KR101596923B1 - 선박용 무선전력공급장치 - Google Patents

선박용 무선전력공급장치 Download PDF

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KR101596923B1
KR101596923B1 KR1020150162335A KR20150162335A KR101596923B1 KR 101596923 B1 KR101596923 B1 KR 101596923B1 KR 1020150162335 A KR1020150162335 A KR 1020150162335A KR 20150162335 A KR20150162335 A KR 20150162335A KR 101596923 B1 KR101596923 B1 KR 101596923B1
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하충호
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Abstract

본 발명은 선박용 무선전력공급장치를 이용하여 지상에서 선박으로 전력을 무선으로 충전하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선박용 무선전력공급장치는 선박이 정박하는 항만 부두의 벽면에 좌측과 우측에 상하 방향의 막대기형상으로 설치되며, 마주보는 면의 가운데 길이 방향으로 홈이 형성되는 고정부; 상기 고정부의 홈에 삽입하여 길이방향으로 이동되며, 내부에 물을 담을 수 있는 공간이 형성된 몸체와, 상기 몸체의 하부에 설치되어 바다로부터 해수면의 높이를 조절하는 부력장치와, 상기 몸체와 부력장치의 내부로 물을 주입시키는 주입펌프와, 상기 몸체와 부력장치의 내부로부터 외부로 물을 배출시키는 배출펌프를 포함하는 지그부; 상기 지그부의 상부에 설치되어 자기에너지를 무선으로 공급하는 급전장치를 포함하는 급전부; 선박에 장착되어 상기 급전장치로부터 무선으로 자기에너지를 공급받는 집전장치를 포함하는 집전부; 및 상기 지그부의 배출펌프 또는 주입펌프를 작동시켜 부력장치를 통해 바다로부터 해수면의 높낮이를 제어하는 제어부;를 포함하는 선박용 무선전력공급장치를 제공한다.

Description

선박용 무선전력공급장치 {Wireless power transfer device for ship}
본 발명은 선박용 무선전력공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면 배가 정착할 수 있는 부두에 고정부가 설치되고, 고정부로부터 지그부 및 급전부가 구비되어 선박에 장착된 집전부에 효율적으로 전력을 무선 공급하는 장치에 관한 것이다.
국제 청정운송 위원회의 보고서에 따르면 전 세계 어선의 유류 사용에 의한 이산화탄소 배출량은 2020년이면 해상의 이산화탄소 배출량을 추월할 것으로 예상하며, 선박의 매연이 전 세계 스모그의 27%를 차지할 것으로 조사되었다.
국제해사기구(IMO)는 "선박 온실가스 배출규제안"을 회원국에 통보함으로써, 선박도 탄소배출량 규제대상에 새로 포함되어 2013년부터 단계적으로 온실가스를 감소시켜야 한다. 이에 정부, 조선 및 해운 업계는 온실가스를 줄이기 위한 노력을 하는 상황이고, 전 세계적으로 지구 온난화와 에너지 소비등의 문제에 대해 일정한 공감대가 형성되면서 국가별로 안전 및 환경 관련 법규가 계속 강화되고 있으며, 그 규제가 국제적인 연계를 통해 강화되고 있는 추세다.
상기와 같이 온실가스배출을 줄이기 위해 선박이 항만에 계류하는 동안 필요한 전력을 육상으로부터 공급받아 발전기 사용을 줄여야 한다.
현재 일부 선박은 전력공급장치를 구비하여 항만에 정박하는 동안 육상으로부터 케이블을 연결하여 선박에 필요한 전력을 충전하고 있다.
하지만, 선박에 케이블을 연결하여 충전하는 접촉식 전력 전송 방식은 선박에 필요한 전력을 충전하기 위해 직접 케이블을 체결해야되는 번거로움과 지상의 케이블이 선박에 연결되어 있는 동안 파도에 의해 선박이 흔들리게 되면 케이블이 손상될 수 있는 문제가 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1213446호 대한민국 등록특허공보 제10-1056174호
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 선박이 부두에 정박하는 동안 케이블을 이용한 접촉식 전력 전송의 충전 방식을 사용하였으나, 본 발명에서는 선박용 무선전력공급장치의 급전부가 부두에 설치되어 선박에 설치된 집전부에 무선으로 전력을 공급함으로써, 케이블을 탈착해야 하는 불필요한 작업을 없애는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 선박용 무선전력공급장치는 선박이 정박하는 항만 부두의 벽면에 좌측과 우측에 상하 방향의 막대기형상으로 설치되며, 마주보는 면의 가운데 길이 방향으로 홈이 형성되는 고정부; 상기 고정부의 홈에 삽입하여 길이방향으로 이동되며, 내부에 물을 담을 수 있는 공간이 형성된 몸체와, 상기 몸체의 하부에 설치되어 바다로부터 해수면의 높이를 조절하는 부력장치와, 상기 몸체와 부력장치의 내부로 물을 주입시키는 주입펌프와, 상기 몸체와 부력장치의 내부로부터 외부로 물을 배출시키는 배출펌프를 포함하는 지그부; 상기 지그부의 상부에 설치되어 자기에너지를 무선으로 공급하는 급전장치를 포함하는 급전부; 선박에 장착되어 상기 급전장치로부터 무선으로 자기에너지를 공급받는 집전장치를 포함하는 집전부; 및 상기 지그부의 배출펌프 또는 주입펌프를 작동시켜 부력장치를 통해 바다로부터 해수면의 높낮이를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 급전부는 급전장치의 양측에 설치되어 적외선 신호를 수신하는 적외선수신기를 포함하고, 상기 집전부는 집전장치의 양측에 설치되어 적외선 신호를 송신하는 적외선송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 급전부는, 상기 급전장치의 뒷면에 설치되어 좌우로 이동 가능한 제1기어와 제1서보모터를 포함하는 제1이송수단과, 상기 급전장치의 뒷면에 설치되어 상하로 이동 가능한 제2기어와 제2서보모터를 포함하는 제2이송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 제어부는, 선박이 파도로 인한 위치의 편차가 발생시, 적외선송신기로부터 적외선수신기가 적외선 신호를 수신하여 상기 위치의 편차만큼 제1이송수단과 제2이송수단이 작동되도록 명령하여 급전장치와 집전장치를 서로 마주보도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 선박이 부두에 정박되는 동안 기계적 접촉없이 선박에 전력을 공급할 수 있도록, 부두에 설치된 급전부를 이용하여 선박의 집전부에 전력을 무선으로 공급하여 안전성 및 편의성을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 고정부 및 지그부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 평면도이다.
도 4는 도 3의 'A' 영역의 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 급전부의 좌측 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 고정부 및 지그부의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 'A' 영역의 확대 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선전력공급장치의 급전부의 좌측 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명의 선박용 무선전력공급장치(10)는 고정부(100), 지그부(200), 급전부(300), 집전부(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선전력공급장치(10)는 급전부(300)에서 자기유도 방식 무선충전으로 집전부(400)에 무선으로 전력을 공급할 수 있다.
본 발명에서 자기유도 방식 무선충전이란 전력 송신부 코일에서 자기에너지를 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신부 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 기술이다.
상기 고정부(100)는 막대기형상으로 선박이 정박하는 항만 부두의 벽면에 좌측과 우측에 상하 방향으로 설치되며, 좌측과 우측에 형성된 고정부(100)는 마주보는 면의 가운데 길이 방향으로 홈이 형성될 수 있다. 또한, 고정부(100)의 길이는 해수면으로부터 선박의 높이만큼 형성될 수 있으며, 재질은 철에 탄소 함유량이 높은 주철을 사용하나, 부식에 강한 금속이나 합금을 채용할 수 있다.
상기 지그부(200)는 몸체(210), 부력장치(220), 주입펌프(230) 및 배출펌프(240)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(210)는 좌측과 우측에 형성된 고정부(100) 사이에 위치하며, 몸체(210)의 양측에는 연결부(211)가 설치된다. 연결부(211)는 고정부(100)의 홈에 삽입되어 고정부(100)의 길이방향으로 움직이게 된다. 몸체(210)의 내부에는 물을 담을 수 있는 공간이 형성되는 것이 특징이고, 연결부(211)는 몸체(210)의 양측에 복수개로 설치되어 고정부(100)의 길이방향으로만 움직이는 것이 바람직하다.
상기 부력장치(220)는 몸체(210)의 하부에 설치되고, 내부에 공간이 형성되어 바다로부터 뜨게 된다. 부력장치(200)의 상부에는 몸체(210)와 급전부(300)가 설치되기 때문에 부력장치(220)의 내부공간을 크게 형성하여 부력장치(220)에 작용하는 부력이 중력보다 크게 형성되어야 한다. 따라서 부력장치(220)는 조수간만의 차가 발생되더라도 부두에 정박된 선박과 항상 일정한 높이를 유지할 수 있게 된다.
상기 주입펌프(230)와 배출펌프(240)는 부력장치(220) 부근에 설치되며, 부력장치(220)와 몸체(210)에 호스로 연결된다. 주입펌프(230)는 몸체(210)와 부력장치(220)의 내부에 물을 주입하고, 배출펌프(240)는 몸체(210)와 부력장치(220)의 내부로부터 외부로 물을 배출시키는 역할을 함으로 바다로부터 높이 조절을 할 수 있다.
상기 급전부(300)는 인버터(310), 급전장치(320), 적외선수신기(330), 제1이송수단(340) 및 제2이송수단(350)을 포함할 수 있다.
상기 인버터(310)는 육상의 전력을 급전장치(320)에 제공한다. 인버터(310)는 바다와 가까운 곳에 설치되기 때문에 방수, 방진 및 해풍을 고려하여 부식에 강한 인버터 외함을 제작하는 것이 바람직하다.
상기 급전장치(320)는 몸체(210)의 상부에 설치되어 인버터(310)로부터 전력을 공급받아 자기에너지로 변환하여 후술할 집전장치(410)에 자기에너지를 무선공급할 수 있다.
상기 적외선수신기(330)는 적외선 수신장치가 설치된 사각의 판으로서 급전장치(320)의 양측에 부착된다. 적외선수신기(330)는 후술할 적외선 송신기(420)로부터 적외선 신호를 수신하고 실시간으로 후술할 제어부(500)에 측정값을 제공하게 되는데, 형상은 사각의 판으로 한정되지 않는다.
상기 제1이송수단(340)은 급전장치(320)의 뒷면에 설치되어 좌우로 형성된 제1기어(341)와 제1기어(341)의 길이방향으로 급전장치(320)를 이동시키는 제1서보모터(342)를 포함한다. 제1서보모터(342)가 정회전 또는 역회전을 하게 되면 제1기어(341)의 길이방향으로 급전장치(320)가 이동하게 된다.
상기 제2이송수단(350)은 급전장치(320)의 뒷면에 설치되어 상하로 형성된 제2기어(351)와 제2기어(351)의 길이방향으로 급전장치(320)를 이동시키는 제2서보모터(352)를 포함한다. 제2서보모터(352)가 정회전 또는 역회전을 하게 되면 제2기어(351)의 길이방향으로 급전장치(320)가 이동하게 된다.
상기 집전부(400)는 집전장치(410) 및 적외선송신기(420)를 포함할 수 있다.
상기 집전장치(410)는 선박에 설치되어 급전장치(320)로부터 자기에너지를 공급받아 선박의 전력으로 사용된다. 집전장치(410)는 급전장치(320)로부터 자기에너지를 무선으로 공급받기 위해 일정거리를 마주보게 위치하면 무선으로 자기에너지를 공급받게 된다.
상기 적외선송신기(420)는 집전장치(410)의 양측에 부착되어 적외선수신기(330)에 적외선 신호를 송신할 수 있다. 적외선송신기(420)의 적외선 신호가 적외선수신기(330)의 적외선 수신 장치의 중앙에 위치하게 되면 집전장치(410)가 급전장치(320)와 마주보게 일치되는 기준점을 제시할 수 있다.
상기 제어부(500)는 주입펌프(230), 배출펌프(240) 및 급전부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(500)는 주입펌프(230) 또는 배출펌프(240)를 작동시키는 명령을 내려 급전부(300)가 집전부(400)의 높이를 맞추게 된다. 또한, 제어부(500)는 급전부(300)의 적외선수신기(330)로부터 적외선송신기(420)의 적외선 신호를 실시간으로 수신된 측정값을 제공받게 되면 그 측정값을 근거로 급전부(300)의 제1이송수단(340)과 제2이송수단(350)을 작동시키는 명령을 내릴 수 있다.
본 실시예의 경우, 최초 선박이 부두에 정박했을 때 선박이 무선으로 전력을 공급받기 위해 급전장치(320)와 집전장치(410)가 마주해야 된다. 선박이 부두와 일정한 거리를 마주하게 정박되었다는 가정하에, 제어부(500)는 부두에 설치된 지그부(200)를 이용하여 지그부(200) 상부에 설치된 급전장치(320)와 선박에 설치된 집전장치(410)의 높이를 맞추기 위해 주입펌프(330) 또는 배출펌프(340)를 작동시키게 된다.
또한, 상기 급전장치(320)는 집전장치(410)와 마주보게 일치되면 자기에너지 공급효율이 높아진다. 때문에 급전장치(320)의 양측에 적외선수신기(330)가 부착되고 집전장치(410)의 양측에는 적외선송신기(420)가 부착되고, 적외선수신기(330)는 적외선송신기(420)로부터 적외선 신호를 중앙에 수신받게 되면 급전장치(320)와 집전장치(430)가 마주보게 일치되는 것으로 판단한다. 하지만, 선박은 파도로 인해 위치가 지속적으로 변하기 때문에 적외선 신호 역시 지속적으로 변하게 된다. 적외선수신기(330)는 적외선송신기(420)로부터 적외선 신호를 지속적으로 측정하게 되고, 측정된 값을 제어부(500)에 실시간으로 제공하게 된다. 제어부(500)는 측정값을 근거로 급전장치(320) 후면에 설치된 제1이송수단(340)과 제2이송수단(350)을 작동시킴으로 급전장치(320)를 상하좌우로 이동시켜 집전장치(410)와 마주보게 일치되도록 명령이 지속적으로 이루어진다.
따라서 제어부(500)는 급전장치(320)가 집전장치(410)와 마주보며 일치시키기 위해, 주입펌프(230), 배출펌프(240), 제1이송수단(340) 및 제2이송수단(350)에 지속적으로 명령을 내리게 된다.
이상 본 발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 한하여 정해져야 할 것이다.
10... 선박용 무선전력공급장치
100... 고정부 200... 지그부
210... 몸체 220... 부력장치
230... 주입펌프 240... 배출펌프
300... 급전부 310... 인버터
320... 급전장치 330... 적외선수신기
340... 제1이송수단 350... 제2이송수단
400... 집전부 410... 집전장치
420... 적외선송신기 500... 제어부

Claims (4)

  1. 선박이 정박하는 항만 부두의 벽면에 좌측과 우측에 상하 방향의 막대기형상으로 설치되며, 마주보는 면의 가운데 길이 방향으로 홈이 형성되는 고정부;
    상기 고정부의 홈에 삽입하여 길이방향으로 이동되며, 내부에 물을 담을 수 있는 공간이 형성된 몸체와,
    상기 몸체의 하부에 설치되어 바다로부터 해수면의 높이를 조절하는 부력장치와,
    상기 몸체와 부력장치의 내부로 물을 주입시키는 주입펌프와,
    상기 몸체와 부력장치의 내부로부터 외부로 물을 배출시키는 배출펌프를 포함하는 지그부;
    상기 지그부의 상부에 설치되어 자기에너지를 무선으로 공급하는 급전장치를 포함하는 급전부;
    선박에 장착되어 상기 급전장치로부터 무선으로 자기에너지를 공급받는 집전장치를 포함하는 집전부; 및
    상기 지그부의 배출펌프 또는 주입펌프를 작동시켜 부력장치를 통해 바다로부터 해수면의 높낮이를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 급전부는 급전장치의 양측에 설치되어 적외선 신호를 수신하는 적외선수신기를 포함하고,
    상기 집전부는 집전장치의 양측에 설치되어 적외선 신호를 송신하는 적외선송신기를 포함하고,
    상기 급전부는 상기 급전장치의 뒷면에 설치되어 좌우로 이동 가능한 제1기어와 제1서보모터를 포함하는 제1이송수단과, 상기 급전장치의 뒷면에 설치되어 상하로 이동 가능한 제2기어와 제2서보모터를 포함하는 제2이송수단을 포함하고,
    상기 제어부는 선박이 파도로 인한 위치의 편차가 발생시, 적외선송신기로부터 적외선수신기가 적외선 신호를 수신하여 상기 위치의 편차만큼 제1이송수단과 제2이송수단이 작동되도록 명령하여 급전장치와 집전장치를 서로 마주보도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선전력공급장치.
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