KR102016382B1 - 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트에 관한 것으로, 이를 위해 박막전지 및 상기 박막전지의 충방전을 제어하는 회로부가 배치되는 패키지 기판과 상기 패키지 기판을 밀봉하는 패키지부를 포함하는 박막전지 패키지와, 태양전지를 포함하는 태양전지 결합형 박막전지 패키지;와, 상기 회로부에 전기적으로 연결되도록 상기 박막전지 패지키에 결합되며, 상기 태양전지로부터 직류전원을 공급받는 박막전지로부터 전원을 공급받는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터; 및 상기 BLDC 모터로부터의 속도를 감속시킬 수 있는 감속기;와, 상기 감속기와 연결되어 회전하는 날개를 갖는 물레방아 타입의 프로펠러;로 이루어지되, 이루어지되, 상기 감속기와 BLDC모터는 쌍동선의 양측에 장착되어 상기 쌍동선의 속도와 움직임의 방향을 제어하고, 상기 태양전지 결합형 박막전지 패키지의 태양전지는 기판과, 상기 기판 위에 형성되는 후면전극층과, 상기 후면전극층 상에 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 위에 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층 위에 형성되는 투명전극층과, 상기 투명전극층 위해 형성되며 상기 광흡수층의 광흡수율을 높일 수 있도록 표면에 다수의 요철이 형성된 광산란용 금속나노구조층으로 구성되고, 상기 금속나노구조층은 플라즈모닉스 현상(plasmonics) 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위하여 0.1-45nm로 얇게 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트에 관한 것이다.
통상 보트류는 소형 경량을 가르키는 말로써, 대형의 엔진을 통해 스크류의 구동력을 전달하기보다는 배터리 등의 충전을 통해 전기적으로 구동하는 전동식 모터와, 모터와 연결된 스크류 구동부를 갖추게 된다.
상기와 같은 전동 모터를 구동원으로 하는 보트류는 대개 후미에 스크류와 직렬로 연결되어 보트의 하부에 설치 구성되어 복잡한 장치 연결부에 따른 하중 및 구조가 간단하며, 또한 간단한 전기적 극성 전환을 통해 모터의 정역 방향을 쉽게 이루는 등 소경량의 보트류에 많이 장착되어 사용되고 있다.
이러한 종래의 전동식 모터의 구동장치는 선체에 위치된 방향타로부터 연동 회동하는 연결축이 수중으로 연장되며, 이 연결축의 하단에 스크류 일체형 구동부를 구성하고 있으며, 이러한 구동장치는 선체의 일측에 설치부재를 통해 결합되어 회동 가능토록 설계되고 있다.
하지만 상기 구동부는 모터 및 스크류가 일체형으로 되어 보트의 운항 및 정박 중 수중에 항시 잠겨진 상태를 유지하게 되는데, 모터의 내측으로 물이 스며들어 절연 및 내부장치의 부식 등을 일으키게 되어 결국 장치의 오작동 및 유지보수의 문제점이 가중되었다.
한국 공개특허 2006-0101869호에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 모터보트의 구동장치가 공개되어 있으나, 모터 및 스크류를 이용한 모터 보트의 경우 수중의 이물질 등에 의해 문제가 발생할 수 있어 많은 문제점을 가지게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 태양관 흡수율을 높이고, 모터 및 스크류를 대체할 수 있는 새로운 타입의 추진장치와 이를 이용한 보트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트에 관한 것으로, 이를 위해 박막전지 및 상기 박막전지의 충방전을 제어하는 회로부가 배치되는 패키지 기판과 상기 패키지 기판을 밀봉하는 패키지부를 포함하는 박막전지 패키지와, 태양전지를 포함하는 태양전지 결합형 박막전지 패키지;와, 상기 회로부에 전기적으로 연결되도록 상기 박막전지 패지키에 결합되며, 상기 태양전지로부터 직류전원을 공급받는 박막전지로부터 전원을 공급받는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터; 및 상기 BLDC 모터로부터의 속도를 감속시킬 수 있는 감속기와, 상기 감속기와 연결되어 회전하는 날개를 갖는 물레방아 타입의 프로펠러로 이루어지되, 상기 감속기와 BLDC모터는 쌍동선의 양측에 장착되어 상기 쌍동선의 속도와 움직임의 방향을 제어하고, 상기 태양전지 결합형 박막전지 패키지의 태양전지는 기판과, 상기 기판 위에 형성되는 후면전극층과, 상기 후면전극층 상에 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 위에 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층 위에 형성되는 투명전극층과, 상기 투명전극층 위해 형성되며 상기 광흡수층의 광흡수율을 높일 수 있도록 표면에 다수의 요철이 형성된 광산란용 금속나노구조층으로 구성되고, 상기 금속나노구조층은 플라즈모닉스 현상(plasmonics) 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위하여 0.1-45nm로 얇게 형성되는 것을 특징으로 한다.
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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 포함하는 태양광 보트에 사용될 수 있는 박막전지 패키지의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용하는 태양광 보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 중 광산란용 금속 나노구조층을 통하여 빛이 반사되는 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러의 형상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFD를 활용한 자유수면 파계 및 선체 압력분포를 해석한 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC모터(M)에 연결된 감속기어의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 10은 베어링과 제1기어의 스플라인 결합을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2기어와 제2선기어가 스플라인 결합 되어 있는 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 좌측면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 갖는 태양광보트의 배면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용하는 태양광 보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 중 광산란용 금속 나노구조층을 통하여 빛이 반사되는 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러의 형상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFD를 활용한 자유수면 파계 및 선체 압력분포를 해석한 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC모터(M)에 연결된 감속기어의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 10은 베어링과 제1기어의 스플라인 결합을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2기어와 제2선기어가 스플라인 결합 되어 있는 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 좌측면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 갖는 태양광보트의 배면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 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 경우뿐만 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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 구성에 대하여 살펴본다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 태양광 보트에 사용될 수 있는 박막전지 패키지의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 결합형 박막전지 패키지는 박막전지 패키지(100) 및 태양전지(200)를 포함한다.
박막전지 패키지(100)는 패키지 기판(110) 및 패키지부(140)를 포함한다.
패키지 기판(110)에는 박막전지(120)와 박막전지의 충방전을 제어하는 회로부(130)가 배치된다.
패키지 기판(110)은 연성 인쇄회로기판, 금속기판, 실리콘 기판 등이 이용될 수 있다. 박막전지 패키지(100)에서 박막전지(120)와 회로부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 패키지 기판(110)에 적층형 구조로 배치될 수 있다. 또한 박막 전지(120)와 회로부(130)는 각각 패키지 기판(110)에 실장되는 것과 같이, 수평형구조로 패키지기판(110)에 배치될 수 있다. 적층형 배치구조의 경우, 박막전지 패키지의 면적을 줄일 수 있고, 반대로 수평형 배치구조의 경우 박막 전지 패키지의 면적을 줄일 수 있다.
한편, 박막전지(120)와 회로부(130)는 각각의 단자 등이 패키지 기판(110)의 단자 등에 표면 실장된 후에 전기적으로 연결된다. 또한 상기와 같이, 박막전지(120)와 회로부(130)가 전기적으로 연결될 수 있는 상태가 되더라도, 스위치의 턴-온과 같이 외부 조작에 의하여 완전한 전기적 연결이 이루어지는 것이 바람직하다. 그 이유는 박막전지(120)와 충방전을 위한 회로부(130)가 분리되어 있지 않은 경우, 박막전지의 전류누설(leakage current)이 발생할 수 있기 때문이다.
패키지부(140)는 박막전지(120)와 회로부(130)가 배치된 상태로 패키지 기판(110)을 밀봉한다. 이러한 패키지부(140)는 에폭시 몰딩에 의하여 형성될 수 있다. 패키지부(140)가 에폭시 몰딩으로 형성되는 경우, 수지 충전 및 경화에 의하여 형성된다. 패키지부(140)의 형성을 위하여 일정한 형상을 갖는 틀이 이용될 수 있다. 이러한 에폭시 몰딩의 경우 단자 사용 편의성을 높일 수 있고, 회로부 실장 적용성을 증대시킬 수 있으며 박막전지의 강도를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용하는 태양광 보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용하는 보트는, 태양 빛을 흡수하여 전기에너지로 전환하는 태양전지(200)와 상기 태양전지(200)로부터 발생된 에너지를 저장하는 박막 전지(120); 및 상기 박막 전지(120)로 전하를 저장하고, 상기 박막 전지(120)로 전하를 저장할 수 있도록 태양전지(200)와 박막 전지(120)사이의 결합관계를 조절하는 제어부(2)를 포함할 수 있다.
이와 같은 제어부의 작동에 의하여 동력전달부(300)의 작동이 개시될 수 있다. 상기 동력전달부(300)는 BLDC 모터(M)와 상기 BLDC모터(M)에서 발생하는 회전력을 제어하는 감속기(RG)를 포함할 수 있다.
상기 감속기(RG)는 상기 물레방아 타입의 프로펠러(50)를 포함하는 태양광 보트를 구동시킬 수 있는 동력을 전달할 수 있다.
태양광발전은 빛 에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있는 발전방식으로, 친환경적인 미래에너지원으로 주목 받고 있다. 이러한 태양광발전은 반도체의 성질을 이용하여 전기를 생산하는 데, 구체적으로 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양광 발전장치(본원발명에서는 태양전지(200)가 이에 해당한다.)에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 전자(electron) 및 정공(hole)이 발생하고 이때 PN접합에 의하여 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하여 전위가 발생하게 된다.
이러한 태양광발전을 위해서는 태양전지(200)를 이용할 수 있는 데, 위와 같은 성질을 나타내는 태양전지(200)로는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 여기서 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체 층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다
도 3에 도시한 바와 같이 CIGS광흡수층을 이용한 태양전지의 개발을 통해 효율 향상을 도모하고 있다.
태양전지(200)에서 광전환효율을 높이기 위해서는, 광흡수층(350)에 흡수되는 태양광의 비율을 높여야 한다. 박막형 태양전지의 경우, 기판형 태양전지에 대비하여 박막의 광흡수층(350)을 사용함에 따라 제조단가를 낮출 수 있으나, 광 흡수율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이와 같은 광흡수율 저하를 막기 위한 방법으로, 태양전지(200)는 금속나노구조층(510)에 표면 요철을 부여하는 방법이 있다.
이렇게 표면 요철구조가 형성된 상태에서 태양광이 입사하면, 요철과 부딪혀 태양광의 산란이 발생되어 광흡수층(350)에서 흡수되는 태양광의 비율을 높일 수 있게 된다. 즉 산란되어 확산되는 빛에 의해 광흡수층(350) 내에서의 광경로가 길어지게 되고, 광흡수층(350)을 박막으로 만들더라도 광흡수층(350)에 흡수될 확률이 높아지게 되어 태양전지(200)의 광 효율을 높이는 것이 가능하다.
이렇게 표면 요철구조가 형성된 상태에서 태양광이 입사하면, 요철과 부딪혀 태양광의 산란이 발생되어 광흡수층(350)에서 흡수되는 태양광의 비율을 높일 수 있게 된다. 즉 산란되어 확산되는 빛에 의해 광흡수층(350) 내에서의 광경로가 길어지게 되고, 광흡수층(350)을 박막으로 만들더라도 광흡수층(350)에 흡수될 확률이 높아지게 되어 태양전지(200)의 광 효율을 높이는 것이 가능하다.
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특히 요즘 이슈가 되고 있는 에너지 제로 주택을 구현하려면, 상기와 같은 태양전지(200)의 광용량을 키우는 방법이 있다.
하지만 한없이 태양광 모듈을 설치할 수가 없고, 겨울철 난방이 에너지 제;로 주택의 달성 저해 요인이 된다. 또한 석회 에너지로 난방을 할 수도 없다. 지열 난방은 현재 초기 투입비용도 많이 들고 주 난방을 해결할 수 있는 것이 아닌 열량 보조 역할만을 하고 있을 뿐이다. 이러한 이유로 투자비용의 회수에 약 10년이 걸리는 문제점이 있다. 또한 보조 열량 역할이므로 에너지 제로 주택과는 거리가 있다.
또한 유사한 이야기로, 매년 선박으로부터 배출되는 온실 가스 양이 약 6~8억톤 정도로 전 세계 온실가스 배출량의 약 5% 정도를 차지한다고 알려져 있으며, 이는 항공기의 약 2.5배 수준으로, 머지않아 선박에 대한 온실가스 규제가 본격화될 것으로 전망되므로 세계 조선 산업 1위국인 우리나라에서도 온실 가스 감축을 위한 필요성이 점차 대두되고 있다. 최근 해양 레저에 대한 국민적 관심이 증가하면서 레저보트 관련 기술개발과 건조량이 꾸준히 증가하고 있어 그 대부분의 보트들은 화석연료를 이용하는 엔진을 사용하는 관계로 연안에서 수질 오염뿐만 아니라, 소음으로 인한 2차적인 피해를 유발하기도 한다고 알려져 있다.
최근 태양광을 이용한 친환경 레저보트가 개발되고 있으며, 보다 성능이 향상된 레저보트가 요구되고 있다. 이에 태양광 보트의 성능을 향상시키기 위해 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 최근 고객의 요구사항 중에 기존의 프로펠러를 사용하지 못하는 수초지대 및 그물 어망 등 로프가 있어 프로펠러 사용이 불가능하거나 어려운 수역을 운항하기 위한 물레방아 타입의 추진시스템을 갖춘 태양광 보트에 대한 요구가 점차 증가하고 있다고 할 수 있다.
상기 태양전지(200)의 금속나노구조층(510)은 광산란을 높이기 위한 구성요소로 플라스모닉스를 이용할 수 있다.
플라즈모닉스(plasmonics)는 금속과 유전체의 경계면에서, 빛과 플라즈마가 결합한 형태로, 웨이브 형태로 흐르는 물리적 현상인 표면플라즈몬 파에 관한 것이다. 이와 같이 입사되는 태양광의 광경로를 길게 하면, 태양전지(200)의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 역할을 할 수 있는 태양전지(200)는 기판(150)과, 상기 기판(150) 위에 형성되는 후면전극층(250)과, 상기 후면전극층(250) 상에 형성되는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 포함하는 광흡수층(350)과, 상기 광흡수층(350) 위에 형성되는 CdS, CdZnS, ZnS, ZnOS, Zn(OH,S), ZnSe, ZnInS, ZnMgO, Zn(Se, OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OOH, S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 버퍼층(400)과, 상기 버퍼층(400) 위에 형성되는 투명전극층(500)과, 상기 투명전극층(500)의 위에 상에 형성되는 광산란용 금속나노구조층(510)으로 구성된다.
이 때 상기 금속나노구조층(510)은 다수 형성되는 요철은 물론, 플라즈모닉스 현상(plasmonics) 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위하여 0.1-45nm로 얇게 형성된다.
아울러 상기 금속나노구조층(510)의 재질은 금, 은, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 주석, 철, 니켈, 구리 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물 들 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속입자, 양자점, 콜로이드, 나노로드, 나노디스크, 나노스타, 나노메쉬, 나노홀, 나노 구조체 또는 막을 포함하는 3차원 나노 구조체들로 구성된다.
그리고 상기 투명전극층(500)은 산화아연(ZnO), 산화갈륨(GaO), 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화철 중 선택된 하나 이상의 재질인 유전체로 구성되는 박막을 포함할 수 있다.
이 때 상기 금속나노구조층(510)은 다수 형성되는 요철은 물론, 플라즈모닉스 현상(plasmonics) 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위하여 0.1-45nm로 얇게 형성된다.
아울러 상기 금속나노구조층(510)의 재질은 금, 은, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 주석, 철, 니켈, 구리 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물 들 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속입자, 양자점, 콜로이드, 나노로드, 나노디스크, 나노스타, 나노메쉬, 나노홀, 나노 구조체 또는 막을 포함하는 3차원 나노 구조체들로 구성된다.
그리고 상기 투명전극층(500)은 산화아연(ZnO), 산화갈륨(GaO), 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화철 중 선택된 하나 이상의 재질인 유전체로 구성되는 박막을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광산란용 금속나노층을 통하여 빛이 반사되는 것을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 광산란용 금속 나노구조층은 빛의 산란 및 이에 따른 상술한 플라즈모닉스 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위한 구성일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광보트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 태양광 보트(700)는 쌍동선(catamaran)의 형태일 수 있다. 일반적인 배는 하나의 선체(Mono hull)로 이루어져 있지만, 다수의 선체(multi-hull)로 상부구조물을 지지하는 선박을 말한다. 배수형 선박의 일종으로 배수량을 비교적 가는 두 개의 선체가 부담하도록 하고, 그 두 선체(410, 420)를 갑판 또는 그 밖의 구조물로 연결한 형태의 선박을 말한다. 이와 같은 쌍동선은 좋은 복원성(stability)를 가지고 있다.
이와 같은 쌍동선의 중앙부위에는 보조 물레방아 타입의 프로펠러(50A)를 포함할 수 있다. 여기에 더하여 선미에는 충격흡수체(70)를 통하여 고정된 형태일 수 있다. 상기 충격흡수체(70)로는 충격 흡수 성능이 우수한 스프링(spring) 등을 사용할 수 있다.
또한 도시된 바와 같이, 물레방아 타입의 프로펠러(50)는 양측에 쌍으로 형성될 수 있다. 이와 같은 물레방아 타입의 프로펠러(50)는 중심축(60)에 의하여 지탱되는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러의 형상을 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면 본 발명의 물레방아 타입의 프로펠러(50)는 회전판(52)과 상기 회전판(52)의 양측부에 장착된 날개(54)를 포함할 수 있다.
상기 회전판(52)은 중심축(60)의 회전에 따라 회전하되, 깔대기 형상의 프로펠러(50)이기 때문에 회전속도에 대한 제어에 따라 움직임을 자유롭게 제어하는 특징을 가질 수 있다.
즉 도 6에 도시된 바와 같은 물레방아 타입의 프로펠러(50)가 쌍동선의 선미부의 양측에 장착되어 있어서 각각 회전판(52)의 제어속도를 제어하는 방법으로 전진 후진 또는 좌회전 우회전하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 보트(700)는 자유수면 유계 해석을 위한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 유동해석을 적용한 것일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFD를 활용한 자유수면 파계 및 선체 압력분포를 해석한 것을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 자유수면에 산정되는 파형에 대한 해석을 통해 조파 저항의 산정이 가능하고, 점성 압력저항 추정을 통한 선형 최적화 과정을 수행한 것일 수 있다.
이와 같은 CFD는 조파 특성, 선체 표면 압력 분포, 선체 주위 유동장, 선체 표면의 스트림 라인 및 반류 분포 등 실제 선형설계에 활발하고 활용되고 있는 기술중의 한 가지이다.
또한 본원 발명은 태양전지(200)를 이용하면서 이에 대한 소비 전력의 분석이 가능할 수 있다. 이와 같은 물레방아 타입의 프로펠러를 장착한 태양광 보트(700)는, 기존의 프로펠러가 사용하지 못하는 수초 지대 및 그물 어망 등 로프가 있어 프로펠러의 활용이 불가능하거나 어려운 양식장 인근 등에서 많이 활용될 수 있다.
이에 따라 준비된 것이 두 개의 BLDC모터(M)를 활용한 소비전력 모니터링 시스템이라고 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트(700)에 따르면, 소음 저감은 물론, 수중의 이물로부터 프로펠러 등이 파손되는 것을 방지할 수 있고, 프로펠러의 엉킴 현상을 제거하던 도중 발생하던 인명사고를 원천적으로 방지할 수 있는 특징이 있다.
또한 Labview를 이용한 임베디드 시스템 디자인을 적용할 수 있다.
Labview는 NI(National Instruments)사에서 개발한 강력하고 유연한 계측 및 자동화 소프트웨어 개발 어플리케이션이다. Labview는 텍스트 기반의 프로그래밍 언어인 포트란이나 C언어와는 달리 그래피칼한 프로그래밍 언어이다. 블록다이어그램이라고 불리우는 흐름도와 유사한 가상기계 프로그램을 생성하고, 아이콘으로 만들어진 그래픽 기호를 사용하여 하나의 컴포넌트를 형성할 수 있다.
이를 통해 데이터를 시각화해서 바로 볼 수 있도록 구성되어 있다.
이때 유선 또는 무선 인터페이스를 활용하여 모니터링을 할 수 있도록 개발하여, 실시간 소비전력을 계절별 또는 월별로 관리가 가능하도록 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 배면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 태양광 보트(700)는 쌍동선 형태로 두 개의 선체(410, 420)을 포함할 수 있다.
상기 태양광 보트(700)의 배면에는 두 개의 선체(410, 420) 사이에 물레방아 타입의 프로펠러(50)가 배치되어 있어서, 두 개의 물레방아 타입의 프로펠러(50)의 속도를 조절하는 방법 등을 통해 상기 태양광 보트(700)를 전진시키거나 후진시키거나 좌회전 또는 우회전하도록 하는 것이 가능할 수 있다.
즉 도 8에 도시된 바와 같이, 물레방아 타입의 프로펠러(50)는 중심축(60) 상에 결합되어 있고, BLDC 모터(M)와 회전축이 결합되어 있는 상태이어서, 상기 물레방아 타입의 프로펠러(50)의 회전속도 조절을 통해 상기 태양광 보트(700)의 전진, 후진, 좌회전 또는 우회전을 유도할 수 있다.
즉 상기 두 개의 물레방아 타입의 프로펠러(50)에 대한 회전을 정방향으로 하여 고속 회전시키면, 이러한 속력의 영향으로 상기 태양광 보트(700)는 앞 쪽으로 전진할 수 있다.
그리고 우측 물레방아 타입의 프로펠러(50)를 상대적으로 좌측 물레방아 타입의 프로펠러(50)보다 고속으로 회전시키면 상기 태양광 보트(700)는 좌측으로 선회할 수 있다.
물론 파도의 높이나 상기 태양광 보트(700)의 주변 환경의 변화에 따라서 소규모로 영향을 받을 수 있지만, 두 개의 선체(410, 420)에 의해 보호되는 상황일 수 있기 때문에 이로 인한 영향력을 최소화할 수 있고, 이로 인한 소비 전력의 소모도 줄일 수 있도록 설계되어 있다고 할 수 있다.
하지만 이와 같은 상황이라고 하더라도 태양광 보트(700)의 속도를 최적화하기 위해서는 상기 BLDC모터(M)에 감속기(RG)를 부가하여 회전속도를 감속시키고, 토크력을 증가시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC모터(M)에 연결된 감속기어의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 보트를 이용한 태양광 보트는, BLDC모터(M)에 연결되는 감속기어를 포함할 수 있다.
상기 감속기어(RG)는 모터 샤프트(351)를 포함하는 BLDC 모터(M)와, 모터 커버(75), 상부하우징(320), 하부 하우징(345)를 포함할 수 있다.
모터 커버(75)는 BLDC 모터(M)의 일면을 감싸서 BLDC 모터(M)를 보호할 수 있다. 모터커버(75)는 BLDC 모터(M)의 형태 외형에 따라서 변형될 수 있다. 예를 들면 모터 커버(75)는 속이 비어 있는 원기둥의 형태로 구성될 수 있다.
이렇게 오픈된 부분을 통하여 BLDC 모터(M)가 삽입되며, 삽입방향은 모터샤프트(350)가 형성된 면의 반대면이 오픈된 부분에 삽입될 수 있다.
상부 하우징(320)은 상기 BLDC모터(M)를 상부에서 감싸는 형태로 상기 BLDC모터(M)와 감속기어(RG)를 포함하는 동력전달부(300)의 외부면을 구성할 수 있다. 상부 하우징(320)의 전체적인 형상은 타원형의 형태가 될 수 있다. 이는 본 발명의 동력 전달장치(300)가 종래의 동력전달부(300)와 달리 일측과 타측이 동층으로 구성된 기어를 포함하고 있기 때문이다.
상부 하우징(320) 일측에는 모터의 샤프트(351)가 관통할 수 있는 샤프트 홀이 형성될 수 있다. 상기 샤프트홀의 주위에는 BLDC 모터(M)를 지지할 수 있는 면이 형성될 수 있다. 상기 면을 통하여 BLDC모터(M)의 샤프트(351)가 관통할 경우, BLDC 모터(M)의 샤프트(351)가 형성된 면을 지지할 수 있다.
또한 상기 샤프트 홀과 면의 둘레에는 상부로 돌출되어 형성된 공간이 형성될 수 있다. 상기 공간은 BLDC 모터(M)가 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 공간에 BLDC모터(M)가 삽입되는 경우 모터샤프트(351)가 형성된 면에서부터 BLDC 모터(M)의 외면에 단차부까지 삽입될 수 있다. 따라서 모터커버(75)와 상부하우징(320)이 BLDC 모터(M)의 외면을 감싸는 형태가 될 수 있으며, 모터커버(75)와 상부 하우징(320)을 통하여 BLDC 모터(M)를 보호할 수 있다.
상부하우징(320)의 타측에는 아웃풋샤프트(364)가 관통할 수 있는 아웃풋샤프트 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 아웃풋샤프트(364)는 본원 발명에서 물레방아 형태의 프로펠러(50)를 지지하는 중심축(60)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 아웃풋샤프트(364)의 아웃풋샤프트 홀을 통하여 캐리어(365)에 형성된 아웃풋샤프트(364)가 하면에서 상면으로 상부하우징(320)을 관통할 수 있다.
상부하우징(320)의 일측 하면에는 제1링기어(310)가 형성될 수 있다. 상기 제1링기어(310)는 상부하우징(320)에 고정된 형태로 형성될 수 있다. 또한 제1링기어(310)는 컴파운드기어(340, 360)와 치합되어 상기 컴파운드기어(340, 360)가 자전 및 공전을 가능하도록 할 수 있다.
즉, 제1링기어(310)는 복수의 층으로 형성된 컴파운드기어(340, 360) 중에서 제1층의 유성기어(340)와 치합될 수 있다.
또한 상기 제1링기어(310)의 길이는 컴파운드기어의 제1층(340)와 길이가 유사하여, 제1단의 유성기어(340)와만 치합이 가능할 수 있다. 상부하우징(320)의 타측 하면에는 제3링기어(375)가 형성될 수 있다. 상기 제3링기어(375)는 캐리어(365)의 하면에 형성된 복수개의 유성기어(363)와 치합될 수 있다. 제1링기어(310)와 마찬가지로 고정되어 존재하며, 복수개의 유성기어(363)와 치합되어 복수개의 유성기어(363)가 자전 및 공전이 가능하도록 할 수 있다.
상기 제1링기어(310)의 폭은 제3링기어(375)보다 작을 수 있다. 다만 상기 폭은 고정되지 않고 유동적으로 변형이 가능하다.
하부하우징(345)은 상기 동력전달부(300)를 하면에서 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 하부하우징(345)의 일측에는 디스크형상의 부시(335)를 갖는다. 따라서 제2기어(240, 370)룰 지지할 수 있다.
하부 하우징(345)의 일측에는 제1기어(240, 370)가 형성되며, 후술할 베어링(245)과 결합할 수 있는 샤프트(미도시)가 형성될 수 있다. 샤프트는 베어링(245)의 하면을 관통할 수 있다. 따라서 제1기어(240, 370)가 자전 가능하게 지지할 수 있다.
하부하우징(345)는 상부하우징(320)과 결합을 통하여 동력전달부(300)를 보호할 수 있다. 하부하우징(345)은 상부하우징(320)과 유사한 형태로 상부하우징(320)에 삽입되어 고정될 수 있으며, 상부하우징(320)의 형태와 전체적으로 유사하다. 두 하우징의 형태는 타원형의 형태가 될 수 있으며, 일측과 타측의 형태가 대칭되는 형태가 될 수 있으며, 끝단은 라운드한 형태일 수 있다.
BLDC모터(M)는 동력을 전달하는 수단으로 일면에 BLDC의 모터샤프트(351)가 돌출되어 형성될 수 있다. BLDC모터(M)는 모터커버(75)와 상부하우징(320)의 윗면에 형성된 모터샤프트홀의 둘레면에 접촉되어 지지가 가능할 수 있다. BLDC 모터(M)의 상부 하우징(320)의 샤프트홀을 상부에서 하부로 관통할 수 있다.
BLDC 모터(M)의 둘레에는 돌출면이 형성될 수 있다. 상기 돌출면을 통하여 BLDC모터(M)가 상부하우징(320)에 삽입되는 부분과 모터커버(75)가 삽입되는 부분을 구분하는 수단이 될 수 있다. 다만 BLDC모터(M)의 돌출면은 유동적으로 변경될 수 있다. BLDC 모터(M)의 샤프트(351)의 일단은 BLDC모터(M)에 연결되며, 타단은 제1선기어(330)를 관통할 수 있다. 따라서, 제1선기어(330)는 중공의 홀을 가질 수 있다. 상기 홀에 BLDC모터(M)의 샤프트(351)이 관통할 수 있다.
즉 모터샤프트(351)가 회전하는 경우, 상기 제1선기어(330)도 회전할 수 있다. 따라서 BLDC모터(M)의 회전동력을 타기어에 전달할 수 있다.
제1선기어(330)의 전체적인 형태는 원통형으로 구성될 수 있다.
제1선기어(330)는 컴파운드 기어(340, 360)와 치합될 수 있다. 이 경우, 제1선기어(330)는 중앙에 위치하며, 컴파운드기어(340, 360)가 상기 제1선기어(330)를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 제1선기어(330)는 컴파운드기어(340, 360) 중 제1층의 유성기어(340)하고만 치합될 수 있다. 제1선기어(330)는 일면에서 제1기어(240, 370)의 베어링(245)과 접촉할 수 있다. 즉 제1선기어(330)의 길이는 제1링기어(310), 컴파운드 기어(340, 360) 중 제1단의 유성기어(340)와 유사할 수 있다.
제1선기어(330)는 모터샤프트(351)에 의해 회전을 한다. 상기 제1선기어(330)가 자전을 하며, 상기 자전을 통하여 제1선기어(330)의 치합된 제1층의 유성기어(340)도 회전을 한다. 상기 제1층의 유성기어(340)는 자전 및 공전을 한다. 컴파운드 기어(340, 350)는 복수 층을 이루어 형성된 유성기어로 구성될 수 있다. 예를 들면 2층으로 형성될 수 있다.
즉 제1층의 유성기어(340), 제2층의 유성기어(360)로 구성될 수 있다. 각층의 유성기어는 4개로 구성될 수 있다. 제1층의 유성기어(340)와 제2층의 유성기어(360)는 동축으로 형성될 수 있으며, 층을 갖고 종으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1단의 유성기어(340)가 상부에 존재하며, 제2단의 유성기어(360)는 하부에 존재하는 형태가 될 수 있다. 각각의 기어는 1층과 2층이 동축의 회전축을 갖도록 형성될 수 있다. 또한 제1층의 유성기어(340)와 제2층의 유성기어(360)의 외면에 존재하는 기어의 피치 및 개수 등은 상이할 수 있다. 제1층의 유성기어(340)는 제1선기어(330)를 외부에서 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉 제1층의 유성기어(340)는 내부에서 제1선기어(330)와 치합하고, 외부에서 제1링기어(310)와 치합할 수 있다.
제2층의 유성기어(360)는 제1층의 유성기어(340)의 하부에서 존재할 수 있다. 제2층의 유성기어(360)의 각 기어는 제1단의 유성기어(340)의 기어와 동축으로 형성될 수 있다. 또한 제1층의 유성기어(340)와 회전가능하도록 연결될 수 있다.
제2층의 유성기어(360)의 중심부에는 제1기어(240, 370)에서 돌출되어 형성된 베어링(245)이 존재하고 제2층의 유성기어(360)의 외부에는 제2링기어(370)와 치합될 수 있다. 즉 제2층의 유성기어(360)의 중심에는 베어링(245)이 존재하고 외부에는 제2링기어(370)가 둘러싸인 형태가 될 수 있다.
제2층의 유성기어(360)는 제1층의 유성기어(340)가 자전 및 공전하는 경우 베어링(245)을 중심으로 공전하게 되며, 외부에 치합된 제2링기어(370)를 통하여 자전 및 공전이 가능할 수 있다. 즉 제1층의 유성기어(340)가 자전 및 공전하는 경우 제2층의 유성기어(360)도 자전 및 공전이 가능하다.
제1 기어(240, 370)는 베어링(245), 제2링기어(370), 피니언기어(240)로 구성될 수 있다. 베어링(245)은 제1기어의 중앙에서 원통형의 형상으로 중앙에 홀을 가지며, 제1선기어(330)의 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 베어링(245)의 길이는 제2층의 유성기어(360), 제2링기어(370), 피니언기어(240)와 유사할 수 있다. 베어링(245)은 하부에서 하부하우징(345)의 일측에 형성된 샤프트가 결합될 수 있다. 따라서 베어링(245)은 하부 하우징(345)의 샤프트와 결합되어 제1기어(240, 370)가 회전가능하도록 지지해 주는 역할을 할 수 있다.
도 10은 베어링과 제1기어의 스플라인 결합을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 베어링(245)과 제1기어(240, 370)의 결합을 살펴보면, 베어링(245)은 하부에 직경이 큰 이(tooth)을 갖는 형태가 될 수 있다. 또한 제1기어(240, 370)의 중심에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 내주에는 스플라인 기어가 형성될 수 있다. 그리고 베어링(245)은 샤프트가 삽입되는 베어링부(247)로부터 반경방향으로 연장형성된 원형디스크 형상의 결합부를 가지며, 상기 결합부 외주면에는 상기 제1기어의 중심에 형성된 스플라인 기어와 치합되도록 스플라인기어가 형성될 수 있다. 따라서 베어링(245)와 제1기어(240, 370)의 중심부는 스플라인 결합이 가능할 수 있다.
제1기어(240, 370)의 내주면에는 원형의 형태로 제2링기어(370)가 형성될 수 있다 상기 제2링기어(370)는 제2층의 유성기어(360)과 치합될 수 잇다 상기 제2층의 유성기어(360)가 자전 및 공전을 하는 경우 제2링기어(370)는 회전가능하게 형성되어 자전이 가능하다.
피니언기어(240)는 제1기어(240, 370)의 외주면에 형성된다. 피니언기어(240)는 제2링기어(370)가 회전함에 따라 함께 회전한다. 즉 제2층의 유성기어(360)와 치합된 제2링기어(370)가 회전하는 경우, 피니언기어(240)도 같이 회전한다. 피니언기어(240)의 일면은 제2기어(325)의 기어와 치합이 가능하다. 따라서 피니언기어(240)가 자전하는 경우 치합된 제2기어(325)가 자전을 하게 된다. 베어링(245)는 하부 하우징(345)과 맞닿아 지지되는 형태가 될 수 있다. 이 경우 하부하우징(345) 일측에 형성된 샤프트가 상기 베어링(245)의 중심부에 하부방향에서 상부방향으로 삽입되는 형태가 되고, 하부하우징(345) 샤프트가 형성된 디스크 형상의 원형의 면에 베어링(245)의 하부와 맞닿는 형태가 될 수 있다. 따라서 베어링(245)은 샤프트가 구성된 면에 형성된 원형의 볼록한 디스크 형태의 면과 일부만 접촉할 수 있다. 따라서 제1기어(240, 370)는 베어링(245)에 삽입된 샤프트에 의하여 베어링(245)을 중심으로 자전이 가능하다. 또한 하부하우징(345)과 베어링(245)의 접촉면적이 최소화되어 회전이 가능하고, 안정적으로 지지갇 h리 수 있다.
제2기어(325)는 피니언기어(240)와 치합될 수 있다.
제2기어(325)는 피니언기어(240)와 동일평면에 존재할 수 있다. 따라서, 제1기어(240, 370)와 제2기어(325)가 존재하는 수평면은 동일할 수 있다.
제2기어(325)는 피니언기어(240)와 치합되어 자전한다.
제2선기어(355)는 제2기어(325)의 상면에 부착되어 형성될 수 있다. 제2선기어(355)는 제2기어(325)가 회전하는 경우 동축으로 회전이 가능하다. 즉 제2기어(325)가 자전하는 경우 상부에 부착되어 함께 자전할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2기어와 제2선기어가 스플라인결합되어 있는 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 제2선기어(325)와 제2선기어(355)는 스플라인 결합된다. 구체적으로 제2선기어(355)는 제2선기어부 아래로 연장형성된 스플라인 결합부(328)를 가지며, 제2선기어(355)의 상기 스플라인 결합부(328)가 제2기어(325)에 삽입되면서 스플라인 결합된다.
제2선기어(355)는 캐리어(365) 하면에 존재하는 다수의 유성기어(363)와 치합될 수 있다. 치합되는 형태는 제2선기어(355)가 중심부에 위치하고, 다수의 유성기어(363)가 제2선기어(355)를 둘러싸는 형태가 된다. 따라서 제2선기어(355)가 자전하는 경우, 치합된 다수의 유성기어(363)를 공전시킬 수 있다.
제2선기어(355)는 중앙에 홀이 형성될 수 있다. 상기 캐리어(365)의 하면에 형성된 캐리어샤프트(도면번호 미부여)가 관통할 수 있다. 상기 아웃풋샤프트(364)는 제2선기어(355), 부시(335)를 관통하며 제2선기어(355), 캐리어(365)가 캐리어샤프트를 동축으로 회전할 수 있도록 한다.
캐리어(365)는 복수의 유성기어(363), 캐리어샤프트, 아웃풋샤프트(364)로 구성될 수 있다. 복수의 유성기어(363)은 캐리어(365) 일측에 존재할 수 있다. 에를 들면 캐리어(365) 하면에 존재할 수 있다. 유성기어(363)는 제2선기어(355)와 치합될 수 있다. 또한 제2링기어(375)와 치합될 수 있다.
복수의 유성기어(363)는 제2선기어(355)와 내측에서 치합되며, 외측에서는 제3링기어(375)와 치합될 수 있다. 상기 제2선기어(355)가 자전하는 경우, 치합된 유성기어(363)가 자전 및 공전할 수 있다. 상기 회전을 통하여 캐리어(365)를 회전시키고, 상기 회전을 통하여 아웃풋샤프트(364)를 회전시킬 수 있다.
상기와 같이 기어가 결합되어 있는 경우 상기 BLDC 모터(M)에서 회전하는 회전속도에 비추어 1:1의 비에서 1:200의 비까지 감속시킬 수 있는 구성을 취할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 형태의 프로펠러(50)를 갖는 태양광 보트(700)의 운전방법에 대하여 논의한다.
기본적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 형태의 프로펠러(50)를 이용한 태양광 보트(700)의 운전방법에서는 천연자원인 태양에너지에 대한 충전과정이 필요할 수 있다. 일단 이후의 논의는 쌍동선에 대하여 적용하는 것에 한정하기로 한다.
태양전지를 이용해서 충전을 하기 위해서는 태양전지(200)가 구비되어 있는 박막전지패키지(100)를 형성하는 단계(s10)가 필요할 수 있다. 이와 같은 박막 전지 패키지(100)의 구성과 작동에 대한 상세는 전술한 바와 같다.
또한 이와 같이 박막전지(120)에 전하가 충전되는 과정을 거치고 나면 이를 움직일 수 있는 수단으로 BLDC모터(M)가 필요할 수 있다. BLDC모터(M)도 일반적인 DC모터와 동일한 원리에 의하여 작동하는 것이지만 일반적인 DC모터에서 사용되는 정류자를 포함하고 있지 않은 차이가 있다.
쌍동선의 경우에는 이와 같은 BLDC모터(M)가 쌍동선의 제1선체(410)과 제2선체(420)에 각각 갖추어져야 할 필요가 있다(s20).
이와 같이 BLDC모터(M)가 장착된 상황에서 감속기(RG: Reduction Gear)를 구비할 수 있다. 감속기(RG)는 BLDC 모터(M)에 연결되어 있는 물레방아 타입의 프로펠러에 전달되는 회전속도를 낮추는 대신 회전토크를 상승시키는 역할을 할 수 있다. 이와 같은 감속기어의 구성은 다양하게 변형이 가능하지만 본원 발명의 경우에는 컴파운드 기어를 결합시키는 방법을 사용하였음은 전술한 바와 같다(s30).
이와 같이, 동력전달부(300)가 구비된 상황에서 동력을 전달하기위한 충전작용이 이루어질 수 있다(s40).
이와 같은 박막전지(120)를 통해서 충전이 이루어지고 나면, 이를 BLDC모터(M)와 감속기(RG)를 구비하고 있는 동력전달부(300)로 동력을 전달할 수 있다(S50). 이와 같이 태양광 보트(700)의 후미에 장착되어 있는 물레방아 타입의 프로펠러에 전력을 공급하고 회전속도를 제어하여 상기 태양광 보트(700)의 움직임을 제어하는 것(s60)이 가능할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트의 좌측면도이다.
도 12를 참조하면 BLDC(M)로부터 전달되어 온 동력은 제1 풀리(90)를 통해서 벨트(95)를 통해서 연결되어 있는 제2 풀리(96)와 연결되어 회전동력을 전달할 수 있다.
이러한 제2 풀리(96)는 태양광 보트(700)의 선체 외부에 위치되면서 선체의 커버 케이싱(710)에 의해서 보호되는 형태일 수 있다.
상기 제2 풀리(96)의 중심부에는 회전중심축(94)이 배치되고 상기 회전중심축(94)의 외주면에는 도 12에 도시된 바와 같은 물레방아의 날개(water wheel)(58)가 8개 형성될 수 있다.
이와 같은 물레방아 형태의 날개(58)는 좌현과 우현에 각각 배치될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해서 좌현에 위치되어 있는 날개(58)를 고속으로 회전시키면 상기 태양광 보트가 좌측으로 선회하고, 우현에 위치되어 있는 날개(58)를 고속으로 회전시키면 우측으로 선회하도록 구성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 갖는 태양광보트의 배면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 회전중심축(94)의 일측에는 제2풀리(96)가 형성되고, 상기 회전중심축(94)과 물레방아 형태의 날개(58) 사이에는 제2 베어링(56)이 형성되어 있어서 상기 물레방아 타입의 날개(58)의 회전을 도울 수 있다.
이와 같은 구성을 통해서 본 발명의 일 실시예에 따른 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트(700)의 속도 제어 및 방향 전환 등의 기능을 원할히 수행할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
2: 제어부 50: 물레방아형태의 프로펠러
52: 회전판 54: 날개
56: 제2베어링 58: 물레방아 타입의 날개
60: 중심축
70: 충격흡수체 80: 고정체
90: 제1 풀리 94: 회전중심축
95: 벨트 96: 제2 풀리
120: 박막전지 110: 패키지 기판
100: 박막전지패키지 140: 패키지부
200: 태양전지 M: BLDC 모터
RG: 감속기 130: 회로부
350: 광흡수층 250: 후면전극층
400: 버퍼층 410: 제1선체
420: 제2선체 500: 투명전극층
351: 모터샤프트 320: 상부하우징
330: 제1선기어 340: 제1유성기어
360: 제2유성기어
510: 광산란용금속나노구조층 700: 태양광 보트
710: 태양광 보트의 커버 케이싱
52: 회전판 54: 날개
56: 제2베어링 58: 물레방아 타입의 날개
60: 중심축
70: 충격흡수체 80: 고정체
90: 제1 풀리 94: 회전중심축
95: 벨트 96: 제2 풀리
120: 박막전지 110: 패키지 기판
100: 박막전지패키지 140: 패키지부
200: 태양전지 M: BLDC 모터
RG: 감속기 130: 회로부
350: 광흡수층 250: 후면전극층
400: 버퍼층 410: 제1선체
420: 제2선체 500: 투명전극층
351: 모터샤프트 320: 상부하우징
330: 제1선기어 340: 제1유성기어
360: 제2유성기어
510: 광산란용금속나노구조층 700: 태양광 보트
710: 태양광 보트의 커버 케이싱
Claims (3)
- 박막전지 및 상기 박막전지의 충방전을 제어하는 회로부가 배치되는 패키지 기판과 상기 패키지 기판을 밀봉하는 패키지부를 포함하는 박막전지 패키지와, 태양전지를 포함하는 태양전지 결합형 박막전지 패키지;
상기 회로부에 전기적으로 연결되도록 상기 박막전지 패지키에 결합되며, 상기 태양전지로부터 직류전원을 공급받는 박막전지로부터 전원을 공급받는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터; 및
상기 BLDC 모터로부터의 속도를 감속시킬 수 있는 감속기와,
상기 감속기와 연결되어 회전하는 날개를 갖는 물레방아 타입의 프로펠러;로 이루어지되,
상기 감속기와 BLDC모터는 쌍동선의 양측에 장착되어 상기 쌍동선의 속도와 움직임의 방향을 제어하고,
상기 태양전지 결합형 박막전지 패키지의 태양전지는 기판과, 상기 기판 위에 형성되는 후면전극층과, 상기 후면전극층 상에 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 위에 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층 위에 형성되는 투명전극층과, 상기 투명전극층 위에 형성되며 상기 광흡수층의 광흡수율을 높일 수 있도록 표면에 다수의 요철이 형성된 광산란용 금속나노구조층으로 구성되고,
상기 금속나노구조층은 플라즈모닉스 현상(plasmonics) 현상을 이용하여 태양광을 포획하기 위하여 0.1-45nm로 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 물레방아 타입의 프로펠러를 이용한 태양광 보트. - 삭제
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