KR101861618B1 - 마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법 - Google Patents

마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지하는 부유식 선형 파력발전기에 있어서, 상기 부이의 상측에 배치되며, 일단이 제1 극성을 띠고, 타단이 제2 극성을 띠는 영구자석; 및 상기 영구자석의 상부에 이격되어 배치되며, 코어 및 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하고, 상기 코일에 인가되는 제1 전류에 따라 상기 영구자석과 마주보는 일단이 상기 영구자석과 반발력을 발생시키는 극성을 띠는 전자석을 포함하는, 부유식 선형 파력발전기가 제공된다.

Description

마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법{FLOATING TYPE LINEAR WAVE POWER GENERATOR AND METHOD FOR PREVENTING IMPACT USING MAGNETIC DAMPER}
본 발명은 마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부유식 선형 파력발전기의 상측 데크 및 부이에 각각 전자석 및 영구자석을 배치한 후, 상기 전자석에 상기 영구자석과 반발력을 일으키는 극성을 생성함으로써, 상측 데크 및 부이 간의 충돌을 방지하여 발전기에 가해질 수 있는 충격을 방지할 수 있도록 하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법에 관한 것이다.
파력발전은 한국, 일본과 같은 해양 국가에 적합한 발전 방식으로서, 에너지원의 고갈이나 비용 문제가 적을 뿐 아니라, 다른 발전방식에 비해 친환경적인 전력생산 방식으로 평가되고 있다.
이러한 파력발전을 위한 구조물 중 부이를 이용한 부유식 선형 파력발전 구조물은 파력발전을 하는 데 있어, 태풍이나 해일로 인한 높은 파고 시 부이가 상측 데크에 충돌할 수 있으며, 이에 따라 발전기에 충격이 가해질 수 있다는 문제점이 존재한다.
이를 위하여, 종래의 부유식 선형 파력발전기는 기계식 댐퍼로서, 스프링을 이용한 댐퍼 또는 유압식 댐퍼를 이용하여 부이가 직접 상측 데크에 충돌하는 것을 방지하고 있으나, 댐퍼 자체가 부이와 충돌하기 때문에 데크 위쪽에 위치한 발전기에 충격이 가해질 수 있으며, 이로 인하여 발전기의 진동 및 소음 또한 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상술한 충격, 진동 및 소음은 발전기 고장의 원인이 될 수 있으며, 댐퍼가 견딜 수 있는 한계치 이상의 충격이 가해졌을 시 댐퍼 자체가 파손되는 경우도 있기 때문에, 발전기의 유지보수 비용이 증가하는 문제도 발생하고 있다.
따라서, 부유식 선형 파력발전기의 댐퍼와 부이 간의 충돌을 방지함으로써, 전체적인 구조물과 발전기의 고장 및 파손을 방지하고, 이에 따른 유지보수 비용 또한 감소시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자석 및 영구자석 간 반발력이 발생하는 마그네틱 댐퍼를 통해 부유식 선형 파력발전기의 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지함으로써, 파력발전기 및 이의 전체적인 구조물에 가해질 수 있는 충격을 방지하며, 이러한 충격으로부터 발생할 수 있는 파력발전기의 진동과 소음 문제를 해소함에 따라, 파력발전기의 발전 효율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 충격, 진동 및 소음으로부터 유발되는 파력발전기의 고장 및 파손을 방지함으로써, 파력발전기의 유지보수 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 전자석 및 영구자석 간 반발력의 크기를 자동으로 조정함으로써, 반발력으로 인한 파력발전기의 성능 저하를 방지 또는 최소화시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지하는 부유식 선형 파력발전기에 있어서, 상기 부이의 상측에 배치되며, 일단이 제1 극성을 띠고, 타단이 제2 극성을 띠는 영구자석; 및 상기 영구자석의 상부에 이격되어 배치되며, 코어 및 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하고, 상기 코일에 인가되는 제1 전류에 따라 상기 영구자석과 마주보는 일단이 상기 영구자석과 반발력을 발생시키는 극성을 띠는 전자석을 포함하는, 부유식 선형 파력발전기가 제공된다.
상기 전자석은, 상기 부유식 선형 파력발전기의 상측 데크에 배치될 수 있다.
상기 부유식 선형 파력발전기는, 상기 부이가 상기 상측 데크로부터 일정 거리 이내까지 상승할 시, 상기 반발력을 이용하여 상기 부이를 제동시킬 수 있다.
상기 반발력은, 상기 제1 전류가 상기 부유식 선형 파력발전기의 상태 변화에 따른 적합한 크기의 제2 전류로 변동됨으로써 자동으로 조정될 수 있다.
상기 부유식 선형 파력발전기의 상태는, 상기 전자석 및 상기 영구자석 간 거리, 내부 부품의 이상 발생 여부, 발전 효율 및 파고 분석 결과 중 일 이상을 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부유식 선형 파력발전기가 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지하는 방법에 있어서, (a) 일단이 제1 극성을 띠고, 타단이 제2 극성을 띠는 영구자석이 상기 부이의 상측에 배치되며, 코어 및 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하는 전자석이 상기 영구자석의 상부에 이격되어 배치되는 단계; 및 (b) 상기 영구자석과 마주보는 상기 전자석의 일단이 상기 영구자석과 반발력을 일으키는 극성을 형성하도록 하는 제1 전류를 상기 코일에 인가하는 단계를 포함하는, 부유식 선형 파력발전기 충격 방지 방법이 제공된다.
상기 전자석은, 상기 부유식 선형 파력발전기의 상측 데크에 배치될 수 있다.
상기 부유식 선형 파력발전기는, 상기 부이가 상기 상측 데크로부터 일정 거리 이내까지 상승할 시, 상기 반발력을 이용하여 상기 부이를 제동시킬 수 있다.
상기 반발력은, 상기 제1 전류가 상기 부유식 선형 파력발전기의 상태 변화에 따른 적합한 크기의 제2 전류로 변동됨으로써 자동으로 조정될 수 있다.
상기 부유식 선형 파력발전기의 상태는, 상기 전자석 및 상기 영구자석 간 거리, 내부 부품의 이상 발생 여부, 발전 효율 및 파고 분석 결과 중 일 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석 및 영구자석 간 반발력이 발생하는 마그네틱 댐퍼를 통해 부유식 선형 파력발전기의 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지함으로써, 파력발전기 및 이의 전체적인 구조물에 가해질 수 있는 충격을 방지하며, 이러한 충격으로부터 발생할 수 있는 파력발전기의 진동과 소음 문제를 해소함에 따라, 파력발전기의 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 충격, 진동 및 소음으로부터 유발되는 파력발전기의 고장 및 파손을 방지함으로써, 파력발전기의 유지보수 비용을 감소시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석 및 영구자석 간 반발력의 크기를 자동으로 조정함으로써, 반발력으로 인한 파력발전기의 성능 저하를 방지 또는 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기 충격 방지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 부유식 선형 파력발전기의 전자석 및 영구자석 간에 반발력을 발생시키는 구현예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 변위와 전자석 및 영구자석 간 반발력 크기의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부유식 선형 파력발전기의 충격을 방지하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서 상에서 부유식 선형 파력발전기를 관리하는 관리자는 관리자 단말기를 통해 관리 서버로부터 부유식 선형 파력발전기의 상태 정보를 제공받을 수 있는 파력발전기 모니터링 애플리케이션을 별도의 애플리케이션 스토어 서버를 통해 다운로드하여 설치할 수 있다.
상기 관리자 단말기는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등과 같이 네트워크를 통하여 관리 서버 등의 외부 서버와 연결될 수 있고, 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있으며, 이 외에도 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC, 셋탑 박스를 포함하는 IPTV와 같이, 관리 서버 등의 외부 서버와 연결될 수 있는 통신 장치도 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서 상에서는 부유식 선형 파력발전기와 이를 관리하는 관리 서버가 각각 별개의 구성으로 구현되는 실시예에 대하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부유식 선형 파력발전기 및 상기 관리 서버는 하나의 구성으로 구현되어 각각의 기능을 모두 수행할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기 충격 방지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기 충격 방지 시스템은 통신망을 통해 서로 통신 가능한 부유식 선형 파력발전기(100) 및 관리 서버(200)를 포함할 수 있다.
먼저, 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있다. 근거리 통신망(LAN : Local Area Network), 도시권 통신망(MAN : Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN : Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다.
부유식 선형 파력발전기(100)는 파력발전 구조물이 해수면에 부유된 상태로 파력발전을 행하는 장치로서, 수면에 떠있는 부유식 선형 파력발전기(100)의 부이(140)가 파고에 따라 상승 및 하강을 반복, 즉, 수직 왕복운동을 함으로써 발생하는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기(100)는 전자석(110), 영구자석(120), 상측 데크(130), 부이(140) 및 선형 발전기(150)를 포함할 수 있다.
전자석(110)은 강자성체 코어에 코일이 감겨있는 형태로서, 코일에 전류가 인가됨에 따라 자성을 띠게 되는 자석일 수 있다. 전자석(110)은 영구자석(120)의 상부에 이격되어 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상측 데크(130)에 배치되어 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 영구자석(120)은 강한 자화상태를 장기간 보존하는 자석으로, 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않아도 자성을 안정되게 유지하는 자석일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 부이(140)의 상부에 배치되어 고정되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 전자석(110) 및 영구자석(120)은 서로 간의 상호작용을 통해 선형 발전기(150)에 가해지는 충격을 최소화하는 마그네틱 댐퍼로서 기능할 수 있다.
상측 데크(130)는 부유식 선형 파력발전기(100)를 해양에 설치하기 위한 설치대의 상부에 해당하는 데크로서, 상측 데크(130)의 상부에는 선형 발전기(150)가, 하부에는 부이(140)가 위치할 수 있다.
부이(140)는 해수면에서 파도에 의해 수직 왕복운동을 수행하는 부유체로, 상하 방향으로 움직이는 축을 통해 선형 발전기(150)와 연결됨으로써 상기 수직 왕복운동으로부터 발생되는 운동 에너지를 선형 발전기(150)로 전달할 수 있다.
선형 발전기(150)는 부이(140)로부터 전달받은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전장치로서, 영구자석으로 이루어진 고정자(151) 및 코일이 감겨있는 가동자(152)를 포함할 수 있다.
가동자(152)는 고정자(151)의 내부에 마련된 빈 공간을 상하로 움직일 수 있으며, 이때 고정자(151)의 영구자석과 가동자(152)의 코일 간 유도 기전력이 발생됨에 따라, 선형 발전기(150)는 부이(140)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 부유식 선형 파력발전기(100)는 관리 서버(200)로부터 수신되는 전류 공급 요청 신호에 따라, 전자석(110)의 코일에 일정 수준의 전류를 인가함으로써 전자석(110)이 자성을 띠도록 할 수 있다.
이때, 부유식 선형 파력발전기(100)는 전자석(110)이 영구자석(120)과 척력을 발생시키는 극성을 띠도록 할 수 있으며, 이를 통해 상기 전자석(110) 및 상기 영구자석(120) 간에 서로를 밀어내는 힘인 반발력이 발생하게 되어 영구자석(120)이 부착된 부이(140)가 전자석(110)이 부착된 상측 데크(130)와 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부유식 선형 파력발전기(100)는 관리 서버(200)로부터 수신되는 인가전류 크기 조절 요청 신호에 따라 전자석(110)의 코일에 인가되는 전류(이하, 인가전류)의 크기를 조절함으로써, 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 반발력의 크기 또한 조정할 수도 있다.
뿐만 아니라, 부유식 선형 파력발전기(100)는 관리 서버(200)로부터 수신되는 발전기 상태 정보 요청 신호에 따라, 자체적으로 수집한 부유식 선형 파력발전기(100)의 다양한 상태 정보를 관리 서버(200)로 전송할 수 있다.
상기 발전기 상태 정보는 전자석(110)의 상태 관련 정보(인가전류 크기 정보, 반발력 크기 정보, 이상 발생 여부 정보 등), 영구자석(120)의 상태 관련 정보(극성 정보, 위치 정보, 이동거리 정보, 이상 발생 여부 정보 등), 내부 부품의 이상 발생 여부 정보, 발전 효율 정보 등을 일 이상 포함할 수 있다.
관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 동작을 제어하고, 상태를 모니터링하는 관리자가 운영하는 서버일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태 정보를 요청하는 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송함에 따라, 부유식 선형 파력발전기(100)로부터 발전기 상태 정보를 수신할 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 관리 서버(200)는 상기 발전기 상태 정보를 관리자 단말기로 전송함으로써, 관리자로 하여금 실시간으로 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태를 확인 가능하도록 할 수도 있다.
일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 전자석(110)의 코일에 특정 방향으로 흐르는 전류를 인가하도록 하는 요청 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다.
이때, 상기 전류의 특정 방향은 전자석(110)에 영구자석(120)과 반발력을 일으키는 극성을 생성하도록 하는 방향일 수 있다.
또한, 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류의 크기를 조절하도록 하는 요청 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 관리 서버(200)는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 거리에 따라 인가전류의 크기를 결정하고, 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류를 상기 결정된 크기로 조절하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태를 확인한 결과에 따라 적절한 인가전류의 크기를 결정하고, 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류를 상기 결정된 크기로 조절하도록 할 수도 있다.
이에 따라, 관리 서버(200)는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간에 발생하는 반발력이 부유식 선형 파력발전기(100)의 성능을 저하시키지 않도록 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)가 설치된 장소의 파고를 분석하고, 그 결과에 따라 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류의 크기를 적절하게 조절하도록 할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(200)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 발전기 상태 확인부(210), 전류 공급 제어부(220), 전류 크기 조절부(230), 제어부(240) 및 통신부(250)를 포함할 수 있다.
먼저, 발전기 상태 확인부(210)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태를 확인하고, 그 정보를 관리자에게 제공할 수 있다.
구체적으로, 발전기 상태 확인부(210)는 발전기 상태 정보 요청 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다.
이에 따라, 발전기 상태 확인부(210)는 부유식 선형 파력발전기(100)로부터 전자석(110)의 상태 관련 정보, 영구자석(120)의 상태 관련 정보, 내부 부품의 이상 발생 여부 정보, 발전 효율 정보 등과 같은 발전기 상태 정보를 수신할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 발전기 상태 확인부(210)는 상기 수신한 발전기 상태 정보를 관리자 단말기로 전송할 수 있으며, 이를 통해 관리자는 실시간으로 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태 정보를 모니터링할 수 있다.
전류 공급 제어부(220)는 부유식 선형 파력발전기(100)를 통해 전자석(110)의 코일에 전류를 인가함으로써, 전자석(110)이 자성을 띠고, 영구자석(120)과 상호작용할 수 있도록 할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 공급 제어부(220)는 발전기 상태 확인부(210)를 통해 영구자석(120)의 극성을 확인할 수 있으며, 전자석(110)이 상기 영구자석(120)의 극성과 반대되는 극성을 띠도록 하는 전류를 전자석(110)의 코일에 인가 요청하는 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다.
예를 들면, 부유식 선형 파력발전기(100)의 영구자석(120)이 상단에 N극을, 하단에 S극을 띠고 있을 수 있다. 이때, 전류 공급 제어부(220)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 전자석(110)의 극성이 상단에는 S극으로, 하단에는 N극으로 생성되도록 하는 전류를 인가하도록 요청할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인가전류의 크기는 기 설정된 소정의 크기일 수 있으며, 또는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 거리에 따라 각각 상이한 크기로 설정될 수도 있다.
예를 들면, 전류 공급 제어부(220)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 전자석(110)의 코일에 일정한 크기의 전류인 10mA의 전류를 인가하도록 할 수 있으며, 또는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 거리가 10m일 경우에는 10A의 전류를, 5m일 경우에는 20A의 전류를 인가하도록 할 수도 있다.
이후, 부유식 선형 파력발전기(100)는 상술한 바와 같이 전자석(110)에 영구자석(120)과 반대되는 극성을 생성하는 전류를 전자석(110)의 코일로 인가할 수 있다.
이를 통해, 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 마주보는 면이 각각 동일한 극성을 띠게 됨에 따라, 이들 사이에는 서로를 밀어내는 반발력이 발생할 수 있다.
즉, 영구자석(120)이 부착된 부이(140)가 높은 파고로 인하여 전자석(110)이 부착된 상측 데크(130)로부터 일정 거리 이내까지 상승하게 되더라도, 상기 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 반발력이 부이(140)를 밀어내게 되므로, 부이(140) 및 상측 데크(130) 간의 충돌을 방지할 수 있다.
이에 따라, 일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 상기 충돌에 따른 부유식 선형 파력발전기(100)에 가해질 수 있는 충격을 방지하며, 이러한 충격으로부터 발생할 수 있는 부유식 선형 파력발전기(100)의 진동과 소음 문제를 해소할 수도 있다.
전류 크기 조절부(230)는 발전기 상태 확인부(210)를 통해 확인한 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태에 따라 전류 크기 조절 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송함으로써, 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류의 크기를 조절하도록 할 수 있다.
이때, 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 반발력은 상기 인가전류의 크기가 커질수록 강해질 수 있으며, 인가전류의 크기가 작아질수록 약해질 수 있다. 즉, 전류 크기 조절부(230)는 인가전류의 크기를 조절함으로써, 부유식 선형 파력발전기(100)의 성능에 영향을 미칠 수 있는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 반발력 크기 또한 조정할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류 크기 조절부(230)는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 거리에 따라 인가전류의 크기를 조절하는 전류 크기 조절 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 인가전류의 크기는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 거리가 가까워질수록 증가할 수 있으며, 멀어질수록 감소할 수도 있다.
예를 들면, 기존의 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 거리가 10m일 수 있으며, 이에 따라 부유식 선형 파력발전기(100)가 전자석(110)의 코일에 10A의 전류를 인가하고 있을 수 있다. 이때, 파고가 높아져 영구자석(120)이 상승함으로써 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 거리가 5m로 가까워질 수 있으며, 이 경우 전류 크기 조절부(230)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류의 크기를 20A로 증가시키도록 할 수 있다.
이에 따라, 전류 크기 조절부(230)는 전자석(110)의 코일에 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 거리별로 적절한 전류가 인가될 수 있도록 함으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 줄일 수 있으며, 이를 통해 부유식 선형 파력발전기(100)의 발전 효율을 증가시킬 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기 조절부(230)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 내부 부품 상태, 또는 발전 효율에 따라 인가전류의 크기를 조절하는 전류 크기 조절 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 인가전류의 크기는 상기 내부 부품에 이상 상태가 발생하였을 경우, 또는 발전 효율이 소정의 수치 이하일 경우 감소될 수 있다.
예를 들면, 기존에 부유식 선형 파력발전기(100)가 전자석(110)의 코일에 10A의 전류를 인가하고 있을 수 있다. 이때, 관리 서버(200)가 발전기 상태 확인부(210)를 통해 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태 정보를 수집한 결과, 내부 부품에 이상이 발생하였거나, 또는 발전 효율이 60% 이하로 감소하였을 수 있다. 이 경우, 전류 크기 조절부(230)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류를 5A로 감소시키도록 할 수 있다.
이에 따라, 전류 크기 조절부(230)는 전자석(110) 및 영구자석(120) 간 반발력이 부유식 선형 파력발전기(100)에 미치는 영향을 적절하게 감소시킴으로써, 상기 반발력으로 인한 부유식 선형 파력발전기(100)의 성능 저하를 방지 또는 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 크기 조절부(230)는 영구자석의 위치 정보 및 이동거리 정보를 참조하여 파고의 변화를 분석함으로써, 이전보다 일정 수준 이상 높은 파고가 예상되는 경우에 인가전류의 최대 크기를 일시적으로 증가시킬 수도 있다.
예를 들면, 기존의 부유식 선형 파력발전기(100)는 발전 효율의 저하를 고려하여 최대 30A까지의 전류를 전자석(110)의 코일에 인가하고 있을 수 있다. 이때, 전류 크기 조절부(230)는 영구자석의 위치 정보 및 이동거리 정보를 토대로 파고의 변화를 분석한 결과, 이전보다 10m 이상 높은 파고가 예측될 수 있으며, 이 경우 30A의 인가전류에 따른 반발력을 이용하더라도 부이(140) 및 상측 데크(130) 간 충돌이 불가피할 것으로 예상되는 바, 일시적으로 상기 인가전류의 최대 크기를 40A로 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 전류 크기 조절부(230)는 기상변화, 자연재해 등으로 인한 갑작스러운 파고의 변화로 발생할 수 있는 부이(140) 및 상측 데크(130) 간의 충돌 또한 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(240)는 발전기 상태 확인부(210), 전류 공급 제어부(220), 전류 크기 조절부(230) 및 통신부(250) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제어부(240)는 발전기 상태 확인부(210), 전류 공급 제어부(220), 전류 크기 조절부(230) 및 통신부(250)에서 각각 고유한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신부(250)는 관리 서버(200)와 외부 서버 및 외부 장치 간 통신이 가능하도록 한다. 구체적으로 관리 서버(200)가 부유식 선형 파력발전기(100) 및 관리자 단말기와의 통신을 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 부유식 선형 파력발전기(100)의 전자석(110) 및 영구자석(120) 간에 반발력을 발생시키는 구현예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전자석(110)은 강자성체로 이루어진 코어(111)와 코어(111)를 감싸는 코일(112)을 포함할 수 있으며, 부유식 선형 파력발전기(100)가 코일(112)에 인가하는 전류에 따라 전자석(110)의 상단 및 하단에는 각각 상이한 극성이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석(110) 및 영구자석(120)은 각각의 일단이 서로 마주보는 형태로 이격되어 배치될 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 코일(112)에는 전자석(110) 및 영구자석(120)의 마주보는 일단 간에 서로 반발력을 일으키도록 하는 극성, 즉, 서로 동일한 극성이 형성되도록 하는 전류가 인가될 수 있다.
예를 들면, 도3에 도시된 바와 같이 영구자석(120)은 상단에 N극을, 하단에 S극을 띠고 있을 수 있으며, 이 경우 전자석(110)의 코일(112)에는 전자석(110)의 상단에 S극을, 하단에 N극을 형성시키는 전류가 인가될 수 있다. 즉, 전자석(110) 및 영구자석(120) 간의 마주보는 일단이 각각 동일한 극성인 N극을 띠게 되며, 이들 사이에는 서로를 밀어내는 반발력이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기(100)에서, 상술한 바와 같은 전자석(110)은 상측 데크(130)에, 영구자석(120)은 부이(140)의 상부에 각각 배치될 수 있다.
이에 따라, 부이(140)가 높은 파고로 인하여 상측 데크(130)로부터 일정 거리 이내까지 상승하게 되더라도, 상측 데크(130)에 배치된 전자석(110)과 부이(140)에 배치된 영구자석(120) 간 반발력이 부이(140)를 밀어내게 되므로, 부이(140) 및 상측 데크(130) 간의 충돌을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반발력은 전자석(110)의 코일에 가해지는 인가전류의 크기가 증가할수록 강해지며, 인가전류의 크기가 감소할수록 약해지므로, 상기 인가전류의 크기를 변화시킴으로써 상기 반발력의 크기를 조정할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석의 변위와 전자석 및 영구자석 간 반발력 크기의 변화를 도시한 그래프이다.
이하에서는 부유식 선형 파력발전기(100)가 설치된 장소의 파고가 높아지고 있으며, 이로 인해 부이가 상승 운동을 함으로써 상측 데크에 점차 가까워지고, 부이에 부착된 영구자석의 변위 또한 증가하고 있는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, ①을 통해 시간에 따른 영구자석의 변위를 확인할 수 있으며, ②를 통해 동일 시간에 따른 전자석 및 영구자석 간 반발력 크기 변화를 확인할 수 있다.
이에 따르면, 영구자석의 변위가 증가할수록, 즉, 파고가 높아짐에 따라 상기 영구자석이 부착된 부이가 상승 운동을 하여 전자석이 부착된 상측 데크에 가까워질수록 전자석 및 영구자석 간 반발력이 증가하게 된다.
이때, 영구자석 및 전자석 간 거리가 소정 거리만큼 가까워진 ③의 시점 이후, 반발력은 일정하게 유지되며 영구자석의 변위 또한 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 영구자석이 부착된 부이는 파고로 인하여 소정 수준까지 상승하였을 시, 상측 데크에 부착된 전자석과의 반발력으로 인하여 상승 운동을 멈추게 되며, 파고가 낮아져 부이가 다시 하강 운동을 시작하기 전까지 상기 반발력이 지속됨에 따라 정지 상태를 유지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기(100)는 전자석 및 영구자석 간의 반발력을 이용하여 부이의 상승을 일정 수준에서 제동시킴으로써, 상측 데크 및 부이 간의 충돌을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부유식 선형 파력발전기(100)의 충격을 방지하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 선형 파력발전기(100)는 부이 상부에 영구자석이 배치될 수 있으며, 상기 영구자석 상부에 이격된 위치에, 바람직하게는 상측 데크에 전자석이 배치될 수 있다(S501).
관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태를 확인하기 위하여, 발전기 상태 정보 요청 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있다(S502).
상기 발전기 상태 정보는 부유식 선형 파력발전기(100)의 상태 관련 정보로서, 전자석의 상태 관련 정보(인가전류 크기 정보, 반발력 크기 정보, 이상 발생 여부 정보 등), 영구자석의 상태 관련 정보(극성 정보, 위치 정보, 이동거리 정보, 이상 발생 여부 정보 등), 내부 부품의 이상 발생 여부 정보, 발전 효율 정보 등을 일 이상 포함할 수 있다.
이에 따라, 부유식 선형 파력발전기(100)는 자체적으로 수집한 상기 발전기 상태 정보를 관리 서버(200)로 전송할 수 있으며(S503), 관리 서버(200)는 상기 S503 단계에서 수신한 발전기 상태 정보를 관리자 단말기로 전달할 수 있다(S504).
일 실시예에 따르면, 관리자 단말기에는 파력발전기 모니터링 애플리케이션이 설치되어있을 수 있으며, 관리자는 상기 S504 단계에서 관리 서버(200)로부터 송신된 발전기 상태 정보를 파력발전기 모니터링 애플리케이션을 통해 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)가 전자석의 코일에 특정 방향으로 흐르는 전류를 인가하여, 전자석에 상기 S503 단계를 통해 확인한 영구자석의 극성과 반발력을 일으키는 극성을 생성시키도록 하는 전류 공급 요청 신호를 전송할 수 있다(S505).
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자석의 코일에 가해지는 인가전류의 크기는 기 설정된 소정의 크기일 수 있으며, 또는 전자석 및 영구자석간의 거리에 따라 각각 상이한 크기로 설정될 수도 있다.
이에 따라, 부유식 선형 파력발전기(100)는 상기 S505 단계에서 수신한 전류 공급 요청 신호에 따른 전류를 전자석의 코일에 인가함으로써, 전자석의 양단에 영구자석의 양단과 상반되는 극성을 생성시킬 수 있다(S506).
이를 통해, 부유식 선형 파력발전기(100)의 전자석 및 영구자석 간의 마주보는 면이 각각 동일한 극성을 띠게 됨에 따라, 이들 사이에는 서로를 밀어내는 반발력이 발생할 수 있다.
즉, 영구자석이 부착된 부이가 높은 파고로 인하여 전자석이 부착된 상측 데크로부터 일정 거리 이내까지 상승하게 되더라도, 상기 전자석 및 영구자석간 반발력이 부이를 밀어내게 되므로, 부이 및 상측 데크 간의 충돌을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 관리 서버(200)는 상기 S503 단계를 통해 수신한 발전기 상태 정보를 분석함으로써, 그 결과에 따라 전자석의 코일에 가해지는 인가전류의 크기를 결정할 수 있다(S507).
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인가전류의 크기는 전자석 및 영구자석 간의 거리가 가까워질수록 증가할 수 있으며, 멀어질수록 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 인가전류의 크기는 부유식 선형 파력발전기(100)의 내부 부품에 이상 상태가 발생하였을 경우, 또는 발전 효율이 소정의 수치 이하일 경우 감소될 수 있다.
뿐만 아니라, 일 실시예에 따르면, 상기 인가전류의 최대 크기는 관리 서버(200)가 영구자석의 위치 정보 및 이동거리 정보를 참조하여 파고의 변화를 분석한 결과, 이전보다 일정 수준 이상 높은 파고가 예상되는 경우에 일시적으로 증가될 수도 있다.
이후, 관리 서버(200)는 현재 전자석 코일에 인가되고 있는 전류의 크기를 상기 S507 단계에서 결정된 인가전류의 크기로 조절하도록 요청하는 신호를 부유식 선형 파력발전기(100)로 전송할 수 있으며(S508), 부유식 선형 파력발전기(100)는 상기 S508 단계에서 수신한 인가전류 크기 조절 요청에 따라 인가전류의 크기를 조절할 수 있다(S509).
이때, 전자석 및 영구자석 간의 반발력은 상기 인가전류의 크기가 커질수록 강해질 수 있으며, 작아질수록 약해질 수 있다. 즉, 관리 서버(200)는 부유식 선형 파력발전기(100)로 하여금 인가전류의 크기를 자동으로 조절하도록 함으로써, 부유식 선형 파력발전기(100)의 성능에 영향을 미칠 수 있는 전자석 및 영구자석 간의 반발력 크기 또한 자동으로 조정되도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석 및 영구자석 간 반발력이 발생하는 마그네틱 댐퍼를 통해 부유식 선형 파력발전기의 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지함으로써, 파력발전기 및 이의 전체적인 구조물에 가해질 수 있는 충격을 방지하며, 이러한 충격으로부터 발생할 수 있는 파력발전기의 진동과 소음 문제를 해소함에 따라, 파력발전기의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 충격, 진동 및 소음으로부터 유발되는 파력발전기의 고장 및 파손을 방지함으로써, 파력발전기의 유지보수 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석 및 영구자석 간 반발력의 크기를 자동으로 조정함으로써, 반발력으로 인한 파력발전기의 성능 저하를 방지 또는 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 부유식 선형 파력발전기 200 : 관리 서버
110 : 전자석 210 : 발전기 상태 확인부
111 : 코어 220 : 전류 공급 제어부
112 : 코일 230 : 전류 크기 조절부
120 : 영구자석 240 : 제어부
130 : 상측 데크 250 : 통신부
140 : 부이
150 : 선형 발전기
151 : 고정자
152 : 가동자

Claims (10)

  1. 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지하는 부유식 선형 파력발전기에 있어서,
    상기 부이의 상측에 배치되며, 일단이 제1 극성을 띠고, 타단이 제2 극성을 띠는 영구자석; 및
    상기 영구자석의 상부에 이격되어 배치되며, 코어 및 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하고, 상기 코일에 인가되는 제1 전류에 따라 상기 영구자석과 마주보는 일단이 상기 영구자석과 반발력을 발생시키는 극성을 띠는 전자석을 포함하며,
    상기 부유식 선형 파력발전기는, 상기 부유식 선형 파력발전기의 내부 부품에 이상 상태가 발생하였거나, 발전 효율이 소정의 수치 이하일 경우, 상기 반발력의 크기가 감소되도록 함으로써, 상기 반발력이 상기 부유식 선형 파력발전기에 미치는 영향을 감소시켜 상기 반발력으로 인한 상기 부유식 선형 파력발전기의 성능 저하가 방지되도록 하는, 부유식 선형 파력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 부유식 선형 파력발전기의 상측 데크에 배치되는 것을 특징으로 하는, 부유식 선형 파력발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부유식 선형 파력발전기는,
    상기 부이가 상기 상측 데크로부터 일정 거리 이내까지 상승할 시, 상기 반발력을 이용하여 상기 부이를 제동시키는 것을 특징으로 하는, 부유식 선형 파력발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반발력은,
    상기 제1 전류가 상기 부유식 선형 파력발전기의 상태 변화에 대응되는 크기의 제2 전류로 변동됨으로써 자동으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 부유식 선형 파력발전기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 부유식 선형 파력발전기의 상태는,
    상기 전자석 및 상기 영구자석 간 거리 및 파고 분석 결과 중 일 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 선형 파력발전기.
  6. 부유식 선형 파력발전기가 마그네틱 댐퍼를 이용하여 부이 및 상측 데크 간 충돌을 방지하는 방법에 있어서,
    (a) 일단이 제1 극성을 띠고, 타단이 제2 극성을 띠는 영구자석이 상기 부이의 상측에 배치되며, 코어 및 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하는 전자석이 상기 영구자석의 상부에 이격되어 배치되는 단계; 및
    (b) 상기 영구자석과 마주보는 상기 전자석의 일단이 상기 영구자석과 반발력을 일으키는 극성을 형성하도록 하는 제1 전류를 상기 코일에 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 부유식 선형 파력발전기는, 상기 부유식 선형 파력발전기의 내부 부품에 이상 상태가 발생하였거나, 발전 효율이 소정의 수치 이하일 경우, 상기 반발력의 크기가 감소되도록 함으로써, 상기 반발력이 상기 부유식 선형 파력발전기에 미치는 영향을 감소시켜 상기 반발력으로 인한 상기 부유식 선형 파력발전기의 성능 저하가 방지되도록 하는, 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 부유식 선형 파력발전기의 상측 데크에 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 부유식 선형 파력발전기는,
    상기 부이가 상기 상측 데크로부터 일정 거리 이내까지 상승할 시, 상기 반발력을 이용하여 상기 부이를 제동시키는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 반발력은,
    상기 제1 전류가 상기 부유식 선형 파력발전기의 상태 변화에 대응되는 크기의 제2 전류로 변동됨으로써 자동으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 부유식 선형 파력발전기의 상태는,
    상기 전자석 및 상기 영구자석 간 거리 및 파고 분석 결과 중 일 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
KR1020170020131A 2017-02-14 2017-02-14 마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법 KR101861618B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005040603A1 (ja) * 2003-10-23 2005-05-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 波力発電装置
KR101697099B1 (ko) * 2016-03-23 2017-02-02 전자부품연구원 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템

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