심으로 하는 즉, 수평회전축을 회전중심으로 하는 상기 태양광 전지판(100)의 회전각도를 보다 정밀하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

물론, 상기 수직기어(400)가 직선 바 형상으로 형성되고 일측에 다수의 기어이빨이 구비되도록 구성될 수도 있으나, 이와 같은 경우 상기 수직기어(400)의 상단이 상기 태양광 전지판(100)에 회동 가능한 구조로 결합되어야 하며, 상기 수직기어(400)가 얼마나 기울어져 있는지에 따라 상기 태양광 전지판(100)의 회전속도 가 증감되는바, 상기 수직기어(400)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 힌지(110)를 중심으로 원호 형상을 이루도록 형성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 상기 수직기어(400)가 힌지(110)를 중심으로 회전하여 상하 방향으로 이동될 때 좌측 또는 우측방향으로 치우쳐 상기 수평기어(200)와 간섭되지 아니하도록, 상기 수직기어(400)의 이동방향을 가이드하는 가이드부재가 추가로 구비됨이 바람직하다.

본 실시예에서는, 상기 수직기어(400)와 수평기어(200)의 외주면에 다수의 기어이빨이 원호 형상으로 배열되고, 상기 수직기어 구동모터(500)와 수평기어 구동모터(300)의 구동샤프트에는 각각 상기 수직기어(400)와 수평기어(200)의 기어이빨과 기어 결합되는 수직구동기어와 수평구동기어(310)가 구비되어, 상기 수직기어 구동모터(500) 및 수평기어 구동모터(300)의 회전력이 각각 상기 수직기어(400) 및 수평기어(200)로 전달되는 구조로 구성되어 있으나, 상기 수직기어 구동모터(500) 및 수평기어 구동모터(300)의 회전력을 전달하는 동력전달 방식은 다양한 방식으로 대체될 수 있다.

예를 들어, 상기 수직기어 구동모터(500) 및 수평기어 구동모터(300)의 구동샤프트와 상기 수직기어(400) 및 수평기어(200)가 벨트 또는 체인으로 연결되어 동력이 전달되도록 구성될 수도 있다. 그러나, 상기 수직기어 구동모터(500) 및 수평기어 구동모터(300)의 회전력을 보다 안정적으로 전달하고 회전비를 용이하게 조절할 수 있도록, 기어결합 구조로 동력을 전달하는 구조로 구성됨이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 부분 단면도이다.

본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 상측이 상기 수평기어(200)의 회전중심을 관통하고 하측은 지면에 장착되는 수평회전본체(600)에 결합되는 주축(610)을 더 포함하고, 상기 수평기어(200)는 회전 시 마찰력이 감소될 수 있도록 베어링을 매개로 상기 주축(610)에 회전 가능한 구조로 장착된다. 즉, 상륜과 하륜이 상기 주축(610)의 상측과 상기 수평기어(200)의 상면에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제1 수평베어링(710)과, 상륜과 하륜이 상기 수평기어(200)의 저면과 상기 주축(610)의 하측에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제2 수평베어링(720)이 구비된다. 또한 상기 제1 수평베어링(710)의 상륜은 별도의 고정너트(712)에 의해 상기 주축(610)에 결합된다.

이와 같이 상기 수평기어(200)와 주축(610)이 제1 수평베어링(710) 및 제2 수평베어링(720)에 의해 결합되면, 상기 수평기어(200)는 보다 원활하고 안정적으로 회전될 수 있을 뿐만 아니라 회전각도가 보다 정확하게 조절될 수 있다는 장점이 있다.

이때 상기 제1 수평베어링(710)과 제2 수평베어링(720)만으로는 상기 수평기어(200)의 상하방향의 흔들림은 방지할 수 있으나, 측방향으로의 흔들림은 방지할 수 없다는 단점이 있다.

따라서 상기 주축(610)은 하측 외주면에 상기 수평기어(200)의 저면과 이격되도록 수평방향으로 돌출되는 수평돌출부(612)가 형성되고, 본 발명에 의한 태양광 추적장치는 상기 수평기어(200)의 저면에 고정 결합되며 외측단이 상기 수평돌출부(612)의 끝단과 이격되는 지점으로 하향 연장되는 베어링케이스(620)를 추가로 구비한다. 이때 상기 주축(610)의 수평돌출부(612)와 베어링케이스(620)의 하향 연장부 사이에는, 내륜과 외륜이 상기 수평돌출부(612)의 끝단과 상기 베어링케이스(620)의 하향 연장부에 결합되는 레이디얼 베어링 구조의 수직베어링(730)이 장착된다.

따라서 상기 수평기어(200)의 저면에 고정 결합된 베어링케이스(620)는 하향 연장부가 상기 수직베어링(730)을 사이에 두고 상기 주축(610)의 외측면(더 정확하게는 주축(610)의 수평돌출부(612) 외주면)을 타고 회전하게 되는바, 상기 수평기어(200)는 측방향으로 흔들리지 아니하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 태양광 추적장치는, 상기 수평기어(200)가 상기 제1 수평베어링(710), 제2 수평베어링(720), 수직베어링(730)에 의해 위치가 항상 일정하게 유지되며 회전 마찰력이 거의 없어지므로, 회전 시 동작 오차가 현저히 감소된다는 장점이 있다.이름

또한, 상기 수평기어 구동모터(300)가 상기 수평기어(200)를 일측으로만 과도하게 회전시키는 경우, 상기 태양광 전지판(100)이 상기 수평기어 구동모터(300) 에 부딪히게 각 부품이 손상되거나 파손될 우려가 있다.

이와 같은 우려를 방지하기 위하여, 상기 수평기어(200)의 좌우측 저면에는 회전한계 표시부(210)가 구비되고, 상기 수평기어 구동모터(300)에는 상기 회전한계 표시부(210)의 위치를 감지하는 회전한계 감지수단(320)이 구비된다.

따라서 상기 수평기어(200)가 어느 일측으로 과도하게 회전하여 상기 회전한계 표시부(210)가 상기 회전한계 감지수단(320)과 대응되는 지점에 위치하게 되면, 상기 수평기어 구동모터(300)는 구동이 정지되어 상기 수평기어(200)가 더 이상 회전하지 아니하도록 한다.

이때, 상기 회전한계 표시부(210)와 회전한계 감지수단(320)은, 마그네틱 센서나 적외선 센서, 접촉센서 등 여러 가지 센서로 적용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 측면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 분해사시도이다.

도 4는 본 발명에 의한 태양광 추적장치의 부분 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 태양광 전지판 110 : 힌지

200 : 수평기어 300 : 수평기어 구동모터

400 : 수직기어 402 : 가이드부재

500 : 수직기어 구동모터 600 : 수평회전 본체

610 : 주축 612 : 수평돌출부

710 : 제1 수평베어링 720 : 제2 수평베어링

730 : 수직베어링

Claims

태양광 전지판(100)이 수평회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 결합되며, 수직회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 수평기어(200);

상기 수평기어(200)를 회전시키는 수평기어 구동모터(300);

상기 수평기어(200)의 회전 한계 지점에 각각 장착되는 회전한계 표시부(210);

상기 수평기어 구동모터(300) 측에 장착되어 상기 회전한계 표시부(210)를 감지하고 상기 수평기어 구동모터(300)의 구동을 정지시키는 회전한계 감지센서(320);

바 형상으로 형성되며, 일측이 상기 태양광 전지판(100)에 결합되고 타측이 상기 수평기어(200)를 관통하도록 결합되어, 길이방향으로 이동됨에 따라 상기 태양광 전지판(100)의 회전시키는 수직기어(400); 및

상기 수직기어(400)를 이동시키는 수직기어 구동모터(500);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제1항에 있어서,

상기 수직기어(400)는,

상기 태양광 전지판(100)의 수직회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제2항에 있어서,

상기 수직기어(400)는,

상기 태양광 전지판(100)의 수직회전축을 중심으로 원호를 이루는 방향으로 다수의 기어이빨이 연속 배열되고,

상기 수직기어 구동모터(500)의 구동샤프트에 고정 결합되고 상기 수직기어(400)와 기어 결합되어, 자전 시 상기 수직기어(400)를 회전시키는 수직구동기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제1항에 있어서,

상기 수평기어(200)는 외측 둘레 중 일부가 직선으로 형성되고,

상기 태양광 전지판(100)은 상기 수평기어(200)의 외측 둘레 중 직선 부위에 수평회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제4항에 있어서,

상기 수평기어(200)는, 외측 둘레 중 일부가 상기 수직회전축을 중심으로 원호를 이루도록 형성되고, 원호를 이루는 외측 둘레에는 다수의 기어이빨이 형성되며,

상기 수평기어 구동모터(300)의 구동샤프트에 고정 결합되고 상기 수평기어(200)와 기어 결합되어, 자전 시 상기 수직기어(400)를 회전시키는 수평구동기 어(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상측이 상기 수평기어(200)의 회전중심을 관통하는 주축(610)을 더 포함하고,

상기 수평기어(200)는 베어링을 매개로 상기 주축(610)에 회전 가능한 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제6항에 있어서,

상륜과 하륜이 상기 주축(610)의 상측과 상기 수평기어(200)의 상면에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제1 수평베어링(710)과,

상륜과 하륜이 상기 수평기어(200)의 저면과 상기 주축(610)의 하측에 각각 결합되는 스러스트 베어링 구조의 제2 수평베어링(720)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
제6항에 있어서,

상기 주축(610)은 하측 외주면에 상기 수평기어(200)의 저면과 이격되도록 수평방향으로 돌출되는 수평돌출부(612)가 형성되고,

상기 수평기어(200)의 저면에 고정 결합되며, 외측단이 상기 수평돌출부(612)의 끝단과 이격되는 지점으로 하향 연장되는 베어링케이스(620)를 더 포함하고,

내륜과 외륜이 상기 수평돌출부(612)의 끝단과 상기 베어링케이스(620)의 하향 연장부에 결합되는 레이디얼 베어링 구조의 수직베어링(730)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.