KR101704521B1 - 파력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상호 연결하여 해수면에 부유시킨 복수 부력체 사이의 상하 상대운동 및 해수면 상의 상대운동을 모두 전기 에너지로 변환하는 파력 발전장치에 관한 것으로서, 수직축(211)을 축으로 회동하는 수직 전기가(230)와 수평축(212)을 축으로 회동하는 수평 전기자(240)를 볼(210)에 결합하고, 볼(210)의 표면을 양분하여 수직 전기자(230)에 쇄교시킬 영구자석(210)과 수평 전기자(240)에 쇄교시킬 영구자석(220)을 볼(210)의 표면에 설치한 구조를 갖는다.

Description

파력 발전장치{WAVE POWER GENERATOR}
본 발명은 상호 연결하여 해수면에 부유시킨 복수 부력체 사이의 상하 상대운동 및 해수면 상의 상대운동을 모두 전기 에너지로 변환하는 파력 발전장치에 관한 것이다.
파력 발전장치는 부유식 표면 추종형 발전장치로서, 해수면의 변화 또는 해수의 흐름으로부터 전기 에너지를 얻는다.
이러한 파력 발전장치로서, 일본특허 제5268903호에서는 서로 다른 부력체 사이를 회전 가능하게 링크하는 부위에 발전기의 회전자 및 고정자를 장착하여 체인 형태로 구성한 파력 발전장치가 기술되어 있다.
이러한 형태의 파력 발전장치는 부력체 사이의 상대적 상하운동에 따라 발생하는 링크 부위의 회전력으로 기전력을 생성하므로, 회전 가능하게 링크한 부위에 발전기를 직접 설치하는 간소화된 구조를 갖는다.
하지만, 일본특허 제5268903호는 수평면 상(또는 해수면 상)에서 발생하는 부력체 사이의 상대운동에 대해서는 전기 에너지를 얻을 수 없는 구조를 갖는다.
즉, 복수의 부력체를 체인 형태로 연결할 시에 파도에 의해 상대적 상하운동이 발생하기도 하지만, 해수면 상에서 좌우로의 움직임에 의한 상대운동도 일어나므로, 상대적 상하운동만 전기에너지로 변환하는 것은 파력 이용 효율이 낮고, 더욱이, 링크 부위(즉, 발전 수단이 설치된 부위)가 해수면 상의 상대 운동에 의해 파손될 우려도 있다.
JP 5268903 B2 2013.05.17.
따라서, 본 발명의 목적은 부력체 사이의 링크 부위에 설치하는 발전기로부터 부력체 사이의 상하 상대운동에 의한 에너지뿐만 아니라 해수면 상의 상대운동에 의한 에너지까지 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 파력 발전장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 해수면에 부유하는 부력체(100)를 발전기(200)의 양측에 설치하여 양측 부력체(100) 간의 상대운동으로 발전하는 파력 발전장치에 있어서, 상기 발전기(200)는 수직축(211)과 수평축(212)이 표면에 형성되며, 수직축(211)을 극점으로 하면서 수평축(212)을 지나는 경도선(line of longitude)을 경계선으로 하여 표면을 제1 구획면과 제2 구획면으로 양분한 볼(210); 제1 구획면과 마주하면서 수직축(211)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합되고, 제1 구획면과 마주하는 면에 제1 전기자 코일(231)을 구비하는 수직 전기자(230); 제2 구획면과 마주하면서 수평축(212)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합되고, 제2 구획면과 마주하는 면에 제2 전기자 코일(241)을 구비하는 수평 전기자(240); 제1 구획면에 구비하여 제1 전기자 코일(231)에 쇄교 자속을 제공하는 제1 영구자석(221)과 제2 구획면에 구비하여 제2 전기자 코일(241)에 쇄교 자속을 제공하는 제2 영구자석(222)으로 구분되는 영구자석(220); 을 포함하여 구성되며, 수직 전기자(230)과 수평 전기자(240)는 서로 다른 부력체(100)에 고정한 것임을 특징으로 한다.
제1 영구자석(221) 및 제1 전기자 코일(231)은 각각 구비되게 할 면을 수직축(211)을 극점으로 하여 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후, 제1 영구자석(221)의 경우 구획한 각각의 면을 자극으로 하여 N극과 S극을 교호적으로 형성하고, 제1 전기자 코일(231)의 경우 경도선을 따라 코일을 권선한 것임을 특징으로 한다.
제2 영구자석(222) 및 제2 전기자 코일(241)은 각각 구비되게 할 면을 수평축(212)을 극점으로 하여 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후, 제2 영구자석(222)의 경우 구획한 각각의 면을 자극으로 하여 N극과 S극을 교호적으로 형성하고, 제2 전기자 코일(241)의 경우 경도선을 따라 코일을 권선한 것임을 특징으로 한다.
수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 각자 마주하는 반구의 면에 형성한 영구자석(220 : 221, 222)보다 상대적으로 적은 경도 범위로 형성됨을 특징으로 한다.
상기 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 회동범위를 제한하는 수단에 의해 각자 마주하는 영구자석(220 : 221, 222)의 범위 내에서 회동하게 함을 특징으로 한다.
상기 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 볼(210)의 표면 중 수직축(211)을 극점으로 하면서 수평축(212)을 지나는 경도선 상에 제1 돌기(213)를 조성하고, 부력체(100)에는 제1 돌기(213)를 향해 돌출된 제2 돌기(121)를 조성하여 제2 돌기(120)가 제1 돌기(213)에 맞닿는 범위로 제한되는 회동범위를 갖게 됨을 특징으로 한다.
상기 제1 영구자석(221), 제2 영구자석(222), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 방수용 수지로 코팅됨을 특징으로 한다.
상기 볼(210)은 속을 비운 중공의 몸체로 구성하여 내부 중공의 부피에 대응되는 부력을 받게 됨을 특징으로 한다.
각각의 부력체(100)는 자신에게 연결된 수직 전기자(230)나 아니면 수평 전기자(240)의 전기자 코일에 유기된 기전력을 정류기(111)로 정류하여 수퍼 캐패시터(super capacitor, 112)에 충전시킨 후 충전회로(113)에 의해 축전지(114)에 충전하는 전력 저장 장치(110)를 내장함을 특징으로 한다.
수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)의 반경 이상의 내경을 갖는 구체의 방수막(300) 내부에 상기 볼(210), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)를 수용되게 하되, 방수막(300)은 볼(210)의 외측으로 돌출시킨 수직축(211) 및 수평축(212)의 외주면에 고정하고, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 각자 축설할 축(211, 212)에 자신의 회동 범위만큼 구멍(211a, 212a)을 조성하되 구멍(211a, 212a)을 방수막(300)의 내부에 위치하게 조성한 후, 축설할 축(211, 212)에 삽입하는 회전축(232, 242)에 이어지게 하여 회전축(232, 242)을 축으로 회전하게 하고, 회전축(232, 242)을 부력체(100)에 고정하여, 회전축(232, 243) 및 구멍(211a, 212a)을 통해 배선하여 유기 기전력을 전력 저장 장치(110)에 공급함을 특징으로 한다.
상기 볼(210)은 제1 영구자석(221)이 구비되고 수직 전기자(230)를 회동 가능하게 결합하기 위한 수직축(211)이 형성된 일측 반구와, 제2 영구자석(222)이 구비되고 수평 전기자(240)를 회동 가능하게 결합하기 위한 수평축(212)이 형성된 타측 반구로 분리되어 상호 결합 것이되, 수직축(211)과 수평축(212) 모두에 직각이면서 볼(210)의 내부 중심을 지나는 선 상의 회동축(214)을 축으로 회전할 수 있게 결합한 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 부력체 사이에 발생하는 2방향의 상대운동을 모두 전기 에너지로 변환하여 전력 생산 능력이 높다.
또한, 본 발명은 2방향의 상대운동에 의한 에너지를 얻기 위해 구 형태의 발전기를 사용하므로 해수에 의한 충격을 덜 받고, 회전축을 극점으로 하는 경도선을 경계로 영구자석 및 전기자 코일을 배치하여 부피 대비 전력 생산 능력을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파력 발전장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파력 발전장치를 해수면에 부유시켜 발전하게 한 사용 상태도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파력 발전장치의 구성요소인 발전기(200)의 분해 사시도.
도 4는 부력체(100)에 내장한 전력 저장 장치(110)의 전기적 회로적 구성도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 파력 발전장치의 사시도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 파력 발전장치를 부분 절개하여 방수막(300)으로 감싼 발전장치(200)의 모습을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 파력 발전장치에 있어서, 발전기(200)의 분해 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 1의 사시도, 도 2의 사용 상태도, 도 3의 발전기(200) 분해 사시도, 및 전력 저장 장치(110)의 전기적 블록 구성도를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파력 발전장치는 해수면에 부유하는 복수의 부력체(100)와 양단을 서로 다른 부력체(100)에 고정하여 부력체(100) 사이를 상호 연결하되 양단에 고정한 부력체(100) 사이의 상대운동으로 발전하는 발전기(200)를 포함하여 구성되며, 도면에 도시한 구체적인 실시 예에 따르면 복수의 부력체(100)를 일렬로 배치한 후 상호 인접하는 부력체(100) 사이를 각각 발전기(200)로 연결한 구조를 갖는다.
상기 발전기(200)는 볼(210), 볼(210)의 표면에 구비되는 영구자석(220), 볼(210)을 중심으로 볼(210)의 좌측 반구에서 좌우 회동하게 장착한 수직 전기자(230), 및 볼(210)을 중심으로 볼(210)의 우측 반구에서 상하 회동하게 장착한 수평 전기자(240)를 포함하여 구성되며, 수직 전기자(230)와 수평 전기자(240)를 서로 다른 부력체(100)에 연결하여 각자 유기된 기전력을 자신에게 연결된 부력체(100)에 공급하게 한다.
상기 볼(210)은 내부 중심을 상하로 지나는 선 상의 상하 표면에 돌출시킨 수직축(211)과, 내부 중심을 지나는 폭방향 선 상의 폭방향 양측 표면에 돌출시킨 수직축(211)을 구비하며, 상하의 수직축(211)을 극점으로 하면서 폭방향의 수평축(212)을 지나는 경도선(line of longitude)을 구획 경계선으로 하여 표면을 좌측의 제1 구획면과 우측의 제2 구획면으로 양분한다. 여기서, 양분한다는 것은 실제로 절개하는 것이 아니라, 후술하는 바와 같이 좌측의 제1 구획면과 우측의 제2 구획면에 장착할 영구자석(220)의 배치 방식을 서로 다르게 하기 위해 구획한다는 의미이다.
그리고, 상기 볼(210)의 표면 중에 제1 구획면과 제2 구획면의 경계선인 구획 경계선 상에 제1 돌기(213)를 돌출시켰다. 여기서, 제1 돌기(213)는 후술하는 바와 같이 발전기(200)의 양단에 고정하는 부력체(100)의 제2 돌기(120)와 협동하여 수직 전기자(230)와 수평 전기(240)의 회동 범위를 제한하기 위한 것이다.
한편, 상기 볼(210)은 속을 비운 중공의 몸체로 구성하여 내부 중공을 공기로 채우거나 아니면 진공상태로 한다. 이에, 내부 중공의 부피에 대응되는 부력을 받게 한다. 물론, 중공의 형태로 구성하는 경우 볼(210)의 내측 면에는 리브(rib)를 형성하여 외력에 의해 변형되지 아니하는 견고한 구조를 갖게 하는 것이 좋다.
상기 수직 전기자(230)는 좌측 반구의 제1 구획면과 마주하며 수직축(211)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합하는 것으로서, 볼(210)과의 결합을 위해서 수직축(211)에 축설하기 위한 회전축(232)을 구비한다.
그리고, 상기 수직 전기자(230)는 제1 전기자 코일(231)을 제1 구획면과 마주하는 면에 구비하며, 회동할 시에 제1 구획면과 제1 전기자 코일(231) 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 구성된다.
또한, 상기 수직 전기자(230)는 볼(210)의 좌측에 있는 부력체, 즉, 자신이 설치된 위치의 부력체에 견고하게 고정되고, 도면에는 도시하지 아니하였지만, 부력체와의 고정부위를 경유하는 전선을 배선하여 제1 전기자 코일(231)을 부력체에 전기적으로 연결하게 구성된다.
상기 수평 전기자(240)는 우측 반구의 제2 구획면과 마주하며 수평축(212)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합한 것으로서, 볼(210)과의 결합을 위해서 수평축(212)에 축설하기 위한 회전축(242)을 구비한다.
그리고, 상기 수평 전기자(240)는 제2 전기자 코일(241)을 제2 구획면과 마주하는 면에 구비하고, 회동할 시에 제2 구획면과 제1 전기자 코일(231) 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 구성된다.
또한, 상기 수평 전기자(240)는 볼(210)의 우측에 있는 부력체, 즉, 자신이 설치된 위치의 부력체에 견고하게 고정되고, 도면에는 도시하지 아니하였지만 부력체와의 고정부위를 경유하는 전선을 배선하여 제2 전기자 코일(241)를 부력체에 전기적으로 연결하게 구성된다.
상기 영구자석(220)은 N극과 S극이 볼(210)의 표면에 교호적으로 형성되게 하여 공극(실제로는 해수에 의해 채워질 수 있는 간격)을 유지하며 표면을 따라 지나가는 코일에게 쇄교 자속(鎖交 磁束, magnetic flux interlinkage)을 제공하는 구성요소로서, 좌측 반구의 제1 구획면에 구비하여 수직축(211)을 축으로 회동하는 수직 전기자(230)의 제1 전기자 코일(231)에게 N극 자속과 S극 자속을 교호적으로 쇄교시키는 제1 영구자석(221)과 우측 반구의 제2 구획면에 구비하여 수평축(212)을 축으로 회동하는 수평 전기자(240)의 제2 전기자 코일(231)에게 N극 자속과 S극 자속을 교호적으로 쇄교시키는 제2 영구자석(222)으로 구분된다. 여기서 교호적 쇄교는 N극 자속과 S극 자속을 번갈아가며 쇄교하는 것을 의미한다.
도면에 도시한 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 영구자석(221), 제1 전기자 코일(231), 제2 영구자석(222) 및 제2 전기자 코일(241)은 각각 구비되게 할 면을 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후 경도선을 경계로 하여 설치되며, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 영구자석(221)은 상하의 수직축(211)을 극점으로 하는 복수의 경도선을 등각의 경도 차이를 갖도록 볼(210)의 제1 구획면에 그어 등각의 차이를 갖는 경도선을 경계로 하는 복수의 면으로 구획한 후, 각각의 구획 면을 하나의 자극으로 하되, 수직축(211)을 축으로 하는 둘레 방향을 따라 N극과 S극이 교호적으로 형성되게 한 것이다.
그리고, 제1 전기자 코일(231)은 수직 전기자(230)에서 수직축(211)에 축설하는 회전축(232)을 극점으로 하여 복수의 경도선을 등각의 경도 차이를 갖도록 제1 영구자석(221)과 마주하는 면에 그어 등각의 차이를 갖는 경도선을 경계로 하는 복수의 면으로 구획하고, 이후, 경도선을 따라 홈을 조성한 후 삽입한 것이다. 예를 들어, 제1 전기자 코일(231)은 각 구획면에 대해 구획면을 주회하도록 경도선을 따라 코일을 권선한 것으로 할 수 있으며, 이때, 회전축(232)이 조성된 부위는 제외하여야 하므로, 회전축(232)에 근접한 부위에는 회전축(232)을 극점으로 하는 위도선을 그어 위도선을 경유하게 권선한다.
여기서, 제1 영구자석(221)을 장착하기 위해 긋는 경도선 간의 경도 차이는 제1 전기자 코일(231)을 장착하기 위해 긋는 경도선 간의 경도 차이와 동일하게 하는 것이 좋다.
제2 영구자석(222) 및 제2 전기자 코일(241)은 제1 영구자석(221) 및 제1 전기자 코일(241)과 마찬가지의 방식으로 구비되되, 극점으로 하는 것이 수평축(212)이라는 점에 차이가 있을 뿐이다. 즉, 제2 영구자석(222) 및 제2 전기자 코일(241)은 각각 구비되게 할 면을 수평축(212)을 극점으로 하여 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후, 제2 영구자석(222)의 경우 구획한 각각의 면을 자극으로 하여 N극과 S극을 교호적으로 형성하고, 제2 전기자 코일(241)의 경우 경도선을 따라 코일을 권선한 것이다. 실제에 있어 제2 전기자 코일(241)은 수평 전기자(240)의 회전축(242)을 극점으로 하는 것으로서, 실질적으로 수평축(212)이라 하여도 무방할 것이다.
여기서, 수직 전기자(230)는 제1 영구자석(221)보다 상대적으로 적은 경도 범위로 형성되어서, 제1 영구자석(221)을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 회동하게 한다.
마찬가지로, 수평 전기자(240)는 제2 영구자석(221)보다 상대적으로 적은 경도 범위로 형성되어, 제2 영구자석(222)을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 회동하게 한다.
제1 영구자석(221) 및 제2 영구자석(221)은 볼(210)의 표면 중에 대응되는 양분된 표면에 설치하되, 제1 돌기(213), 수직축(211) 및 수평축(212)이 차지하는 부위를 제외하고 설치하게 되므로, 예를 들어, 각각 반구보다 작은 165° 경도의 범위를 갖는 표면에 설치하고, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 60° 경도의 범위를 갖게 제작 설치할 수 있다. 더욱 구체적인 예를 들면, 제1 영구자석(221) 및 제2 영구자석(221)의 경우 경도 범위 165°를 경도 차이 15°의 간격으로 구획하여 자극을 배치하고, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)의 경우 코일 권선을 위한 여유를 두어 양단의 경도 범위가 65°를 갖는 구조로 형성하고, 경도 차이 15°의 간격으로 구획하여 코일을 권선한다. 이 경우 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 각각 제1 영구자석(221) 및 제2 영구자석(221)의 중심을 기준으로 양측으로 50°만큼 회동하게 하면 적절할 것이다.
상기 부력체(100)는 해수면에 부유하기 위한 부력을 갖는 구조이면 만족하며, 상기 발전기(200)를 향해 뻗어나가게 형성한 연결 암(120)을 구비하여 상기 발전기(200)를 사이에 두고 양측에 하나씩 배치한 상태에서 어느 하나의 연결 암(120)에는 수직 전기자(230)를 고정하고 다른 하나의 연결 암(120)에는 수평 전기자(240)를 고정하는 방식으로 발전기(200)와 결합한다.
그리고, 발전기(200)의 양측에서 결합된 각각의 부력체(100)는 연결 암(120)을 통해 배선한 전선을 통해서 각자 연결한 전기자(230, 240)의 전기자 코일(231, 241)에 유기된 기전력을 축전하여 축전한 전기를 사용할 수 있게 하는 전력 저장 장치(110)를 내장한다.
상기 전력 저장 장치(110)는 축전지(114), 전기자 코일(231, 241)에 유기된 기전력을 직류로 정류하는 정류기(111), 정류한 전기를 충전 및 방전하며 평활회로 역할을 하는 수퍼 캐패시터(super capacitor, 112), 수퍼 캐패시터(112)를 통과한 전기를 축전지(114)에 충전하는 충전회로(113)를 포함한다.
여기서, 수퍼 캐패시터(112)는 통상적으로 평활회로에 사용하던 캐패시터에 비해 입력 임피던스가 낮아 상대적으로 급속 충전이 가능하고, 충전 용량도 상대적으로 크다. 이와 같이 수퍼 캐패시터(112)를 구비함으로써, 본 발명을 해수면에 부유시켜 발전장치로 사용할 시에 불규칙한 흐름의 파도에 따라 수직 전기자(230) 또는 수평 전기자(240)에 불규칙적인 파형으로 유기되는 기전력을 급속 충전하여 저장한 후 충전회로(113)로 축전할 수 있게 된다.
앞서 예를 들어 설명한 바와 같이 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)의 회동 범위를 제한하는 수단이 구비되어, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 각자 마주하는 영구자석(200 : 221, 222)의 범위 내에서 회동하게 된다.
구체적인 실시 예에 따르면, 회동 범위 제한 수단은 볼(210)에 형성한 제1 돌기(213), 및 수직 전기자(230)와 수평 전기자(240)를 고정한 양측의 연결 함(120)에 각각 돌출되게 조성하여 제1 돌기(213)와 맞닿는 범위로 회동 범위를 제한하는 제2 돌기(121)로 구성된다.
여기서, 제2 돌기(121)는 수직 전기자(230)와 수평 전기자(240)에서 회동방향의 양단에 조성하여도 좋지만, 제1 돌기(213)와 맞닿을 시의 충격에 의해 수직 전기자(230)와 수평 전기자(240)의 파손 우려가 있으므로, 도면에 도시한 바와 같이 연결 암(120)에 조성하는 것이 좋다. 또한, 제2 돌기(121)는 제1 돌기(213)와 맞닿을 시에 완충작용을 하게 구성하는 것이 더욱 좋다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 볼(210)에 구비한 영구자석(220 : 210, 220), 볼(210)에 회동 가능하게 결합한 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 해수로 노출되는 구조이므로, 적어도 영구자석(220 : 210, 220), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 방수용 수지로 코팅한다. 여기서 코팅은 부식에 강한 우레탄 또는 유리합성 수지로 몰딩처리하는 방식을 예로 들 수 있다.
그렇지만, 코팅처리 하더라도 코팅이 벗겨질 수 있고 전기자(230, 240)와 영구자석(220 : 221, 222) 사이의 공간에 이물질이 낄 수도 있으므로, 발전기(200) 전체를 내부에 수용하고 양단을 연결 암(120)의 외측면에 밀착 고정하여 밀폐하는 방수막을 설치하는 것이 좋다.
방수막을 설치한 실시 예를 도 5 및 도 6을 참조하며 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 파력 발전장치의 사시도이고, 도 6은 부분 절개하여 방수막(300)으로 감싼 발전장치(200)의 모습을 보여주는 도면이다. 여기서, 도 6은 수직축(211)이 있는 부위의 절개된 모습을 자세하게 볼 수 있게 하였고, 수평축(212)이 있는 부위는 일부 절개한 모습만 보이게 하였으나, 수직축(211)이 있는 부위와 수평축(212)이 있는 부위의 구조는 실질적으로 동일하고 다만 축 방향이 상이하므로, 수직축(211)이 있는 부위의 구조를 참조하여 수평축(212)이 있는 부위의 구조를 이해하면 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)의 반경 이상의 내경을 갖는 구체의 방수막(300)이 볼(210)을 감싸 볼(210), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)를 방수막(300)의 내부에 수용하게 되어 있다.
여기서, 볼(210)의 수직축(211) 및 수평축(212)은 중공의 관 형상으로 형성되고 방수막(300)의 관통하며, 관통하는 부위의 외주면을 방수막(300)에 고정하게 되어 있다.
그리고, 수직축(211) 및 수평축(212)은 각각 방수막(300)으로 덮힌 내부의 외주면 둘레방향을 따라 대응되는 전기자(230)의 회동 범위만큼 구멍(211a, 212a)이 조성되어 있다.
전기자(230, 240)의 회전축(232)은 축설할 축(대응되는 수직축(211)이나 아니면 수평축(212))의 내부 중공에 회전 가능하게 삽입되되, 삽입되는 부위의 단부를 구멍(211a, 212a)을 통해 대응되는 전기자(230, 240)에 이어지게 되어 있고, 외측의 단부는 부력체(100)의 연결 암(120)에 고정되어 있다. 물론, 회전축(232)의 축설은 방수 구조를 채용한다.
전기자(230, 240)의 전기자 코일(231, 241)은 회전축(232) 및 구멍(211a, 212a)을 통해 이어지는 부위를 이용하여 배선하는 전선에 의해 부력체(100)의 전력 저장 장치(110)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이 장착한 방수막(300)은 발전기(200) 전체를 덮는 구조이고 내부의 기밀을 유지하며, 기밀 유지된 내부에서 수직 전기자(230) 또는 수평 전기자(240)가 양측 부력체 간의 상대 운동에 따라 볼(210)을 중심으로 회동하게 한다.
여기서, 상기 방수막(300)은 외부 충격에 의한 변형을 최소화하는 견고한 구조 또는 재질로 구성하는 것이 좋고, 상기 제1 영구자석(221), 제2 영구자석(222), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는 방수용 수지로 코팅하는 것이 좋다.
그런데, 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)를 직접 연결 암(120)에 고정하는 구조가 아니므로, 회동 범위 제한을 위한 구성요소로서 상기한 제1 돌기(213)는 상기 방수막(300)의 외측 면에 조성하고, 상기한 제2 돌기(121)는 연결 암(120)에 조성한다.
한편, 복수의 부력체(100)를 사이사이에 발전기(200)를 배치하여 일렬로 연결하는 경우 양 끝에 있는 것을 제외한 나머지 부력체(100)는 양단을 발전기(200)에 연결하므로, 전력 저장 장치(110)를 2개씩 내장하여야 하지만, 축전지(114)는 공용으로 사용하게 하여도 좋다.
다른 한편으로, 복수의 부력체(100)에 각각 내장한 전력 저장 장치(110)의 축전지(114)를 전선을 이용하여 상호 연결함으로써, 축전지(114)를 병렬 연결하여 각 전력 저장 장치(110)로 축전하는 전력량의 불균형을 해소하고, 병렬 연결한 전선을 통해 외부 기기에서 사용하거나 외부로 전력을 공급하게 하여도 좋다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 파력 발전장치에 있어서, 발전기(200)의 분해 사시도이다.
본 발명의 제3 실시 예는 제1 실시 예의 변형으로서, 볼(210)은 제1 영구자석(221)이 구비되고 수직축(211)이 형성되어 수직 전기자(230)를 회동 가능하게 결합할 수 있는 일측 반구와, 제2 영구자석(222)이 구비되고 수평축(212)이 형성되어 수평 전기자(240)를 회동 가능하게 결합할 수 있는 타측 반구로 절개하되, 양측 반구의 절개된 면을 상호 마주하는 방향으로 소정 길이 연장하고, 연장된 면을 상호 겹쳐 결합할 시에 연장된 면에 수직인 회동축(214) 및 회동축(214)에 장착한 베어링(215)에 의해 상호 회동 가능하게 결합하여서, 일측 반구를 중심을 다른 한쪽 반구를 회전시킬 수 있게 된다.
그리고, 수직축(211)은 제1 영구자석(221)을 구비한 반구에 조성되고, 수평축은 제2 영구자석(222)을 구비한 반구에 조성된다.
제1 돌기(213)는 도면에 도시한 바와 같이 양측 반구에 각각 조성하여도 좋지만 어느 한쪽에만 조성하고 대신에 제2 돌기(213)의 돌출 길이를 맞춰도 좋다.
이하, 수직 전기자(230), 수평 전기자(240) 및 연결 암(120)을 볼(210)에 결합하는 방식은 제1 실시 예와 동일한 방식으로 하면 된다.
이와 같이 구성한 발전기(200)는 수직축(211) 및 수평축(212) 모두에 직각이면서 볼(210)의 내부 중심을 지나는 선 상의 회동축(214)을 축으로 하여, 수직 전기자(230)가 마주하며 회동하는 일측 반구를 중심으로 수평 전기자(240)가 마주하며 회동하는 타측 반구를 회전시킬 수 있게 되므로, 양측에 연결한 부력체(100) 중에 어느 하나는 그래도 있되 다른 하나가 뒤집히려는 힘을 받을 시에 이를 허용한다.
이에, 일렬로 연결한 부력체 중에 개별적으로 뒤집힐 수 있게 되어, 강한 파도가 몰아쳐도 수직축(211) 또는 수평축(212)에 가해지는 충격을 완화할 수 있다.
더욱이, 부력체(100)가 뒤집힐 때에는 수직축(211) 또는 수평축(212)을 축으로 회동하려는 힘을 받게 되는 것이 일반적이므로, 이때에도 발전은 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100 : 부력체
110 : 전력 저장 장치 111 : 정류기 112 : 수퍼 캐패시터
113 : 충전회로 114 : 축전지
120 : 연결 암 121 : 제2 돌기
200 : 발전기
210 : 볼 211 : 수직축 211a : 구멍
212 : 수평축 212a : 구멍 213 : 제1 돌기
220 : 영구자석 221 : 제1 영구자석 222 : 제2 영구자석
230 : 수직 전기자 231 : 제1 전기자 코일 232 : 회전축
240 : 수평 전기자 241 : 제2 전기자 코일 242 : 회전축
300 : 방수막

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 해수면에 부유하는 부력체(100)를 발전기(200)의 양측에 설치하여 양측 부력체(100) 간의 상대운동으로 발전하는 파력 발전장치에 있어서,
    상기 발전기(200)는
    수직축(211)과 수평축(212)이 표면에 형성되며, 수직축(211)을 극점으로 하면서 수평축(212)을 지나는 경도선(line of longitude)을 경계선으로 하여 표면을 제1 구획면과 제2 구획면으로 양분한 볼(210);
    제1 구획면과 마주하면서 수직축(211)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합되고, 제1 구획면과 마주하는 면에 제1 전기자 코일(231)을 구비하는 수직 전기자(230);
    제2 구획면과 마주하면서 수평축(212)을 축으로 회동하도록 볼(210)에 결합되고, 제2 구획면과 마주하는 면에 제2 전기자 코일(241)을 구비하는 수평 전기자(240);
    제1 구획면에 구비하여 제1 전기자 코일(231)에 쇄교 자속을 제공하는 제1 영구자석(221)과 제2 구획면에 구비하여 제2 전기자 코일(241)에 쇄교 자속을 제공하는 제2 영구자석(222)으로 구분되는 영구자석(220);
    을 포함하여 구성되며, 수직 전기자(230)과 수평 전기자(240)는 서로 다른 부력체(100)에 고정한 것이고,
    제1 영구자석(221) 및 제1 전기자 코일(231)은
    각각 구비되게 할 면을 수직축(211)을 극점으로 하여 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후, 제1 영구자석(221)의 경우 구획한 각각의 면을 자극으로 하여 N극과 S극을 교호적으로 형성하고, 제1 전기자 코일(231)의 경우 경도선을 따라 코일을 권선한 것임을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    제2 영구자석(222) 및 제2 전기자 코일(241)은
    각각 구비되게 할 면을 수평축(212)을 극점으로 하여 등각의 경도 차를 갖는 경도선으로 구획한 후, 제2 영구자석(222)의 경우 구획한 각각의 면을 자극으로 하여 N극과 S극을 교호적으로 형성하고, 제2 전기자 코일(241)의 경우 경도선을 따라 코일을 권선한 것임을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는
    각자 마주하는 반구의 면에 형성한 영구자석(220 : 221, 222)보다 상대적으로 적은 경도 범위로 형성됨을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는
    회동범위를 제한하는 수단에 의해 각자 마주하는 영구자석(220 : 221, 222)의 범위 내에서 회동하게 함을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는
    볼(210)의 표면 중 수직축(211)을 극점으로 하면서 수평축(212)을 지나는 경도선 상에 제1 돌기(213)를 조성하고, 부력체(100)에는 제1 돌기(213)를 향해 돌출된 제2 돌기(121)를 조성하여 제2 돌기(120)가 제1 돌기(213)에 맞닿는 범위로 제한되는 회동범위를 갖게 됨을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 영구자석(221), 제2 영구자석(222), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는
    방수용 수지로 코팅됨을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 볼(210)은
    속을 비운 중공의 몸체로 구성하여 내부 중공의 부피에 대응되는 부력을 받게 됨을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    각각의 부력체(100)는
    자신에게 연결된 수직 전기자(230)나 아니면 수평 전기자(240)의 전기자 코일에 유기된 기전력을 정류기(111)로 정류하여 수퍼 캐패시터(super capacitor, 112)에 충전시킨 후 충전회로(113)에 의해 축전지(114)에 충전하는 전력 저장 장치(110)를 내장함을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)의 반경 이상의 내경을 갖는 구체의 방수막(300) 내부에 상기 볼(210), 수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)를 수용되게 하되,
    방수막(300)은
    볼(210)의 외측으로 돌출시킨 수직축(211) 및 수평축(212)의 외주면에 고정하고,
    수직 전기자(230) 및 수평 전기자(240)는
    각자 축설할 축(211, 212)에 자신의 회동 범위만큼 구멍(211a, 212a)을 조성하되 구멍(211a, 212a)을 방수막(300)의 내부에 위치하게 조성한 후, 축설할 축(211, 212)에 삽입하는 회전축(232, 242)에 이어지게 하여 회전축(232, 242)을 축으로 회전하게 하고, 회전축(232, 242)을 부력체(100)에 고정하여, 회전축(232, 243) 및 구멍(211a, 212a)을 통해 배선하여 유기 기전력을 전력 저장 장치(110)에 공급함을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 볼(210)은
    제1 영구자석(221)이 구비되고 수직 전기자(230)를 회동 가능하게 결합하기 위한 수직축(211)이 형성된 일측 반구와, 제2 영구자석(222)이 구비되고 수평 전기자(240)를 회동 가능하게 결합하기 위한 수평축(212)이 형성된 타측 반구로 분리되어 상호 결합 것이되, 수직축(211)과 수평축(212) 모두에 직각이면서 볼(210)의 내부 중심을 지나는 선 상의 회동축(214)을 축으로 회전할 수 있게 결합한 것임을 특징으로 하는 파력 발전장치.
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