KR101246920B1 - 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진을 구동하여 유압모터를 작동시키고 유압모터의 힘을 이용하여 중량체인 플라이휠을 회전시키며 플라이휠의 축과 발전기를 연결시켜 플라이휠의 회전력을 통해 전기에너지를 얻을 수 있도록 한 발전장치를 개시한다. 본 발명은 엔진의 동력을 이용하여 전기에너지를 생산하게 되는 경로에 중량체인 플라이휠이 설치되어 있기 때문에 전기에너지 생산이 효율적으로 이루어지는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 자석수단이 추가로 설치되어 플라이휠의 회전을 돕기 때문에 엔진만 가지고 플라이휠을 회전시키는 장치에 비해 연료 소모가 적고 효율적인 작동이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Description

발전장치{Generating set}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진을 구동하여 유압모터를 작동시키고 유압모터의 힘을 이용하여 중량체인 플라이휠을 회전시키며 플라이휠의 축과 발전기를 연결시켜 플라이휠의 회전력을 통해 전기에너지를 얻을 수 있도록 구성된 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료를 사용하는 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전기에너지를 얻는 발전기는 에너지 효율이 매우 낮은 단점이 있다. 즉, 엔진을 적용한 발전기의 경우에는 엔진의 동력만으로 발전기를 작동시키다 보니 지속적인 동력을 발생하기 위해서는 화석연료가 변함없이 지속적으로 소모해야함으로 동력발생에 그만큼의 비용이 소요되었을 뿐만 아니라 에너지 효율도 매우 낮은 문제점이 있다.

한편, 본 출원인이 출원하여 등록된 등록특허 제1058874호에는 발전장치의 일례가 개시되어 있다. 이를 보면, 엔진이 작동되면서 생긴 동력이 유압모터로 전달되어 유압모터를 작동시키게 되고 유압모터의 동력이 체인을 통해 축으로 전달되어 축을 회전시키게 되며 축의 회전력이 벨트를 통해 발전기로 전달되어 발전기에서 전기에너지를 생산하는 구조를 갖는다.

그러나 이와 같은 발전장치도 발전기를 작동시키기 위해서는 항상 변함없는 엔진의 출력 힘이 요구되며, 그러다 보니 화석연료가 변함없이 지속적으로 소모되며, 따라서 화석연료를 통해 전기에너지를 얻을 수는 있지만 전기에너지 생산의 효율성이 매우 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 엔진과 발전기의 사이에 엔진의 동력을 전달받아 회전하는 중량체인 플라이휠을 설치하여 플라이휠이 회전을 하기 시작하면 엔진의 출력 힘이 줄어들더라도 플라이휠이 지속적으로 회전을 하기 때문에 안정적이고 효율적으로 전기에너지를 생산할 수 있도록 개선된 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 플라이휠의 회전을 돕도록 자석수단을 설치하여 플라이휠을 회전시키는 엔진의 동력을 보조할 수 있도록 함으로 에너지 효율성을 향상시킨 발전장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적은, 베이스 상에 연료로 작동되는 엔진이 설치되고, 엔진의 동력을 전달받아 작동되는 유압펌프가 설치되며, 유압펌프와 연동되어 작동되는 유압모터가 설치되고, 유압모터의 동력을 전달받아 회전하는 중심축이 설치되며, 중심축의 동력을 전달받아 작동되면서 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함하여 구성된 발전장치에 있어서, 상기 중심축에 결합되어 중심축과 함께 회전하는 플라이휠이 추가로 설치되되, 이 플라이휠은 중량체로 구성되어 플라이휠이 한번 회전하기 시작하면 관성의 법칙에 의해 작은 힘을 가하더라도 계속 회전하도록 구성되어, 플라이휠이 한번 회전하기 시작하면 엔진의 출력 힘을 줄이더라도 플라이휠이 계속 회전하면서 중심축을 회전시켜 발전기를 작동시키도록 구성되며, 상기 플라이휠의 회전을 돕도록 자석수단이 더 설치되되, 상기 자석수단은, 상기 플라이휠의 외주면에 설치되어 함께 회전하는 적어도 1개 이상의 영구자석과, 상기 중심축을 지지하는 지지대에 설치되고 상기 플라이휠의 외주면과 근접하게 설치되는 적어도 1개 이상의 전자석과, 상기 발전기에서 생산되는 전기에너지가 축전되어 필요할 때 전기를 뽑아 사용할 수 있게 구비되고, 상기 전자석과 전기적으로 연결되어 전자석으로 전류를 공급하는 축전지와, 상기 지지대의 일부분에 설치되어 상기 영구자석이 플라이휠과 함께 회전하면서 전자석에 가까이 올 때까지 이를 감지하여 전자석이 영구자석을 끌어당기는 방향으로 힘이 작용하도록 하여 플라이휠의 회전을 돕게 되고 영구자석이 전자석에 도달하여 지나게 되면 이를 감지하여 전자석의 극성을 바꿔 영구자석을 밀어내면서 플라이휠의 회전을 돕도록 전자석을 제어하는 센서부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전장치에 의해 달성된다.

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그리고 상기 유압모터와 중심축은 제1기어부로 연결되어 동력을 전달하게 구성되고,상기 중심축과 발전기의 축은 제2기어부로 연결되어 동력을 전달하게 구성되며, 상기 제1기어부는 유압모터의 축에 연결된 구동기어와 중심축에 연결된 피동기어와 구동기어와 피동기어를 연결하는 동력전달기어로 구성되어 동력을 전달하게 구성되되, 구동기어보다 피동기어의 직경이 작게 형성되어 구동기어가 한번 회전할 때 피동기어는 여러번 회전을 하게 구성되고, 상기 제2기어부는 중심축에 연결된 중계기어와 발전기의 축에 연결된 종동기어로 구성되되, 중계기어보다 종동기어의 직경이 작게 형성되어 중계기어가 한번 회전할 때 종동기어는 여러번 회전하게 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발전장치는 엔진의 동력을 이용하여 전기에너지를 생산하게 되는 경로에 중량체인 플라이휠이 설치되어 있기 때문에 전기에너지 생산이 효율적으로 이루어지는 효과가 있다. 즉, 중량체인 플라이휠을 처음에 회전시키는 것이 힘들긴 하지만 한번 회전을 하기 시작하면 플라이휠이 자체적으로 회전하려고 하는 관성에 의해 작은 힘만 제공해도 플라이휠은 지속적으로 회전하게 되며, 따라서 엔진의 출력 힘을 줄일 수 있으므로 연료 소모가 감소되고 효율적인 전기에너지 생산이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자석수단이 설치되어 플라이휠의 회전을 돕기 때문에 엔진만 가지고 플라이휠을 회전시키는 장치에 비해 연료 소모가 적고 효율적인 작동이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유압모터의 동력을 제1기어부와 제2기어부를 이용하여 증속시켜 발전기로 동력을 전달하기 때문에 동력의 손실이 없고 발전기의 작동을 원활하게 구현하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 구성을 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 발전장치의 구성을 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명에서 자석수단의 설치 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 자석수단을 설명하기 위해 나타낸 작동도.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 발전장치는 양측에 바퀴(12)가 장착되어 자유롭게 이동 가능하게 구성된 베이스(10)를 구비한다. 그리고 베이스(10) 상에는 화석연료를 연소시켜 작동되는 엔진(20)이 설치되고, 엔진(20)의 동력을 전달받아 중심축(70)에 결합된 플라이휠(100)이 회전하도록 설치되며, 회전하는 중심축(70)에는 발전기(90)가 연결되어 발전기(90)에서 전기에너지를 생산하게 구성된다.

플라이휠(100)은 드럼 형상의 중량체로 구성되어 플라이휠(100)이 한번 회전하기 시작하면 관성의 법칙에 의해 작은 힘을 가하더라도 계속 회전하도록 구성된다. 이러한 플라이휠(100)은 베이스(10)의 중간 부분에 설치되는데, 베이스(10) 상에 설치된 한 쌍의 지지대(14) 사이에 중심축(70)을 통해 거치 되게 설치되어 중심축(70)과 함께 회전하도록 구성된다.

엔진(20)을 통해 플라이휠(100)을 회전시키는 구조를 설명하면, 엔진(20)의 축에는 유압펌프(30)가 연결되어 작동되게 설치되고, 유압펌프(30)는 지지대(14) 상에 설치된 유압모터(50)와 연결되어 유압모터(50)를 작동시키게 설치된다. 즉, 유압펌프(30)는 베이스(10) 상의 일부분에 설치된 오일탱크(40)와 탱크용 유압호스(32)를 통해 연결되며, 유압모터(50)와 모터용 유압호스(34)를 통해 연결되게 설치된다. 따라서 엔진(20)의 동력이 유압펌프(30)로 전달되면 유압펌프(30)가 펌핑 작동을 하게 되고 이때 공급되는 유압의 힘에 의해 유압모터(50)가 작동된다. 이때, 유압모터(50)는 한 쌍의 지지대(14)에 각각 설치되는 좌측 유압모터 및 우측 유압모터로 구분되어 함께 작동되면서 출력 힘을 증폭시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 유압모터(50)가 작동되면 그 동력이 제1기어부(60)를 통해 중심축(70)으로 전달되어 중심축(70)과 함께 플라이휠(100)을 회전시키게 된다. 여기서 제1기어부(60)는 유압모터(50)의 축에 연결된 구동기어(62)와, 지지대(14)의 외측으로 연장된 중심축(70)의 단부에 연결된 피동기어(66)와, 구동기어(62)와 피동기어(66)를 연결하는 동력전달기어(64)로 구성된다. 따라서 유압모터(50)가 작동되면 구동기어(62)가 회전하면서 그 회전력이 피동기어(66)로 전달되어 중심축(70)과 함께 플라이휠(100)을 회전시키게 된다. 이때, 구동기어(62)의 직경 보다 피동기어(66)의 직경이 작게 형성되어 구동기어(62)가 한번 회전할 때 피동기어(66)는 여러번 회전하게 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 구조로 인해 엔진(20)의 동력을 전달받아 회전하는 플라이휠(100)이 처음에는 천천히 회전하기 시작하고 엔진(20)도 큰 힘이 소요되지만, 플라이휠(100)이 한번 회전하기 시작하면 중량체이기 때문에 엔진(20)의 출력 힘을 줄이더라도 플라이휠(100)이 계속 회전하면서 중심축(70)을 회전시키게 되는 것이다. 즉, 처음에는 중심축(70)이 플라이휠(100)을 강제로 회전시키게 되지만 플라이휠(100)이 회전하기 시작하면 플라이휠(100) 자체의 회전력에 의해 중심축(70)이 수월하게 회전하게 되는 것이다.

계속해서, 본 발명은 플라이휠(100)이 회전하게 되면 중심축(70)의 일부분에 연결되어 있는 제2기어부(80)를 통해 발전기(90)가 작동되게 구성된다. 여기서 제2기어부(80)는 중심축(70)에 연결된 중계기어(82)와 발전기(90)의 축에 연결된 종동기어(84)로 구성된다. 그리고 중계기어(82)의 직경 보다 종동기어(84)의 직경이 작게 형성되어 중계기어(82)가 한번 회전할 때 종동기어(84)는 여러번 회전하게 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 플라이휠(100)이 회전하게 되면 중심축(70)에 연결되어 있는 발전기(90)가 작동되면서 전기에너지를 생산하게 된다. 물론, 발전기(90)의 옆에는 베이스(10) 상에 축전지(92)가 설치되어 발전기(90)에서 생산된 전기에너지가 축전지(92)에 축전되도록 구성된다. 물론, 발전기(90)의 전기에너지가 축전지(92)에 축전되어 사용되는 기술은 공지의 기술을 적용하면 될 것이다.

또한, 본 발명은 엔진(20)의 연료 소모를 줄이기 위해 플라이휠(100)의 회전을 돕도록 자석수단이 더 설치된다.

자석수단은, 플라이휠(100)의 외주면에 설치되어 함께 회전하는 적어도 1개 이상의 영구자석(110)과, 중심축(70)을 지지하는 지지대(14)에 브라켓(16)을 통해 설치되고 플라이휠(100)의 외주면과 근접하게 설치되는 적어도 1개 이상의 전자석(120)을 포함하여 구성된다. 그리고 전자석(120)은 축전지(92)와 전기적으로 연결되어 축전지(92)를 통해 전류가 자체적으로 공급되게 구성된다. 그리고 지지대(14)의 일부분에는 전자석(120)의 극성을 타이밍에 맞게 변경시켜 주어 플라이휠(100)의 회전을 돕도록 센서부(130)가 추가로 설치된다. 즉, 센서부(130)는 영구자석(110)이 플라이휠(100)과 함께 회전하면서 전자석(120)에 가까이 올 때까지 이를 감지하여 전자석(120)이 영구자석(110)을 끌어당기는 힘을 갖도록 하여 플라이휠(100)의 회전을 돕게 되고 영구자석(110)이 전자석(120)에 도달하여 지나가는 것을 감지하게 되면 전자석(120)의 극성을 바꿔 영구자석(110)을 밀어내어 플라이휠(100)의 회전을 돕도록 신호를 제어하게 된다. 물론, 전자석(120)의 원리와 이를 감지하여 신호를 제어하는 센서부(130)의 원리는 공지의 기술을 적용하면 될 것이다. 참고로, 본 발명의 실시예에서는 영구자석(110)이 플라이휠(100)에 박혀 있는 것처럼 도시되어 있으나 플라이휠(100)의 외면에 부착되는 구조를 갖도록 할 수도 있을 것이다.

이제, 이와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 전기에너지를 생산하는 작동 및 작용을 설명한다.

먼저, 본 발명은 엔진(20)을 작동시키면 엔진(20)의 동력이 유압펌프(30)를 작동시키게 되고 유압펌프(30)의 펌핑력을 이용하여 한 쌍의 유압모터(50)를 작동시키게 된다. 그러면 유압모터(50)의 축에 결합되어 있는 구동기어(62)가 회전하게 되고 구동기어(62)의 회전력이 동력전달기어(64)와 피동기어(66)를 통해 전달되어 중심축(70)을 회전시키게 된다. 그러면 중심축(70)에 결합되어 있는 플라이휠(100)은 중심축(70)과 함께 천천히 회전을 하게 된다. 물론, 플라이휠(100)이 중량체이기 때문에 처음에는 천천히 회전을 하게 되고 플라이휠(100)을 회전시키기 위해 엔진(20)에서 큰 힘의 동력이 요구되어 연료 소모가 상승하게 되지만, 플라이휠(100)이 한번 회전하기 시작하게 되면 플라이휠(100)이 관성의 법칙에 의해 회전하려는 힘을 자체적으로 갖게 되고, 이때는 엔진(20)의 출력 힘이 줄어들더라도 플라이휠(100)은 지속적으로 회전을 하게 된다.

이때, 본 발명은 자석수단이 설치되어 있기 때문에 플라이휠(100)의 처음 회전을 돕기도 하지만, 플라이휠(100)이 회전을 하기 시작하면 엔진(20)의 작은 동력과 더불어 플라이휠(100)의 회전을 돕게 된다. 즉, 플라이휠(100)이 회전하면서 플라이휠(100)의 외주면에 설치된 영구자석(110)이 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 전자석(120) 근처로 이동할 때까지 전자석(120)이 영구자석(110)을 끌어당겨 플라이휠(100)의 회전을 돕게 되고, 영구자석(110)이 전자석(120)에 도달하여 지나가게 되면 이를 감지하여 전자석(120)의 극성이 바뀌 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 영구자석(110)을 밀어내어 플라이휠(100)의 회전을 돕게 된다. 따라서 엔진(20)에서 공급되는 작은 힘의 동력과 자석의 힘에 의해 플라이휠(100)을 한번 회전을 하기 시작하면 지속적으로 자연스럽게 회전을 하게 되는 것이다.

다음으로, 플라이휠(100)이 회전을 하게 되면 중심축(70)이 함께 회전을 하게 되며, 중심축(70)에 결합되어 있는 중계기어(82)가 회전하게 된다. 그러면 중계기어(82)와 이맞물림되어 있는 종동기어(84)가 함께 회전을 하게 되고, 종동기어(84)의 동력이 발전기(90)로 전달되어 발전기(90)에서 전기에너지가 생산되는 것이다. 물론, 유압모터(50)가 일회전할 때 제1기어부(60)와 제2기어부(80)를 통해 그 회전력이 증속되어 발전기(90)로 전달되기 때문에 효율적인 전기에너지 생산이 이루어지게 된다.

다음으로, 발전기(90)를 통해 생산된 전기에너지를 축전지(92)로 전달되어 축전되는데, 축전지(92)의 전기에너지는 전자석(120)에 전류를 공급하는 데 일부가 사용되고 나머지는 필요한 부분에 사용되게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 베이스 20: 엔진
30: 유압펌프 40: 오일탱크
50: 유압모터 60: 제1기어부
70: 중심축 80: 제2기어부
90: 발전기 92: 축전지
100: 플라이휠 110: 영구자석
120: 전자석 130: 센서부

Claims (3)

1. 베이스 상에 연료로 작동되는 엔진이 설치되고, 엔진의 동력을 전달받아 작동되는 유압펌프가 설치되며, 유압펌프와 연동되어 작동되는 유압모터가 설치되고, 유압모터의 동력을 전달받아 회전하는 중심축이 설치되며, 중심축의 동력을 전달받아 작동되면서 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함하여 구성된 발전장치에 있어서,
   상기 중심축에 결합되어 중심축과 함께 회전하는 플라이휠이 추가로 설치되되, 이 플라이휠은 중량체로 구성되어 플라이휠이 한번 회전하기 시작하면 관성의 법칙에 의해 작은 힘을 가하더라도 계속 회전하도록 구성되어, 플라이휠이 한번 회전하기 시작하면 엔진의 출력 힘을 줄이더라도 플라이휠이 계속 회전하면서 중심축을 회전시켜 발전기를 작동시키도록 구성되며,
   상기 플라이휠의 회전을 돕도록 자석수단이 더 설치되되,
   상기 자석수단은, 상기 플라이휠의 외주면에 설치되어 함께 회전하는 적어도 1개 이상의 영구자석과, 상기 중심축을 지지하는 지지대에 설치되고 상기 플라이휠의 외주면과 근접하게 설치되는 적어도 1개 이상의 전자석과, 상기 발전기에서 생산되는 전기에너지가 축전되어 필요할 때 전기를 뽑아 사용할 수 있게 구비되고, 상기 전자석과 전기적으로 연결되어 전자석으로 전류를 공급하는 축전지와, 상기 지지대의 일부분에 설치되어 상기 영구자석이 플라이휠과 함께 회전하면서 전자석에 가까이 올 때까지 이를 감지하여 전자석이 영구자석을 끌어당기는 방향으로 힘이 작용하도록 하여 플라이휠의 회전을 돕게 되고 영구자석이 전자석에 도달하여 지나게 되면 이를 감지하여 전자석의 극성을 바꿔 영구자석을 밀어내면서 플라이휠의 회전을 돕도록 전자석을 제어하는 센서부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유압모터와 중심축은 제1기어부로 연결되어 동력을 전달하게 구성되고,상기 중심축과 발전기의 축은 제2기어부로 연결되어 동력을 전달하게 구성되며,
   상기 제1기어부는 유압모터의 축에 연결된 구동기어와 중심축에 연결된 피동기어와 구동기어와 피동기어를 연결하는 동력전달기어로 구성되어 동력을 전달하게 구성되되, 구동기어보다 피동기어의 직경이 작게 형성되어 구동기어가 한 번 회전할 때 피동기어는 여러 번 회전을 하게 구성되고,
   상기 제2기어부는 중심축에 연결된 중계기어와 발전기의 축에 연결된 종동기어로 구성되되, 중계기어보다 종동기어의 직경이 작게 형성되어 중계기어가 한 번 회전할 때 종동기어는 여러 번 회전하게 구성된 것을 특징으로 하는 발전장치.

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