KR101622255B1 - 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치 - Google Patents

무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치에 관한 것으로; 해저면에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트와, 상기 가이드 포스트를 따라 승강가능하게 구비되어 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트와, 상기 부유플랜트에 설치되어 상기 부유플랜트가 승강하면 발전 전력을 생성하는 발전기와, 상기 발전기의 발전 전력을 전송하기 위한 송전 코일이 구비되는 무선전력송신수단과, 상기 송전 코일에서 발생하는 자속에 의해 기전력이 유기되는 픽업 코일이 구비되는 무선전력수신수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 해저면에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트를 따라 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트가 승강하면 발전기가 구동되어 생성되는 발전 전력을 1차측 송전 코일과 2차측 픽업코일을 이용하여 무선으로 전력을 송수신함에 따라 전력 케이블이 해수에 노출되지 않아 유연성을 확보할 수 있다.

Description

무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치 {Wave power generator}
본 발명은 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 해상에서 파력에 의해서 생성되는 발전 전력을 무선으로 전송하는 구조를 채용하여 지상의 변전설비에 연결되어 있는 전력 케이블에 안정적으로 전송하는 파력발전장치 관한 것이다.
일반적으로 파력발전은 파도의 상하운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전운동 또는 축 방향 운동으로 변환시킨 후 전기에너지로 변환시키는 발전방식이다.
이러한 파력발전은 다양한 형태로 개발되고 있으며, 등록특허 제10-1138475호, 공개특허 제10-2011-0006365호 등을 통해 다양한 방식이 제안된 바 있다.
이와 같은 파력발전 시스템의 주된 구성은 도 1에 도시된 바와 같다. 이에 의하면 파력발전 시스템은 파도의 상하 움직임에 따라 해수면에 떠있는 부유통(1)이 중심 기둥(2)을 따라서 상하 운동을 하며 부유통(1)의 중심 기둥(2)과 기계적인 톱니형태인 기어상태로 치합된 발전기(3)는 부유통(1)의 상하 운동에 따라서 회전운동을 전기에너지로 변환하여 전력을 생성시키게 된다.
이때, 상기 발전기(3)에서 생성된 전력은 발전기(3)와 연결된 유연 케이블(4)과 중심기둥(2) 안쪽을 통하여 해수면 아래의 주전력 케이블(5)에 전력을 전달한다.
그런데, 상기와 같은 통상의 파력 발전 시스템은 해수면상에서 운영되어야하고, 염분이 많은 해수에 대해서 강한 내성을 갖추고 있어야 한다. 특히 발전기(3)와 직접 연결되어 있는 유연 케이블(4)의 경우에는 염분이 많은 해수와의 빈번한 접촉에도 불구하고 유연 케이블(4)의 유연성이 확보되어야 한다.
그리고, 상기 유연 케이블(4)의 유연성이 충분히 확보 되지 않고 쉽게 경화되는 경우 부유통(1)의 불규칙적인 상하 운동에 대해서 발전기(3)와 부유통 중심기둥(2)의 기어 치합부분이 원활하게 상하 운동하기가 어려워질 뿐만 아니라, 그에 따라 발전기(3)의 전력 생산 효율 역시 현저하게 떨어질 수 있다.
참고문헌 1 : 등록특허 제10-1138475호 참고문헌 2 : 공개특허 제10-2011-0006365호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 해상에서 파력에 의해서 발생하는 발전 전력을 무선으로 전송하는 구조를 채용하여 지상의 변전설비에 연결되어 있는 전력 케이블에 전송하는 파력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 발전기에서 발생하는 발전 전력을 고정형태의 전력 케이블을 통해 전력을 전송하므로 전력 케이블의 파손을 방지할 수 있음은 물론 전력케이블이 해수의 염분에 노출되는 것을 방지하여 케이블의 경화 또는 파손이 방지되고 발전기의 전력 생산 효율을 높이고 안정적인 전력 전송이 가능한 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
해저면에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트와; 상기 가이드 포스트를 따라 승강가능하게 구비되어 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트와; 상기 부유플랜트에 설치되어 상기 부유플랜트가 승강하면 발전 전력을 생성하는 발전기와; 상기 발전기의 발전 전력을 전송하기 위한 송전 코일이 구비되는 무선전력송신수단과; 상기 송전 코일에서 발생하는 자속에 의해 기전력이 유기되는 픽업 코일이 구비되는 무선전력수신수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치를 제공한다.
이때, 상기 부유플랜트는 중앙에 상하방향으로 상기 가이드 포스트가 안내되는 가이드공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가이드 포스트의 일측에는 길이 방향을 따라 랙이 형성되고, 상기 부유플랜트에 설치되는 발전기의 회전축에는 상기 랙에 치합되는 피니언기어가 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 포스트의 내부에는 픽업 코일과 연결되며 지상의 변전설비로 발전 전력을 전송하기 위한 전력 케이블이 내장되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 발전기와 송전 코일 사이에 고주파 인버터가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 송전 코일에는 송전용 철심 코어가 설치되고, 상기 픽업 코일에는 픽업용 철심 코어가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발전기의 회전축에는 기어박스가 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 발전기의 출력부에는 배터리가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 해저면에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트를 따라 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트가 승강하면 발전기가 구동되어 생성되는 발전 전력을 1차측 송전 코일과 2차측 픽업코일을 이용하여 무선으로 전력을 송수신함에 따라 전력 케이블이 해수에 노출되지 않아 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 발전기에서는 전력 케이블이 가이드 포스트 내에 밀폐되도록 설치되므로 외부 물리력에 의한 전력 케이블의 파손도 방지할 수 있어 발전기의 전력 생산 효율을 높이고 전력 전송 역시 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 파력발전장치의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 구조를 도시한 도면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다.
본 발명에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참고로 본 발명에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치를 설명한다.
본 발명은 해상에서 파력을 이용해 전력을 생성하고, 생성된 발전 전력을 무선으로 전송하는 파력발전장치(100)이다.
이와 같은 본 발명은 해저면(10)에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트(110)와, 상기 가이드 포스트(110)를 따라 승강가능하게 구비되어 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트(120)와, 상기 부유플랜트(120)에 설치되어 상기 부유플랜트(120)가 승강하면 발전 전력을 생성하는 발전기(130)와, 상기 발전기(130)의 발전 전력을 전송하기 위한 송전 코일(142)이 구비되는 무선전력송신수단(140)과, 상기 송전 코일(142)에서 발생하는 자속에 의해 기전력이 유기되는 픽업(pick-up) 코일(152)이 구비되는 무선전력수신수단(150)으로 구성된다.
이 경우 상기 무선전력송신수단(140)은 상기 발전기(130)의 일측 또는 부유플랜트(120)에 설치되며, 상기 무선전력수신수단(150)은 상기 가이드 포스트(110)에 설치되어 상기 무선전력송신수단(140) 및 무선전력수신수단(150) 간에 무선으로 발전기(130)의 발전 전력을 송신하게 된다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 가이드 포스트(110)는 해저면(10)에서 수직 상방으로 설치되어 부유플랜트(120)가 승강하는 가이드 역할을 하게 된다.
이와 같은 가이드 포스트(110)의 일측에는 길이 방향을 따라 랙(rack)(112)이 형성된다.
또한, 상기 부유플랜트(120)는 해상 파도의 상하 움직임에 따라 상기 가이드 포스트(110)를 따라 승강가능하게 중앙에 상하방향으로 상기 가이드 포스트(110)가 안내되는 가이드공(122)이 형성된다.
이때, 상기 부유플랜트(120)는 하우징 내부에 에어포켓이 구비되거나 또는 발포폼이 충진된 상태로 제작하여 물에 뜰 수 있도록 제작할 수 있다.
이와 같은 부유플랜트(120)의 상측에는 발전기(130)가 설치되며, 상기 발전기(130)의 회전축에는 상기 랙(112)에 치합되는 피니언기어(132)가 일체로 결합된다.
따라서, 해상 파도의 상하 움직임에 따라 상기 부유플랜트(120)가 가이드 포스트(110)를 따라 승강시에 발전기(130)도 함께 승강하면서 가이드 포스트(110)의 랙(112)에 치합된 피니언기어(132)가 회전하면서 발전기(130)가 구동되어 전력을 생성하게 된다.
한편, 상기 무선전력송신수단(140)은 상기 발전기(130)의 발전 전력을 전송하기 위한 송전 코일(142)이 구비되며 상기 송전 코일(142)은 발전기(130)와 연결된다.
이에 대해 상기 가이드 포스트(110)에는 상기 무선전력송신수단(140)의 송전 코일(142)에 대응되어 상기 송전 코일(142)에서 발생하는 자속에 의해 기전력이 유기되는 픽업 코일(152)이 구비되는 무선전력수신수단(150)이 설치된다.
이 경우 상기 무선전력송신수단(140)은 일정한 밀폐된 케이스(141) 내부에 송전 코일(142)이 권취된 구조로 이루어져 염분이 많은 해수의 유입을 차단하고, 상기 무선전력수신수단(150)은 가이드 포스트(110)의 내부에 길이방향으로 권취하여 밀폐된 구조로 이루어져 염분이 많은 해수의 유입을 차단한다.
한편, 상기 가이드 포스트(110)의 내부에는 픽업 코일(152)과 연결되며 지상의 변전설비(200)로 발전 전력을 전송하기 위한 전력 케이블(160)이 내장된다. 즉, 상기 전력 케이블(160)은 염분이 많은 해수에 노출되지 않는 구조이고, 전력생산중에 전력 케이블(160)이 변형되지 않고 일정한 모양을 그대로 유지하게 되므로 발전기(130)의 전력 생산 효율을 일정하게 유지할 수 있다.
즉, 발전기(130)의 발전 전력을 무선으로 전송하며, 상기 가이드 포스트(110)는 중공 형상으로 이루어져 픽업 코일(152)과 전력 케이블(160)을 설치후 밀폐시킴으로써 해수가 픽업 코일(152)과 전력 케이블(160)로 침투되는 것을 막을 수 있고, 상기 가이드 포스트(110) 내의 픽업 코일(152)과 전력 케이블(160)이 연결되므로 전력 전송을 위한 케이블 연결시 유연성을 확보할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다. 이에 의하면, 발전기(130)에서 생성된 발전 전력은 무선전력전송을 위해 1차측 무선전력송신수단(140)의 송전 코일(142)에서 2차측 무선전력수신수단(150)의 픽업 코일(152)에 전달시, 무선전력 전송 효율을 극대화할 필요가 있다. 이를 위해 높은 주파수의 발전 전력의 생성이 필요하지만 발전기(130)에서 생성되는 발전 전력의 주파수는 불규칙적이기 때문에, 발전기(130)와 송전 코일(142) 사이에 고주파 인버터(170)를 설치하여 고주파 공진형 무선전력전송을 수행할 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다. 이에 의하면, 도 4에서와 같이 고주파 인버터를 사용하지 않는 경우 상기 발전기(130)와 직접 연결된 1차측 송전 코일(142)에 송전용 철심 코어(143)을 설치하고, 2차측 픽업 코일(152)에 픽업용 철심 코어(153)를 설치하여 누설자속을 최소화함으로써 발전기(130)에서 생성되는 발전 전력의 주파수가 낮을지라도 전력전달효율을 높일 수 있다.
아울러, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다. 이에 의하면 발전기(130)에서 생성되는 발전 전력의 주파수를 일정하게 유지하기 위해서 발전기(130)의 입력단인 회전축에 기어박스(133)를 설치하여 규칙적인 회전속도에 의해서 규칙적인 주파수의 전력을 생성하여 무선전력전송 시스템의 1차측 송전 코일(142)에 전달할 수 있다.
그리고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치의 제어 구성도이다. 이에 의하면 발전기 입력단에 기어박스를 설치하는 대신에 발전기(130)의 출력부에 기계적 배터리(플라이휠) 또는 전기적 배터리를 설치하여 파력에 의해서 불규칙적으로 생성되는 전력을 일단 배터리(135)에 저장하고 설정된 시간이나 충전전력이 완충상태 등의 설정된 환경에 따라 무선전력전송 시스템에 의해서 전력을 전달할 수 있다.
이상의 도 2 내지 도 7에 도시된 바에 의하면, 본 발명에 따른 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치에 의하면 상기 파도의 상하 움직임에 따라 부유플랜트(120)가 가이드 포스트(110)를 따라 승강하면서 랙(112)과 피니언(132)의 치합 구조에 의해 발전기(130)의 회전축이 회전하면서 발전 전력이 생성된다.
이와 같은 발전기(130)의 발전 전력은 무선전력송신수단(140)의 송전 코일(142)에 투입되어 자속이 발생하고, 이에 의해 무선전력수신수단(150)의 픽업 코일(152)에 기전력이 유기된다.
이와 같은 픽업 코일(152)에 유기된 발전 전력은 가이드 포스트(110) 내부에 설치되는 전력 케이블(160)을 통해 지상의 변전설비(200)로 안정적으로 전송할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 해저면 100: 파력발전장치
110: 가이드 포스트 112: 랙(rack)
120: 부유플랜트 122: 가이드공
130: 발전기 132: 피니언기어
133: 기어박스 135: 배터리
140: 무선전력송신수단 142: 송전 코일
143: 송전용 철심 코어 150: 무선전력수신수단
152: 픽업 코일 153: 픽업용 철심 코어
160: 전력 케이블 170: 고주파 인버터
200: 변전설비

Claims (8)

  1. 해저면에서 수직 상방으로 설치되는 가이드 포스트와; 상기 가이드 포스트를 따라 승강가능하게 구비되어 파도의 상하 움직임에 따라 승강하는 부유플랜트와; 상기 부유플랜트에 설치되어 상기 부유플랜트가 승강하면 발전 전력을 생성하는 발전기와; 상기 발전기의 발전 전력을 전송하기 위한 송전 코일이 구비되는 무선전력송신수단과; 상기 송전 코일에서 발생하는 자속에 의해 기전력이 유기되는 픽업 코일이 구비되는 무선전력수신수단;으로 구성되되,
    상기 송전 코일에는 송전용 철심 코어가 설치되고, 상기 픽업 코일에는 픽업용 철심 코어가 설치되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부유플랜트는 중앙에 상하방향으로 상기 가이드 포스트가 안내되는 가이드공이 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드 포스트의 일측에는 길이 방향을 따라 랙이 형성되고, 상기 부유플랜트에 설치되는 발전기의 회전축에는 상기 랙에 치합되는 피니언기어가 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드 포스트의 내부에는 픽업 코일과 연결되며 지상의 변전설비로 발전 전력을 전송하기 위한 전력 케이블이 내장되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기와 송전 코일 사이에 고주파 인버터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기의 회전축에는 기어박스가 설치되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기의 출력부에는 배터리가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송 기능을 갖는 해상 파력발전장치.

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