KR101339319B1

KR101339319B1 - 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치

Info

Publication number: KR101339319B1
Application number: KR1020120129430A
Authority: KR
Inventors: 고진환
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-12-09
Also published as: WO2014077493A1

Abstract

본 발명은 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치에 관한 것으로, 제1 샤프트(140)에 연결되어 일정한 각도씩 양방향 회전하는 스텝 모터(130)와; 제1 샤프트(140)에 고정 결합되는 제1 회전 부재(120), 상기 제1 회전 부재(120)와 이격 배치되어 지지 샤프트(240)에 장착되는 제2 회전 부재(121), 제2 샤프트(141)에 고정 결합되는 제3 회전 부재(122)와; 상기 제1 회전 부재(120)의 양방향 회전을 제2 회전 부재(121)에 전달하기 위한 제1 회전력 전달 부재(123), 상기 제2 회전 부재(121)의 양방향 회전을 제3 회전 부재(122)에 전달하기 위한 제2 회전력 전달 부재(124)와; 제2 샤프트(141)에 고정 결합되고 양방향으로 회전 운동하는 제1 양방향 회전 기어(150)와; 제3 샤프트(142)에 고정 결합되고 양방향 회전 운동하는 제1 아이들러 기어(151)와; 제3 샤프트(142)에 고정 결합되고 양방향 회전 운동하는 전달 기어(152)와; 제2 샤프트(141)에 장착되고 양방향으로 회전 운동하는 최종 기어(153)와; 양방향 스윙 운동하는 아암 부재(160), 및 곡면(camber)이 생성될 수 있도록 작동자 제1 부재(113)와 작동자 제2 부재(114)가 힌지 결합되고 작동자 제1 부재(113)의 일측면에 제2 샤프트(141)가 고정 결합된 작동자(110)로 구성됨으로써, 양력이 증가될 수 있도록 작동자에 곡면(camber)을 주어 발전기의 토크를 증대시켜 발전 효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치 {Oscillating tidal stream generator using the active pitch and camber control}

본 발명은 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양력이 증가될 수 있도록 작동자에 곡면(camber)을 주어 발전기의 토크를 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치에 관한 것이다.

전력 생산 분야에서 아직까지는 화력 발전 또는 원자력 발전이 큰 비중을 차지하는 것이 사실이다. 미래에 화석 연료가 고갈되면 화력 발전은 더 이상 사용할 수 없을 것이며, 원자력 발전은 사고 발생 시 치명적인 결과를 면하기 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 화력 발전 및 원자력 발전을 대체할 수 있는 대안적인 발전 장치들의 개발이 절실한 실정이며, 그 중 하나로 거론되는 것이 조류 발전이다. 조류 발전은 자연적인 조류(tidal stream)를 이용하므로 댐 시설이 불필요하며 주변 환경에의 영향이 거의 없는 등의 여러 가지 장점을 지닌다.

조류 발전은 그 명칭에서 알 수 있듯이 바다에 적용되는 것이 일반적이지만, 빠른 유속을 지닌 하천에도 동일한 원리로 적용 가능하다. 따라서, 본 발명에서 조류 발전이라 함은 바다 뿐만 아니라 하천 등에 적용되어 유체의 수평 유동 에너지로부터 전력을 생산하는 발전 장치를 의미하는 것으로 사용한다.

조류 발전 방식에는 조류에 의해 한 방향으로 회전하는 임펠러(impeller)를 이용하는 방식, 조류에 의해 상하로 왕복하는 날개(wing) 형상의 승강 부재를 이용하는 방식 등이 있다.

구체적으로, 종래의 조류 발전 장치의 선행기술로서, 등록특허 제10-0936907호에 개시된 바와 같이, 조류의 흐름 방향에 따라 회전하여 항상 프로펠러의 축이 조류를 정면으로 맞이하도록 함과 아울러 수심에 따라 다르게 나타나는 조류속도를 감지하여 가장 빠른 수심을 찾아 프로펠러를 이동시킴으로써 발전 효율을 극대화시키도록 한 것이다.

상기 종래의 선행기술도 발전 효율을 극대화시키기 위한 것이나, 이러한 기술은 승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치에는 적용하기 어려워 반복승강식 조류 발전 장치에 적용이 가능한 발전 효율 향상 방안이 요구되고 더불어 승강 부재의 왕복 운동을 일방향 회전 운동으로 변환하는 것을 간단한 구조를 통해 달성할 수 있는 방안도 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양력이 증가될 수 있도록 작동자에 곡면(camber)을 주어 발전기의 토크를 증대시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치에 있어서 승강 부재의 왕복 운동을 비교적 간단한 구조를 통해 일방향의 회전 운동으로 변환 가능한, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 샤프트에 연결되어 일정한 각도씩 양방향 회전하는 스텝 모터와; 제1 샤프트에 고정 결합되어 제1 샤프트의 회전 시 제1 샤프트와 함께 회전 가능하게 장착된 제1 회전 부재, 상기 제1 회전 부재와 이격 배치되어 지지 샤프트에 장착되지만 지지샤프트와 함께 회전하지는 않고 두 개의 풀리가 일체로 형성된 제2 회전 부재, 제2 샤프트에 고정 결합되어 제2 샤프트와 함께 회전 가능한 제3 회전 부재와; 상기 제1 회전 부재의 양방향 회전을 제2 회전 부재에 전달하기 위한 제1 회전력 전달 부재, 상기 제2 회전 부재의 양방향 회전을 제3 회전 부재에 전달하기 위한 제2 회전력 전달 부재와; 제2 샤프트에 고정 결합되고 제3 회전 부재가 양방향 회전 운동함에 따라 양방향으로 회전 운동하는 제1 양방향 회전 기어와; 제3 샤프트에 고정 결합되고 상기 제1 양방향 회전 기어와 맞물려 있어 제1 양방향 회전 기어가 양방향으로 회전함에 따라 양방향 회전 운동하고 기어 이의 개수는 상기 제1 양방향 회전 기어의 기어 이의 개수보다 적은 제1 아이들러 기어와; 제3 샤프트에 고정 결합되고 상기 제1 아이들러 기어와 동일한 방향으로 양방향 회전 운동하는 전달 기어와; 제2 샤프트에 장착되지만 제2 샤프트와 함께 회전하지는 않고 상기 전달 기어와 맞물려 있어 전달 기어가 양방향으로 회전함에 따라 양방향으로 회전 운동하는 최종 기어와; 일단부에는 제2 샤프트와 제3 샤프트가 회전 가능하게 관통되며, 타단부는 제4 회전 부재를 지지하는 지지 샤프트에 고정 결합되어 양방향 스윙 운동하는 아암 부재, 및 전단부 측의 작동자 제1 부재와 후단부 측의 작동자 제2 부재로 분리되어 곡면(camber)이 생성될 수 있도록 작동자 제1 부재와 작동자 제2 부재가 힌지 결합되며, 작동자 제1 부재의 일측면에 제2 샤프트가 고정 결합된 작동자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작동자 제2 부재의 일측면에는 제1 돌출부가 형성되어 있어 최종 기어 측면의 제2 돌출부와 컨넥팅 로드로 연결되어 있고, 제1 양방향 회전 기어와 제1 아이들러 기어의 기어 비가 다름으로 인해 제1 양방향 회전 기어보다 최종 기어는 더 많이 회전하게 되고, 최종 기어에 컨넥팅 로드로 연결된 작동자 제2 부재는 작동자 제1 부재의 피치각(α)에 비해 추가 회전각(β)을 더 얻을 수 있게 되어 작동자에 곡면(camber)이 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작동자에 곡면(camber)을 주기 위해 상호 맞물려 있는 제1 아이들러 기어와 제1 양방향 회전 기어의 기어 비(gear ratio)는 1:1.5 인 것을 특징으로 한다.

또한, 작동자의 전단부가 작동자의 후단부보다 더 높아지도록 작동자의 피치각(α)이 스텝 모터에 의해 조절됨으로써 작동자는 조류로부터 양력을 얻어 상승력을 받게 되고 작동자는 위로 상승하며, 작동자의 후단부가 작동자의 전단부보다 더 높아지도록 작동자의 피치각(α)이 스텝 모터에 의해 조절됨으로써 작동자는 조류로부터 양력을 얻어 하강력을 받게 되고 작동자는 아래로 하강하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작동자의 상하 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛과; 상기 제1 변환 유닛에 의해 출력된 양방향 회전 운동을 전달받아 일방향의 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛이 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 변환 유닛은, 지지 샤프트에 고정 결합되고 상기 아암 부재의 반복적인 상하 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 회전하는 제4 회전 부재와; 상기 제4 회전 부재와 이격 배치되고 제4 샤프트에 고정 결합된 제5 회전 부재, 및 상기 제4 회전 부재의 양방향 회전을 제5 회전 부재에 전달하는 제3 회전력 전달 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 변환 유닛은, 제4 샤프트에 고정 결합되고 상기 제1 변환 유닛에 의해 양방향으로 회전 운동하며 일체로 형성된 제2 및 제3 양방향 회전 기어와; 제5 샤프트에 고정 결합되고 일체로 형성된 제2 및 제3 아이들러 기어와; 일방향 회전 운동을 출력하는 제6 샤프트에 장착되는 제1 및 제2 출력 기어, 및 상기 제1 및 제2 출력 기어와 제6 샤프트 사이에 배치되며, 제1 및 제2 출력 기어의 제1 방향 회전은 제6 샤프트에 전달하지만 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향의 회전은 제6 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 제2 일방향 클러치 부재로 구성되고, 상기 제2 아이들러 기어는 제3 양방향 회전 기어와 맞물리고, 상기 제1 출력 기어는 제2 양방향 회전 기어에 맞물리며, 제2 출력기어는 제3 아이들러 기어에 맞물리는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 변환 유닛으로부터 출력되는 일방향 회전 운동을 이용하여 전력을 생산하는 발전 유닛이 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본, 본 발명인 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류발전장치는 양력이 증가될 수 있도록 작동자에 곡면(camber)을 주어 발전기의 토크를 증대시켜 발전 효율을 향상시키고, 승강 부재의 왕복 운동을 비교적 간단한 구조를 통해 일방향의 회전 운동으로 변환 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자 제어유닛의 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자 제어유닛의 평면도.
도 4 는 본 발명에 따른 조류발전장치의 제1 변환유닛과 제2 변환유닛의 사시도.
도 5 는 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 상승 시 작동자 제어유닛의 동작을 나타낸 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 하강 시 작동자 제어유닛의 동작을 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 상승 시 제1 변환유닛의 동작을 나타낸 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 하강 시 제1 변환유닛의 동작을 나타낸 도면.
도 9 는 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 상승 시 제2 변환유닛의 동작을 나타낸 도면.
도 10 은 본 발명에 따른 조류발전장치의 작동자가 하강 시 제2 변환유닛의 동작을 나타낸 도면.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 작동자 제어 유닛, 제1 변환 유닛, 제2 변환 유닛 및 발전 유닛으로 구성된다.

작동자 제어 유닛(100)은 작동자(110)의 상하 왕복운동을 제어하기 위한 것으로서, 작동자(110), 제1 회전 부재(120), 제2 회전 부재(121), 제3 회전 부재(122), 제1 회전력 전달 부재(123), 제2 회전력 전달 부재(124), 제1 샤프트(140)에 연결된 스텝 모터(130), 제2 샤프트(141)에 장착된 제1 양방향 회전 기어(150)와 최종 기어(153), 제3 샤프트(142)에 장착된 제1 아이들러 기어(151)와 전달 기어(152), 아암 부재(160)를 포함한다.

작동자(110)는 바다 또는 강물과 같은 유체 내에 배치되며 특히 빠른 수평 유동을 지닌 구역에 배치됨이 바람직하다. 작동자(110)는 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 측면에서 보면 유선형이고, 작동자(110)의 전단부(111)는 작동자(110)의 후단부(112)보다 더 두껍다. 조류의 흐름을 따라 전단부(111)는 후단부(112)에 대해 상류에 배치된다. 다시 말해 작동자(110)는 전단부(111) 쪽에서 후단부(112) 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다.

특히, 본 발명에서는 작동자(110)에 곡면(camber)을 주기 위해 작동자(110)를 2개 이상으로 분리할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 작동자(110)를 전단부(111) 측의 작동자 제1 부재(113)와 후단부(112) 측의 작동자 제2 부재(114) 2개로 분리하여 작동자(110)에 곡면(camber)이 생성될 수 있도록 작동자 제1 부재(113)와 작동자 제2 부재(114)를 힌지 결합한다. 그리고 작동자 제1 부재(113)의 일측면에 제2 샤프트(141)가 고정 결합되기 위해 끼움홈(170)이 형성되어 있고 제2 샤프트(141)의 단부에 결합된 끼움부(171)가 상기 끼움홈(170)에 끼워져 최종적으로 결합구(172)가 작동자(110)와 끼움부(171)에 각각 형성된 결합공(173)에 삽입되어 작동자(110)는 제2 샤프트(141)에 고정 결합된다.

또한, 작동자 제2 부재(114)의 일측면에는 제1 돌출부(174)가 형성되어 있어 최종 기어(153) 측면의 제2 돌출부(175)와 컨넥팅 로드(176)로 연결되며, 도 1 내지 도 3에는 한 개의 작동자(110)만 도시되어 있으나 제2 샤프트(141) 양단에 한 쌍의 작동자(110)가 고정 결합될 수도 있다. 여기서, 상기 제1 돌출부(174)는 작동자 제1 부재(113)와 작동자 제2 부재(114) 사이의 힌지축 단부에 연장하여 연결될 수 있는 추가적인 회전체(도시하지 않음)에 결합되어 상기 회전체가 작동자 제2 부재(114)를 회전시켜 추가 회전각(β)을 얻음으로써 컨넥팅 로드(176)의 힘을 좀 더 효율적으로 전달할 수도 있다.

제1 회전 부재(120)는 제1 샤프트(140)에 고정 결합되어 제1 샤프트(140)의 회전 시 제1 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 장착되고, 본 실시예에서 제1 회전 부재(120)는 풀리(pulley)로 구비된다. 제1 샤프트(140)는 스텝 모터(130)에 연결되어 스텝 모터(130)가 일정한 각도씩 양방향 회전할 때 제1 샤프트(140)에 고정 결합된 제1 회전 부재(120)는 그에 연동하여 양방향으로 반복 회전한다. 이러한 제1 회전 부재(120)는 수면 위에 배치되는 것이 바람직하다.

제2 회전 부재(121)는 제1 회전 부재(120)와 이격 배치되어 지지 샤프트(240)에 장착된다. 제1 회전 부재(120)와 마찬가지로 제2 회전 부재(121)도 풀리로 구비되지만 제2 회전 부재(121)는 두 개의 풀리가 일체로 형성되어 있고, 지지 샤프트(240)와 제2 회전 부재(121) 사이에는 베어링(도시하지 않음)이 장착되어 있어 지지 샤프트(240)의 회전 시 제2 회전 부재(121)는 지지 샤프트(240)와 함께 회전하지는 않는다. 이미 공지된 기술 분야에 속하는 베어링은 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이므로 베어링에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제3 회전 부재(122)는 제2 샤프트(141)에 고정 결합되어 제3 회전 부재(122)의 회전 시 제2 샤프트(141)는 함께 회전 가능하고 제2 샤프트(141)에 고정 결합된 작동자(110)도 제3 회전 부재(122)의 회전 시 함께 회전 가능하게 된다.

제1 회전력 전달 부재(123)는 제1 회전 부재(120)의 양방향 회전을 제2 회전 부재(121)에 전달하기 위한 것이고 제2 회전력 전달 부재(124)는 제2 회전 부재(121)의 양방향 회전을 제3 회전 부재(122)에 전달하기 위한 것으로, 두 개의 풀리가 일체로 형성된 제2 회전 부재(121)의 두 개의 풀리 중 하나는 제1 회전 부재(120)와 연동하고 다른 하나는 제3 회전 부재(122)와 연동한다. 이에 제1 및 제2 회전력 전달 부재(123,124)는 제1 회전 부재(120)와 제2 회전 부재(121) 및 제3 회전 부재(122)를 감싸도록 배치된다. 본 실시예에서 제1 및 제2 회전력 전달 부재(123,124)는 장력(tension)을 통해 회전력을 전달하는 벨트(belt)로 구비된다.

본 실시예에서는 제1, 제2 및 제3 회전부재(120,121,122)는 풀리로 구비되고 제1 및 제2 회전력 전달 부재(123,124)는 벨트로 구비되지만, 대안적인 다른 실시예들에서는 제1, 제2 및 제3 회전 부재는 스프로켓(sprocket)으로 구비되고 제1 및 제2 회전력 전달 부재는 체인(chain)으로 구비될 수도 있다.

제1 양방향 회전 기어(150)는 평 기어(spur gear)로 구비된다. 이러한 제1 양방향 회전 기어(150)는 제2 샤프트(141)에 고정 결합되고 앞서 설명한 제3 회전 부재(122)도 제2 샤프트(141)에 고정 결합되어 있으므로, 제3 회전 부재(122)가 양방향 회전 운동함에 따라 제1 양방향 회전 기어(150)도 양방향으로 회전 운동하게 된다.

제1 아이들러 기어(151)는 평 기어로 구비되고 제3 샤프트(142)에 고정 결합된다. 여기서 제1 아이들러 기어(151)는 상기 제1 양방향 회전 기어(150)와 맞물려 있다. 따라서, 제1 양방향 회전 기어(150)가 양방향으로 회전하면 제1 아이들러 기어(151)도 양방향 회전한다. 다만, 제1 양방향 회전 기어(150)의 회전 방향과 제1 아이들러 기어(151)의 회전 방향은 반대가 됨을 알 수 있다. 한편, 작동자(110)에 곡면(camber)을 주기 위해 상호 맞물려 있는 제1 아이들러 기어(151)와 제1 양방향 회전 기어(150)의 기어 비(gear ratio)는 1:1.5 인 것이 바람직한데, 즉, 제1 아이들러 기어(151)의 기어 이(gear tooth)의 개수는 제1 양방향 회전 기어(150)의 기어 이의 개수보다 적다. 따라서 제1 아이들러 기어(151)의 각속도와 회전수는 제1 양방향 회전 기어(150)의 각속도와 회전수보다 기어 비 만큼 더 크게 된다. 여기서, 상기 기어 비(1:1.5)는 제1 및 제2 돌출부(174,175)의 위치와 곡면(camber) 크기에 따라 달라질 수도 있다.

전달 기어(152)는 평 기어로 구비되고 제3 샤프트(142)에 작동자(110)의 개수 만큼 고정 결합되는데 도 1 내지 도 3에서는 제2 샤프트(141) 양단에 한 쌍의 작동자(110)가 고정 결합되는 경우를 예정한 것이다. 상기 제1 아이들러 기어(151)도 제3 샤프트(142)에 고정 결합되어 있으므로 제1 아이들러 기어(151)가 양방향으로 회전 운동함에 따라 전달기어(152)도 제1 아이들러 기어(151)와 동일한 방향으로 양방향 회전 운동을 하게 된다. 한편, 전달 기어(152)는 제1 아이들러 기어(151)와 기어 비가 다르더라도 상호 동일한 각속도 및 회전수를 가짐을 쉽게 알 수 있다.

최종 기어(153)는 평 기어로 구비되고 제2 샤프트(141)에 작동자(110)의 개수 만큼 장착되는데 도 1 내지 도 3에서는 제2 샤프트(141) 양단에 한 쌍의 작동자(110)가 고정 결합되는 경우를 예정한 것이다. 여기서 최종 기어(153)는 상기 전달 기어(152)와 맞물려 있어 전달 기어(152)가 양방향으로 회전하면 최종 기어(153)도 양방향으로 회전한다. 다만, 전달 기어(152)의 회전 방향과 최종 기어(153)의 회전 방향은 반대가 됨을 쉽게 이해할 수 있고, 상호 맞물려 있는 전달 기어(152)와 최종 기어(153)의 기어 비(gear ratio)는 1:1 이어서 제1 아이들러 기어(151)의 각속도와 회전수가 전달 기어(152)를 통해 그대로 최종 기어(153)로 전달되게 된다. 이는 제2 샤프트(141)와 최종 기어(153) 사이에 베어링(도시하지 않음)이 장착되어 있어 가능한 것인데, 즉, 제2 샤프트(141)의 회전 시 최종 기어(153)는 제2 샤프트(141)와 함께 회전하지는 않는다. 따라서, 최종 기어(153)의 각속도와 회전수는 제1 양방향 회전 기어(150)의 각속도와 회전수보다 기어 비 만큼 더 크게 된다.

전술한 바와 같이, 작동자 제2 부재(114)의 일측면에는 제1 돌출부(174)가 형성되어 있어 최종 기어(153) 측면의 제2 돌출부(175)와 컨넥팅 로드(176)로 연결되어 있는데, 제1 양방향 회전 기어(150)와 작동자 제1 부재(113)가 고정 결합되어 있는 제2 샤프트(141)와 최종 기어(153)는 동일한 방향으로 회전하지만 제1 양방향 회전 기어(150)와 제1 아이들러 기어(151)의 기어 비가 다름으로 인해 제1 양방향 회전 기어(150)보다 최종 기어(153)는 더 많이 회전하게 되고, 따라서 최종 기어(153)에 컨넥팅 로드(176)로 연결된 작동자 제2 부재(114)는 작동자 제1 부재(113)의 피치각(α)에 비해 추가 회전각(β)을 더 얻을 수 있게 되어 작동자(110)에 곡면(camber)이 생성된다.

아암 부재(160)는 기다란 로드(rod) 형상을 하고 있다. 아암 부재(160)의 일단부에는 상기 제2 샤프트(141)와 제3 샤프트(142)가 회전 가능하게 관통되며, 아암 부재(160)의 타단부는 제4 회전 부재(220)를 지지하는 지지 샤프트(240)에 고정 결합된다. 따라서 아암 부재(160)는 작동자(110)의 상하 왕복 운동에 연동하여 상하로 반복적으로 스윙하는 운동을 하게 된다. 즉, 아암 부재(160)는 양방향 스윙 운동을 반복한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 작동자(110)의 상하 왕복 운동에 따른 작동자 제어 유닛(100)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 제1 샤프트(140)는 스텝 모터(130)에 연결되어 스텝 모터(130)가 일정한 각도씩 양방향 회전할 때 제1 샤프트(140)에 고정 결합된 제1 회전 부재(120)는 그에 연동하여 양방향으로 반복 회전하고, 제1 회전력 전달 부재(123)는 제1 회전 부재(120)의 양방향 회전을 제2 회전 부재(121)에 전달하고 제2 회전력 전달 부재(124)는 제2 회전 부재(121)의 양방향 회전을 제3 회전 부재(122)에 전달하며, 제3 회전 부재(122)의 회전 시 제2 샤프트(141)는 함께 회전 가능하고 제2 샤프트(141)에 고정 결합된 작동자(110)도 제3 회전 부재(122)의 회전 시 함께 회전하며, 제1 양방향 회전 기어(150)는 제2 샤프트(141)에 고정 결합되어 제3 회전 부재(122)가 양방향 회전 운동함에 따라 제1 양방향 회전 기어(150)도 양방향으로 회전 운동하며, 제1 양방향 회전 기어(150)가 양방향으로 회전하면 제1 아이들러 기어(151)도 양방향 회전하고, 제1 아이들러 기어(151)는 제3 샤프트(142)에 고정 결합되어 있으므로 제1 아이들러 기어(151)가 양방향으로 회전 운동함에 따라 전달 기어(152)도 제1 아이들러 기어(151)와 동일한 방향으로 양방향 회전 운동하고, 최종 기어(153)는 상기 전달 기어(152)와 맞물려 있어 전달 기어(152)가 양방향으로 회전하면 최종 기어(153)도 양방향으로 회전하게 된다.

먼저, 작동자(110)의 전단부(111)가 작동자(110)의 후단부(112)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 양력을 얻어 상승력을 받게 되고, 작동자(110)는 위로 상승하며 이에 따라 작동자(110)에 결합된 아암 부재(160)는 위로 스윙 운동한다.

보다 구체적으로, 스텝 모터(130)의 회전각이 0일 때 작동자(110)의 피치각(α)을 0으로 그리고 작동자(110)가 유체 속에서 상하 왕복 운동의 하단에 위치하도록 아암 부재(160)를 조정한다. 작동자의 전단부(111)가 그 후단부(112)보다 더 높아지도록 스텝 모터(130)가 일방향으로 회전하면 제2 샤프트(141)가 일방향으로 회전하여 작동자의 전단부(111)가 그 후단부(112)보다 더 높아지게 작동자(110)의 피치각(α)이 조절됨으로써 작동자(110)가 위로 상승하며, 이에 따라 아암 부재(160)도 위로 스윙 운동한다. 이 때 제1 양방향 회전 기어(150)와 제1 아이들러 기어(151)의 기어 비가 다름으로 인해 제1 양방향 회전 기어(150)보다 최종 기어(153)는 더 많이 회전하게 되고, 따라서 최종 기어(153)에 컨넥팅 로드(176)로 연결된 작동자 제2 부재(114)는 작동자 제1 부재(113)의 피치각(α)에 비해 추가 회전각(β)을 더 얻을 수 있게 되어 작동자(110)에 곡면(camber)이 생성되기 시작한다. 나아가, 스텝 모터(130)의 회전각이 일방향으로 최대일 때 작동자(110)의 피치각(α)과 추가 회전각(β)은 최대가 되고 작동자(110)는 유체 속에서 상하 왕복 운동의 중간에 위치하게 된다. 한편, 스텝 모터(130)가 타방향으로 회전하여 다시 스텝 모터(130)의 회전각이 0이 될 때 작동자(110)의 피치각(α)과 추가 회전각(β)은 다시 줄어들면서 다시 0이 되고 작동자(110)는 유체 속에서 상하 왕복 운동의 상단에 위치하게 된다.

다음으로, 작동자의 후단부(112)가 작동자의 전단부(111)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 양력을 얻어 하강력을 받게 되고, 작동자(110)는 아래로 하강하며 이에 따라 작동자(110)에 결합된 아암 부재(160)는 아래로 스윙 운동한다.

보다 구체적으로, 스텝 모터(130)의 회전각이 0일 때 작동자(110)의 피치각(α)은 0이고 작동자(110)가 유체 속에서 상하 왕복 운동의 상단에 위치한다. 작동자의 후단부(112)가 그 전단부(111)보다 더 높아지도록 스텝 모터(130)가 타방향으로 회전하면 제2 샤프트(141)가 타방향으로 회전하여 작동자의 후단부(112)가 그 전단부(111)보다 더 높아지게 작동자(110)의 피치각(α)이 조절됨으로써 작동자(110)가 아래로 하강하며, 이에 따라 아암 부재(160)도 아래로 스윙 운동한다. 이 때 제1 양방향 회전 기어(150)와 제1 아이들러 기어(151)의 기어 비가 다름으로 인해 제1 양방향 회전 기어(150)보다 최종 기어(153)는 더 많이 회전하게 되고, 따라서 최종 기어(153)에 컨넥팅 로드(176)로 연결된 작동자 제2 부재(114)는 작동자 제1 부재(113)의 피치각(α)에 비해 추가 회전각(β)을 더 얻을 수 있게 되어 작동자(110)에 곡면(camber)이 생성되기 시작한다. 나아가, 스텝 모터(130)의 회전각이 타방향으로 최대일 때 작동자(110)의 피치각(α)과 추가 회전각(β)은 최대가 되고 작동자(110)는 유체 속에서 상하 왕복 운동의 중간에 위치하게 된다. 한편, 스텝 모터(130)가 다시 일방향으로 회전하여 다시 스텝 모터(130)의 회전각이 0이 될 때 작동자(110)의 피치각(α)과 추가 회전각(β)은 다시 줄어들면서 다시 0이 되고 작동자(110)는 유체 속에서 상하 왕복 운동의 하단에 위치하게 된다.

이러한 작동자(110)의 승하강은 작동자(110)의 상하면에 작용하는 압력 차이에 의한 것으로, 이러한 승하강 원리는 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 변환 유닛(200)은 작동자(110)의 상하 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 제2 변환 유닛(300)에 전달하기 위한 것으로서, 제4 회전 부재(220), 제5 회전 부재(221) 및 제3 회전력 전달 부재(222)를 포함한다.

상기 제4 회전 부재(220)는 지지 샤프트(240)에 고정 결합되어 아암 부재(160)의 상하 왕복 운동에 따른 지지 샤프트(240) 회전 시 지지 샤프트(240)와 함께 회전 가능하게 장착된다. 본 실시예에서는 제4 회전 부재(220)는 풀리(pulley)로 구비된다. 이러한 제4 회전 부재(220)는 상기 아암 부재(160)의 반복적인 상하 스윙 운동에 연동하여 양방향으로(즉, 시계 방향 및 시계 반대 방향으로) 반복 회전한다.

상기 제5 회전 부재(221)는 제4 회전 부재(220)와 이격 배치된다. 보다 구체적으로 제5 회전 부재(221)는 제4 회전 부재(220)로부터 상방으로 일정거리 떨어져 배치된다. 따라서, 제5 회전 부재(221)는 제4 회전 부재(220)와 달리 수면 위에 배치되고, 제4 회전 부재(220)와 마찬가지로 제5회전 부재(221)는 풀리로 구비된다.

상기 제3 회전력 전달 부재(222)는 제4 회전 부재(220)의 양방향 회전을 제5 회전 부재(221)에 전달하기 위한 것으로, 이에 제3 회전력 전달 부재(222)는 제4 회전 부재(220) 및 제5 회전 부재(221)를 감싸도록 배치된다. 본 실시예에서 제3 회전력 전달 부재(222)는 장력(tension)을 통해 회전력을 전달하는 벨트(belt)로 구비된다.

본 실시예에서는 제4 및 제5 회전부재(220,221)는 풀리로 구비되고 제3 회전력 전달 부재(222)는 벨트로 구비되지만, 대안적인 다른 실시예들에서는 제4 및 제5 회전 부재(220,221)는 스프로켓(sprocket)으로 구비되고 제3 회전력 전달 부재(222)는 체인(chain)으로 구비될 수도 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 작동자(110)의 상하 왕복 운동에 따른 제1 변환 유닛(200)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 작동자의 전단부(111)가 작동자의 후단부(112)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 상기 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 상승력을 받게 된다. 따라서, 작동자(110)는 위로 상승하며 이에 따라 작동자(110)에 결합된 아암 부재(160)는 위로 스윙 운동한다. 그러면 아암 부재(160)가 고정 결합된 지지 샤프트(240)는 반시계 방향으로 회전하며 지지 샤프트(240)에 고정 결합된 제4 회전 부재(220)도 함께 반시계 방향으로 회전한다. 그리고 제4 회전 부재(220)의 회전력이 제3 회전력 전달 부재(222)에 의해 제5 회전 부재(221) 역시 반시계 방향으로 회전된다. 이처럼 작동자(110)가 상승할 때 제1 변환 유닛(200)은 제5 회전 부재(221)를 통해 반시계 방향의 회전 운동을 출력한다.

다음으로, 작동자의 후단부(112)가 작동자의 전단부(111)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 상기 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 하강력을 받게 된다. 따라서, 작동자(110)는 아래로 하강하며 이에 따라 작동자(110)에 결합된 아암 부재(160)는 아래로 스윙 운동한다. 그러면 아암 부재(160)가 고정 결합된 지지 샤프트(240)는 시계 방향으로 회전하며 제4 회전 부재(220)도 함께 시계 방향으로 회전한다. 그리고 제4 회전 부재(220)의 회전력이 제3 회전력 전달 부재(222)에 의해 제5 회전 부재(221)에 전달됨으로써 제5 회전 부재(221)도 시계 방향으로 회전된다. 이처럼 작동자(110)가 하강할 때 제1 변환 유닛(200)은 제5 회전 부재(221)를 통해 시계 방향의 회전 운동을 출력한다.

요컨대, 본 실시예에 따른 조류 발전 장치 가동시, 작동자(110)는 상하 방향의 왕복 운동을 반복하며, 이에 따라 제1 변환 유닛(200)은 왕복 운동을 양방향(시계 방향 및 반시계 방향)의 회전 운동으로 변환하여 출력한다.

제2 변환 유닛(300)은 제1 변환 유닛(200)에 의해 출력된 양방향 회전 운동을 전달받아 일방향의 회전 운동으로 변환하여 출력하기 위한 것이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 변환 유닛(300)은 제4 샤프트(340)에 장착된 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)와, 제5 샤프트(341)에 장착된 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)와, 제6 샤프트(342)에 장착된 제1 및 제2 출력 기어(355,356)와, 제6 샤프트(342)와 제1 및 제2 출력 기어(355,356) 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)를 포함한다. 도면들로부터 제4, 제5 및 제6 샤프트(340,341,342)들은 서로 평행함을 알 수 있다.

제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)는 동일 형상의 평 기어(spur gear)로 구비되며 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 명확히 도시되지 않았지만 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)는 일체로 형성된다. 이러한 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)는 제4 샤프트(340)에 고정 결합된다. 앞서 설명한 제1 변환 유닛(200)의 제5 회전 부재(221)도 제4 샤프트(340)에 고정 결합되어 있으므로, 제5 회전 부재(221)가 양방향으로 회전 운동함에 따라 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)도 양방향으로 회전 운동하게 된다.

제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)는 동일 형상의 평 기어로 구비되며 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 명확히 도시되지 않았으나, 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)는 일체로 형성된다. 이러한 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)는 제5 샤프트(341)에 고정 결합된다. 여기서 제2 아이들러 기어(353)는 전술한 제3 양방향 회전 기어(352)와 맞물려 있다. 따라서, 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)가 양방향으로 회전하면 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)도 양방향으로 회전한다. 다만, 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)의 회전 방향과 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)의 회전 방향은 반대가 됨을 쉽게 이해할 수 있다. 한편, 상호 맞물려 있는 제2 아이들러 기어(353)와 제3 양방향 회전 기어(352)의 기어 비(gear ratio)는 1:1인 것이 바람직하다.

제1 및 제2 출력 기어(355,356)는 동일 형상의 평 기어로 구비되며, 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 제1 출력 기어(355)는 제1 일방향 클러치 부재(360)를 통해 제6 샤프트(342)에 장착되며, 제2 출력 기어(356)는 제2 일방향 클러치 부재(361)를 통해 제6 샤프트(342)에 장착된다. 제1 출력 기어(355)는 제2 양방향 회전 기어(351)에 바로 맞물리며, 제2 양방향 회전 기어(351)와 반대 방향으로 회전한다. 반면, 제2 출력기어(356)는 제3 아이들러 기어(354)에 맞물리며, 제3 양방향 회전 기어(352)와 같은 방향으로 회전한다. 제1 및 제2 출력 기어(355,356)의 기어 이(gear tooth)의 개수는 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)의 기어 이(gear tooth)의 개수보다 적다. 따라서 제1 및 제2 출력 기어(355,356)의 각속도는 다른 기어들의 각속도보다 더 크다.

제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)는 제1 및 제2 출력 기어(355,356)와 제6 샤프트(342) 사이에 배치되며, 제6 샤프트(342)에 고정 결합된다. 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)는 제1 및 제2 출력 기어(355,356)의 제1 방향 회전은 제6 샤프트(342)에 전달하지만 제1 방향(예로써, 반시계 방향)에 반대되는 제2 방향(예로써, 시계 방향)의 회전은 제6 샤프트(342)에 전달 하지 않는다. 이러한 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)에 의해 제1 및 제2 출력 기어(355,356)는 제1 방향 회전 시에는 제6 샤프트(342)를 동일 방향으로 구동하지만 제2 방향 회전 시에는 헛돌게 된다. 본 실시예에서 상기 제1 방향은 반시계 방향인 것으로 특정하여 설명한다. 하지만 대안적인 다른 실시예에서 상기 제1 방향은 시계 방향일 수 있다. 여기서 주목할 것은 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)가 제6 샤프트(342)에 전달할 수 있는 회전 방향은 서로 동일하다는 점이다. 이러한 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)가 구비됨으로써 제6 샤프트(342)는 제1 방향(본 실시예에서는 반시계 방향)으로만 연속적으로 회전할 수 있다. 즉, 제6 샤프트(342)는 일방향 회전 운동을 출력할 수 있다.

제2 변환 유닛(300)의 동작에 대한 보다 자세한 설명은 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.

발전 유닛(400)은 도 6에 도시된 바와 같이 제6 샤프트(342)에 연결되며, 따라서 제6 샤프트(342)의 일방향 회전 운동으로부터 전력을 생산할 수 있다. 일방향의 회전 동력을 이용하여 전력 생산이 가능함은 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이미 공지된 기술 분야에 속하는 발전 유닛에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

미설명 부호 500은 로드 형상의 한 쌍의 지지 로드(500)를 가리키며, 각각의 지지 로드(500)는 지지 샤프트(240)와 제4 샤프트(340) 및 제1 샤프트(140)에 결합됨으로써 지지 샤프트(240)를 지지함과 동시에 지지 샤프트(240)와 제4 샤프트(340) 및 제1 샤프트(140) 간의 간격을 일정하게 유지한다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 제2 변환 유닛(300)의 동작에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 앞서 도 7를 참조하여 설명한 바와 같이, 작동자(100)가 상승할 때 제1 변환 유닛(200)은 제5 회전 부재(221)를 통해 반시계 방향의 회전 운동을 출력한다. 그러면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 변환 유닛(200)의 제5 회전 부재(221)는 제4 샤프트(340)에 고정 결합되어 있으므로, 이것에 고정 결합된 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)도 반시계 방향으로 회전한다. 그리고, 제3 양방향 회전 기어(352)에 제2 아이들러 기어(353)가 맞물려 있으므로, 일체로 형성된 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)는 시계 방향으로 회전한다. 이때, 제1 출력 기어(355)는 제2 양방향 회전 기어(351)에 바로 맞물려 있으므로 시계 방향으로 회전할 것이고, 제2 출력 기어(356)는 제3 아이들러 기어(354)에 맞물려 있으므로 반시계 방향으로 회전할 것이다. 전술했듯이 제1 및 제2 출력 기어(355,356)에 결합된 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)는 반시계 방향의 회전력 만을 전달하므로, 제1 출력 기어(355)의 시계 방향 회전력은 제6 샤프트(342)에 전달되지 않는 반면, 제2 출력 기어(356)의 반시계 방향 회전력은 제6 샤프트(342)에 전달된다. 따라서, 제6 샤프트(342)는 제2 출력 기어(356)로부터 전달된 반시계 방향 회전력에 의해 반시계 방향으로 회전한다.

다음으로, 앞서 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 작동자(110)가 하강할 때 제1 변환 유닛(200)은 제5 회전 부재(221)를 통해 시계 방향의 회전 운동을 출력한다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 변환 유닛(200)의 제5 회전 부재(221)는 제4 샤프트(340)에 고정 결합되어 있으므로, 이것에 고정 결합된 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)도 시계 방향으로 회전한다. 그리고, 제3 양방향 회전 기어(352)에 제2 아이들러 기어(353)가 맞물려 있으므로, 일체로 형성된 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)는 반시계 방향으로 회전한다. 이때, 제1 출력 기어(355)는 제2 양방향 회전 기어(351)에 바로 맞물려 있으므로 반시계 방향으로 회전할 것이고, 제2 출력 기어(356)는 제3 아이들러 기어(354)에 맞물려 있으므로 시계 방향으로 회전할 것이다. 전술했듯이 제1 및 제2 출력 기어(355,356)에 결합된 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)는 반시계 방향의 회전력 만을 전달하므로, 제1 출력 기어(355)의 반시계 방향 회전력은 제6 샤프트(342)에 전달되는 반면, 제2 출력 기어(356)의 시계 방향 회전력은 제6 샤프트(342)에 전달되지 않는다. 따라서, 제6 샤프트(342)는 제1 출력 기어(355)로부터 전달된 반시계 방향 회전력에 의해 반시계 방향으로 회전한다.

작동자(110)가 상승할 때에나 하강할 때에도 제6 샤프트(342)는 항상 반시계 방향으로 회전함을 알 수 있다. 본 실시예에 따른 조류 발전 장치의 가동 중에 작동자(110)는 상승 운동 및 하강 운동을 반복하며, 따라서 제6 샤프트(342)는 일 방향(본 실시예에서 반시계 방향)으로 계속적으로 회전한다. 따라서 제6 샤프트(342)에 의해 제공되는 일 방향 회전력을 이용하여 발전 유닛(400)으로부터 전력이 생산될 수 있다.

상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.

100: 작동자 제어 유닛 110: 작동자
120: 제1 회전 부재 121: 제2 회전 부재
122: 제3 회전 부재 123: 제1 회전력 전달부재
124: 제2 회전력 전달부재 130: 스텝 모터
140: 제1 샤프트 141: 제2 샤프트
142: 제3 샤프트 150: 제1 양방향 회전 기어
151: 제1 아이들러 기어 152: 전달 기어
153: 최종 기어 160: 아암 부재
174: 제1 돌출부 175: 제2 돌출부
176: 컨넥팅 로드 200: 제1 변환 유닛
220: 제4 회전 부재 221: 제5 회전 부재
222: 제3 회전력 전달부재 240: 지지 샤프트
300: 제2 변환 유닛 340: 제4 샤프트
341: 제5 샤프트 342: 제6 샤프트
351: 제2 양방향 회전 기어 352: 제3 양방향 회전 기어
353: 제2 아이들러 기어 354: 제3 아이들러 기어
355: 제1 출력 기어 356: 제2 출력 기어
360: 제1 일방향 클러치 부재 361: 제2 일방향 클러치 부재
400: 발전 유닛

Claims

수평 유동하는 유체를 이용하여 전력을 생산하는 조류 발전 장치에 있어서,
제1 샤프트(140)에 연결되어 일정한 각도씩 양방향 회전하는 스텝 모터(130)와;
제1 샤프트(140)에 고정 결합되어 제1 샤프트(140)의 회전 시 제1 샤프트(140)와 함께 회전 가능하게 장착된 제1 회전 부재(120), 상기 제1 회전 부재(120)와 이격 배치되어 지지 샤프트(240)에 장착되지만 지지샤프트(240)와 함께 회전하지는 않고 두 개의 풀리가 일체로 형성된 제2 회전 부재(121), 제2 샤프트(141)에 고정 결합되어 제2 샤프트(141)와 함께 회전 가능한 제3 회전 부재(122)와;
상기 제1 회전 부재(120)의 양방향 회전을 제2 회전 부재(121)에 전달하기 위한 제1 회전력 전달 부재(123), 상기 제2 회전 부재(121)의 양방향 회전을 제3 회전 부재(122)에 전달하기 위한 제2 회전력 전달 부재(124)와;
제2 샤프트(141)에 고정 결합되고 제3 회전 부재(122)가 양방향 회전 운동함에 따라 양방향으로 회전 운동하는 제1 양방향 회전 기어(150)와;
제3 샤프트(142)에 고정 결합되고 상기 제1 양방향 회전 기어(150)와 맞물려 있어 제1 양방향 회전 기어(150)가 양방향으로 회전함에 따라 양방향 회전 운동하고 기어 이의 개수는 상기 제1 양방향 회전 기어(150)의 기어 이의 개수보다 적은 제1 아이들러 기어(151)와;
제3 샤프트(142)에 고정 결합되고 상기 제1 아이들러 기어(151)와 동일한 방향으로 양방향 회전 운동하는 전달 기어(152)와;
제2 샤프트(141)에 장착되지만 제2 샤프트(141)와 함께 회전하지는 않고 상기 전달 기어(152)와 맞물려 있어 전달 기어(152)가 양방향으로 회전함에 따라 양방향으로 회전 운동하는 최종 기어(153)와;
일단부에는 제2 샤프트(141)와 제3 샤프트(142)가 회전 가능하게 관통되며, 타단부는 제4 회전 부재(220)를 지지하는 지지 샤프트(240)에 고정 결합되어 양방향 스윙 운동하는 아암 부재(160), 및
전단부(111) 측의 작동자 제1 부재(113)와 후단부(112) 측의 작동자 제2 부재(114)로 분리되어 곡면(camber)이 생성될 수 있도록 작동자 제1 부재(113)와 작동자 제2 부재(114)가 힌지 결합되며, 작동자 제1 부재(113)의 일측면에 제2 샤프트(141)가 고정 결합된 작동자(110)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 작동자 제2 부재(114)의 일측면에는 제1 돌출부(174)가 형성되어 있어 최종 기어(153) 측면의 제2 돌출부(175)와 컨넥팅 로드(176)로 연결되어 있고, 제1 양방향 회전 기어(150)와 제1 아이들러 기어(151)의 기어 비가 다름으로 인해 제1 양방향 회전 기어(150)보다 최종 기어(153)는 더 많이 회전하게 되고, 최종 기어(153)에 컨넥팅 로드(176)로 연결된 작동자 제2 부재(114)는 작동자 제1 부재(113)의 피치각(α)에 비해 추가 회전각(β)을 더 얻을 수 있게 되어 작동자(110)에 곡면(camber)이 생성되는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
작동자(110)에 곡면(camber)을 주기 위해 상호 맞물려 있는 제1 아이들러 기어(151)와 제1 양방향 회전 기어(150)의 기어 비(gear ratio)는 1:1.5 인 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 1 항에 있어서,
작동자(110)의 전단부(111)가 작동자(110)의 후단부(112)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 양력을 얻어 상승력을 받게 되고 작동자(110)는 위로 상승하며, 작동자(110)의 후단부(112)가 작동자(110)의 전단부(111)보다 더 높아지도록 작동자(110)의 피치각(α)이 스텝 모터(130)에 의해 조절됨으로써 작동자(110)는 조류로부터 양력을 얻어 하강력을 받게 되고 작동자(110)는 아래로 하강하는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 작동자(110)의 상하 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛(200)과;
상기 제1 변환 유닛(200)에 의해 출력된 양방향 회전 운동을 전달받아 일방향의 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛(300)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 변환 유닛(200)은,
지지 샤프트(240)에 고정 결합되고 상기 아암 부재(160)의 반복적인 상하 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 회전하는 제4 회전 부재(220)와;
상기 제4 회전 부재(220)와 이격 배치되고 제4 샤프트(340)에 고정 결합된 제5 회전 부재(221), 및
상기 제4 회전 부재(220)의 양방향 회전을 제5 회전 부재(221)에 전달하는 제3 회전력 전달 부재(222)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 변환 유닛(300)은,
제4 샤프트(340)에 고정 결합되고 상기 제1 변환 유닛(200)에 의해 양방향으로 회전 운동하며 일체로 형성된 제2 및 제3 양방향 회전 기어(351,352)와;
제5 샤프트(341)에 고정 결합되고 일체로 형성된 제2 및 제3 아이들러 기어(353,354)와;
일방향 회전 운동을 출력하는 제6 샤프트(342)에 장착되는 제1 및 제2 출력 기어(355,356), 및
상기 제1 및 제2 출력 기어(355,356)와 제6 샤프트(342) 사이에 배치되며, 제1 및 제2 출력 기어(355,356)의 제1 방향 회전은 제6 샤프트(342)에 전달하지만 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향의 회전은 제6 샤프트(342)에 전달하지 않는 제1 및 제2 일방향 클러치 부재(360,361)로 구성되고,
상기 제2 아이들러 기어(353)는 제3 양방향 회전 기어(352)와 맞물리고, 상기 제1 출력 기어(355)는 제2 양방향 회전 기어(351)에 맞물리며, 제2 출력기어(356)는 제3 아이들러 기어(354)에 맞물리는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 변환 유닛(300)으로부터 출력되는 일방향 회전 운동을 이용하여 전력을 생산하는 발전 유닛(400)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는, 피치와 곡면 능동제어를 이용한 반복승강식 조류 발전 장치.