KR102079357B1 - 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치 - Google Patents

디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 실시예는 수면에 부유되는 부이(BUOY) 및 부이의 내측에 수용되어 외부에서 가해지는 파력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전부재를 포함하고, 발전부재는 파력에 의한 양방향의 회전력을 단방향 회전력으로 변환시키는 기어부와, 기어부에서 전달되는 회전력에 의해 회전되는 발전 회전축과, 직립된 양면에 양면에 돌출되는 복수개의 자석을 구비하여 발전 회전축에 의해 회전되는 복수개의 회전 디스크 및 직립된 양면에 노출되는 복수개의 코일 어셈블리를 구비하여 회전 디스크들 사이에 고정되는 복수개의 고정 디스크를 포함하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치를 제공할 수 있다.

Description

디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치{WAVE POWER GENERATOR HAVING DISK-SHAPED STATOR AND ROTOR}
본 발명은 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치에 관한 것이다.
파력 발전이란, 파랑(波浪)의 에너지를 이용한 발전으로 해양 신재생 에너지중 한 분야에 해당 된다.
파력 발전은 크게 가동 물체형 파력발전과, 진동수주형 파력발전과, 월파형 파력 발전으로 분류될 수 있다.
이중 가동 물체형 파력 발전은 수면의 움직임에 따라 반응하도록 고안된 기구를 사용하여 파랑에너지를 기구에 직접 전달하는 방식으로서, 예를 들면, 부표속에 장치한 진자의 움직임을 회전운동으로 바구고 기어를 통해서 발전기를 작동시킬 수 있다. 이 방식은 파고 40cm 부터 10W 정도의 전력이 얻어질 수 있다.
하지만, 가동 물체형 파력 발전은 파랑 에너지가 직접 기구에 작용하므로 외력을 견뎌야 한다는 점에서 구조적인 안전성에 취약한 문제점이 있다.
또한, 진동수주형 파력 발전은 워터 칼럼 내부로 유입된 파랑에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부 공기의 유동으로 변환하도록 유도관으로 유입시킨 뒤에 공기의 흐름을 형성하여 유도관내에 설치된 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이다.
또한, 월파형 파력 발전은 파랑의 진행방향 전면에 사면을 두고, 사면을 넘은 파랑을 저수하여 수차 터빈을 회전시켜 발전한다. 특히 저수 영역 내에 2차 변환장치가 파의 운동을 감당하지 않아 파랑 충격에 대한 위험이 적으며 상대적으로 발생전력의 변동성이 작아 제어가 용이한 장점이 있다.
하지만, 진동 수주형 파력 발전 및 월파형 파력 발전은 대형 구조물의 설치가 필수적임에 따라 시공시에 주변 환경을 훼손시킬 수 있고, 운영시에도 조류의 변화등 주변 환경에 영향을 받는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 위와 같은 대형 발전장치를 보다 소형화하고, 저가로 설치 및 제작하기 위하여 수면 위에 부유하는 부이에 파도에 따른 진자 운동을 구비한 파력 발전 장치를 제안하였다.
하지만, 종래의 부이형 파력 발전기는 파력 에너지를 회전자의 운동에너지로 변환시에 회전자의 회전수가 낮기에 전기 에너지의 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 최근 관련 업계에서는 소형화되고, 경제성을 갖춘 파력 발전 장치에 외에 발전 효율에 대한 니즈(NEED)가 추가된 실정이다.
한국 등록 특허공보 제10-1777519호(2017.08.05)
그러므로 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파력에 의해 변환된 운동에너지에 따른 회전자의 회전수를 향상시킬 수 있어 전기에너지의 생산성을 향상시킬 수 있는 파력 발전 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 수면에 부유되는 부이(BUOY) 및 부이의 내측에 수용되어 외부에서 가해지는 파력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전부재를 포함하고, 발전부재는 파력에 의한 양방향의 회전력을 단방향 회전력으로 변환시키는 기어부와, 기어부에서 전달되는 회전력에 의해 회전되는 발전 회전축과, 직립된 양면에 양면에 돌출되는 복수개의 자석을 구비하여 발전 회전축에 의해 회전되는 복수개의 회전 디스크 및 직립된 양면에 노출되는 복수개의 코일 어셈블리를 구비하여 회전 디스크들 사이에 고정되는 복수개의 고정 디스크를 포함하고, 고정 디스크는 양측의 회전 디스크들이 상호 연결되도록 중심부가 개구되고, 테두리가 일방향으로 연장되어 회전 디스크가 회전가능하게 수용되는 공간을 형성하는 직립부와, 직립부에서 복 수개가 관통 형성되어 코일 어셈블리가 고정되는 고정홀 및 고정홀로부터 내향된 홈으로 형성되어 코일 어셈블리에서 인출되는 전원선을 안내하는 안내부를 포함하고, 회전 디스크는 직립된 판재로서 복수개의 자석들이 고정되어 직립부(231)와 이격되도록 설치되는 회전부와, 회전부의 양면중 적어도 하나에서 중심측으로 상향 경사면을 갖도록 돌출되는 단차 돌출부에서 전방으로 돌출된 단부가 고정 디스크의 개구와 접촉되지 않도록 삽입되어 타 회전 디스크에 연결되어 회전부와 직립부 사이를 이격시키는 삽입단 및 삽입단에서 관통되어 발전 회전축이 연통 삽입되는 체결구를 포함하고, 복수개의 회전 디스크들은 체결구를 연통하는 발전 회전축의 회전에 연동하여 회전되는 것을 특징으로 하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치를 제공할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 파도 및/또는 바람의 방향과 세기에 상관없이 진자 운동에 의해 발전을 진행할 수 있어 장기간 동안 연속적인 발전이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 파력 에너지에 의한 운동에너지를 이용하여 회전되는 한 쌍의 회전자 사이에 고정자가 설치되는 셀로서 구성함에 따라 발전량의 증대를 위한 셀의 추가가 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 파력 에너지에 의한 운동 에너지로서 회전되는 회전자 사이에 설치되는 고정자의 코일을 비 전도성 재질로 고정 시킴에 따라 회전자와 고정자간의 자력에 의한 회전수 감소요인을 제거함에 따라 발전 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트형 부이를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 파력 발전 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 발전부재를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에서 발전부를 도시한 사시도이다.
도 6은 기어부의 정면도이다.
도 6은 기어부의 배면도이다.
도 7은 발전부를 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 고정 디스크와 회전 디스크를 도시한 사시도이다.
도 9는 고정 디스크의 분해 사시도이다.
도 10과 도 11은 고정 디스크의 안내부 확대 도면이다.
도 12는 고정 디스크와 회전 디스크의 결합관계를 도시한 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에부터는 본 발명에 따른 디스크 형상으로 이루어진 회전자와 고정자를 구비한 파력 발전 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 부이(BUOY)를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치는 수면에 부유하는 외부 하우징(10)과 내부 하우징(20)으로 이루어진 부이(BUOY)와, 부이(BUOY)의 내측에 수용되어 파력을 전기 에너지로 변환시키는 발전부재(30)를 포함한다.
외부 하우징(10)은 직립되어 수면 위로 돌출되는 제1 외부 캡(11)과, 제1 외부 캡(11)의 하측에 체결되는 제2 외부 캡(12)과, 제2 외부 캡(12)의 외면에 고정된 부유체(13)를 포함한다.
제1 외부 캡(11)과 제2 외부 캡(12)은 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 상호 분리형으로 제작된 후 접착제에 의한 결합 또는 나사나 용접과 같은 기계적 또는 화학적 방식에 의해 상호 체결될 수 있다.
부유체(13)는 제2 외부 캡(12)의 외면에 고정되어 부이(BUOY)의 중심을 잡아줄 수 있는 중량물로 형성될 수 있다.
이를 위하여 부유체(13)는 제2 외부 캡(12)의 외면에 끼움될 수 있도록 중심부가 중공 형성된 도넛형으로 제작될 수 있다. 부유체(13)는 주변 환경의 영향(예를 들면, 파도 및/또는 바람)에 상관 없이 외부 하우징(10)이 항상 직립된 형상을 유지하여 수면에 부유할 수 있도록 중량물로 이루어질 수 있다.
따라서 제2 외부 캡(12)은 부유체(13)가 결합될 수 있도록 외면에서 단차 형성되어 중력체가 끼움 또는 고정될 수 있는 끼움단(12a)을 더 포함할 수 있다. 부유체(13)는 제2 외부 캡(12)의 끼움단(12a)에 끼움되어 접착 및/또는 고정되어 외부하우징을 수면에서 직립되도록 부력을 발생시킨다.
내부 하우징(20)은 상하로 분리 및 결합되는 제1 내부 캡(21)과, 제2 내부 캡(22)으로 분할 형성된 조립체로서 내측에 발전부재(30)를 수용한다. 여기서 내부 하우징(20)은 방수 가능한 재질로 형성되어 발전부재(30)를 수용한다.
발전부재(30)는 파력 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하며, 구체적인 설명은 도 3 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
도 3은 발전부재를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 발전부재(30)는 파력 에너지에 의해 진자 운동을 회전에너지로 변환시키는 기어부(300)와, 기어부(300)에서 전달된 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전부(200)와, 기어부(300) 및 발전부(200)를 수용하는 발전 하우징(100)을 포함할 수 있다.
또한, 발전부재(30)는 배터리(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 배터리(도시되지 않음)는 발전부(200)로부터 생산된 전기에너지로 충전되고, 부하(예를 들면, 조명램프, 송신장치)로 전원을 공급할 수 있다. 이와 같은 배터리(도시되지 않음) 및 그외 부하들은 일반적으로 공지된 구성을 적용할 수 있어 그 설명을 생략한다.
발전 하우징(100)은 상호 이격된 한 쌍의 측판(110)과, 측판(110)들 사이에서 바닥면을 이루는 바닥판(120)과 측판(110)들 사이를 연결하는 복수개의 결합바(130)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 측판(110)은 직립된 상태로 상호 이격되어 바닥판(120)에 고정된다. 여기서 측판(110)들은 하측(또는/ 상하측과 양측단 중 하나 이상)에서 수평으로 절곡된 절곡단(111)과, 기어부(300)의 축들과 발전부(200)에서 인출된 전선들이 연통될 수 있도록 복수개의 관통홀(도면번호 부여되지 않음)들이 형성될 수 있다.
절곡단(111)은 수평으로 절곡되어 타 구성들과 접착면을 형성한다. 예를 들면, 하측의 절곡단(111)은 바닥판(120)과 밀착되는 면적을 형성하고, 나사와 같은 고정치구가 바닥판(120)에 연통 삽입될 수 있도록 복수개의 관통홀이 형성된다. 또한 양측의 절곡단(111)은 수평으로 연장되는 결합바(130)가 연결된다.
결합바(130)는 수평으로 연장되는 복수개로서 양측 측판(110)들 사이를 연결한다. 즉, 결합바(130)는 양쪽 끝단이 서로 다른 측판(110)의 절곡단(111)에 체결되어 양측 측판(110)들을 결합시킨다.
바닥판(120)은 평면을 이루어 내부 하우징(20)의 제2 내부 캡(22)의 바닥면에 고정되고, 상면 양측에서 측판(110)들이 체결된다.
기어부(300)는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에서 발전부를 도시한 사시도, 도 5는 기어부의 정면도, 도 6은 기어부의 배면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 기어부(300)는 한 쌍의 고정추(330)와, 고정추(330)에 의한 진자 운동을 양방향 운동 에너지로 변환하여 전달하는 운동변환수단(310)과, 운동변환수단(310)의 양방향 운동 에너지를 일 방향 운동 에너지로 변환하여 발전부(200)에 전달하는 웨이브 액츄에이터(320)를 포함한다.
운동변환수단(310)은 양측 끝단이 고정추(330)에 연결되는 회전축(311)과, 회전축(311)의 중심부에서 진자 운동을 회전운동으로 변환시켜 전달하는 회전기어(312)를 포함한다.
회전축(311)은 양측 끝단이 측판(110)이 외면으로 각각 인출되어 고정추(330)에 연결된다. 여기서 고정추(330)는 회전기어(312)의 회전축(311)의 양 끝단에 각각 연결되어 고정되고, 파력에 의해 회전축(311)이 회전되면서 회전기어(312)에 회전 운동 에너지를 전달한다.
즉, 고정추(330)는 고정된 상태이며, 파력에 의한 진동 및 흔들림이 가해지면 회전축(311)이 회전된다.
회전기어(312)는 하측의 웨이브 액츄에이터(320)로 양방향의 회전력을 전달한다. 즉, 회전기어(312)는 회전축(311)이 파력에 의해 전후 방향으로 회전되면 이에 연동되어 웨이브 액츄에이터(320)로 양방향의 회전력을 전달한다.
웨이브 액츄에이터(320)는 회전기어(312)로부터 회전력을 전달받아 양방향으로 회전되는 제1축(321)과, 제1축(321)으로부터 양방향의 회전력을 전달받는 제2축(322)과, 제1축(321)으로부터 일 방향의 회전력을 전달받는 제3축(323)과, 제2축(322)으로부터 일 방향의 회전력을 전달받아 회전되는 제4축(324)과, 제3축(323)과 제4축(324)으로 부터 각각 일 방향의 회전력을 전달받는 제5축(325)과, 제5축(325)의 회전력을 전달받는 제6축(326)과, 제6축(326)의 회전력을 전달받는 제7축(327)과, 제7축(327)의 회전력을 전달받아 발전부(200)에 전달하는 전달기어(328)를 포함한다.
제1축(321)은 양측 끝단이 측판(110)에 각각 회전 가능하도록 고정되어 회전기어(312)에 맞물리는 제1기어치(321a)와, 제2축(322)과 제3축(323)에 맞물리는 제2기어치(321b)를 포함한다.
제1기어치(321a)는 회전기어(312)의 기어치(312a)와 맞물려서 양 방향의 회전력을 전달받는다.
제2기어치(321b)는 제2축(322)과 제3축(323)에 양 방향의 회전력을 전달한다.
즉, 제1축(321)은 운동변환수단(310)의 양방향 회전력을 전달받아 이를 제2축(322)과 제3축(323)으로 각각 전달한다.
제2축(322)은 양측 끝단이 측판(110)에 각각 회전가능하도록 고정되어 제1축(321)의 제2기어치(321b)와 하측의 제4축(324)에 맞물려 회전되는 제3기어치(322a)를 구비한다. 따라서 제2축(322)은 제1축(321)으로부터 양방향 회전력을 전달받아 제4축(324)으로 전달한다. 이때, 제2축(322)은 제1축(321)과 반대 방향으로 회전된다. 즉, 제1축(321)이 일 방향으로 회전되면, 제2축(322)은 반대 방향으로 회전되고, 제1축(321)이 반대 방향으로 회전되면 제2축(322)은 일 방향으로 회전된다.
제3축(323)은 제1축(321)으로부터 양방향 회전력을 일 방향 회전력으로 변환시키는 제1베어링(323a)과, 제5축(325)으로 일 방향 회전력을 전달하는 제4기어치(323b)를 포함한다.
제1베어링(323a)은 제1축(321)의 제1기어치(321a)에 맞물리도록 기어치가 형성되되, 일 방향의 회전력에만 회전되고, 반대 방향의 회전력의 경우 헛돌아서 일 방향의 회전력만을 전달한다.
제4기어치(323b)는 제1베어링(323a)에 의해 전달된 일 방향의 회전력을 제5축(325)으로 전달한다.
즉, 제3축(323)은 제1축(321)으로부터 전달되는 양방향의 회전력 중 일 방향의 회전력만을 전달한다.
제4축(324)은 제2축(322)의 제3기어치(322a)에 맞물리는 제2베어링(324a)과, 제5축(325)에 맞물리는 제5기어치(324b)를 포함한다.
제2베어링(324a)은 제2축(322)으로부터 전달되는 양방향 회전력중 일 방향의 회전력이 전달될 시에 그 힘을 제5축(325)으로 전달하고, 반대 방향의 회전력이 전달되면 헛돌게 된다.
제5축(325)은 제3축(323)의 제4기어치(323b)와, 제4축(324)의 제5기어치(324b)에 동시에 맞물리는 제6기어치(325a)와, 제6축(326)에 맞물리는 제7기어치(325b)를 포함한다.
여기서 제3축(323)과 제4축(324)은 상호 교번적으로 제5축(325)에 일 방향 회전력을 전달한다. 따라서 제5축(325)은 연속적으로 회전되어 제6축(326)으로 일 방향 회전력을 전달한다.
제6축(326)은 제5축(325)과 제7축(327) 사이에서 연속적으로 전달되는 일 방향 회전력을 전달한다.
제7축(327)은 제6축(326)과 전달기어(328) 사이에서 회전력을 가속화시킬 수 있는 이중 베어링 구조의 제3베어링(327a)과, 전달기어(328)에 맞물리는 제8기어치(327b)로 이루어진다. 즉, 제7축(327)은 제6축(326)으로부터 전달되는 회전력을 가속시키는 역할을 수행할 수 있다.
전달기어(328)는 발전부(200)의 발전 회전축(250)에 설치되어 회전력을 전달한다. 여기서 전달기어(328)는 외면에 기어치가 형성된 이중 베어링으로 이루어짐이 바람직하다. 이중 베어링 구조는 예를 들면, 내륜과 외륜이 구비되어 그 사이에 볼 또는 오일이 충진되어 내륜과 외륜의 회전반경 차에 따라 회전수를 증가시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서 웨이브 액츄에이터(320)는 양방향의 운동 에너지를 단방향으로 변환시키되, 일 방향의 회전력을 그대로 전달하고, 반대 방향의 힘을 일 방향으로 변환시켜 상호 교번적으로 전달함에 따라 발전부(200)의 회전자가 연속적으로 구동될 수 있다.
발전부(200)는 고정자와 회전자가 디스크 형상으로 이루어진 셀로 이루어짐에 따라 발전 용량 증감이 매우 용이한 것을 특징으로 한다. 발전부(200)는 도 7 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
도 7은 발전부를 도시한 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 발전부(200)는 상호 교번적으로 적층되는 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240), 고정 디스크와 회전 디스크들의 조립체를 수용하는 보호 커버(220)와, 회전 디스크(240)들을 회전시키는 발전 회전축(250)과, 전면과 후면에서 고정 디스크와 회전 디스크들의 조립체와 보호 커버(220)를 고정시키는 전면 커버(210)와 후면 커버(210')를 포함한다.
전면 커버(210)와 후면 커버(210')는 상호 이격되어 그 사이에 교번적으로 적재되는 회전 디스크(240)와 고정 디스크(230)를 고정 시킨다. 더욱 상세하게는 전면 커버(210)와 후면 커버(210')는 바닥판(120)에 직립되는 커버판(211, 211')과, 배면에서 돌출되어 보호 커버(220) 및 고정 디스크(230)를 가압하여 고정시키는 돌출단(212, 212')과, 커버판(211, 211')의 중심부에서 관통 형성되어 회전구(213, 213')를 포함한다.
커버판(211, 211')은 직립된 판재로서 하단에서 절곡되어 바닥판(120)에 밀착되는 커버 절곡단(211a, 211a')을 포함한다. 여기서 커버 절곡단(211a, 211a')은 바닥판(120)의 상면에 밀착되어 나사와 같은 고정 치구등이 연통 삽입되어 고정된다.
돌출단(212, 212')은 커버판(211, 211')의 배면에서 돌출되어 그 내측에 최외측에 위치된 고정 디스크(230)를 지지하고,외면에서 보호 커버(220)의 양측 끝단의 내면이 끼움된다.
보호 커버(220)는 내측이 중공되고, 전 후면이 개방된 관 형상으로 양측 끝단이 전면 커버(210)와 후면 커버(210')의 돌출단(212, 212') 외면으로 각각 끼움되어 고정된다. 바람직하게로는 보호 커버(220)는 양측 끝단 중 어느 하나, 또는 모두에 전원선이 인출될 수 있도록 인출홈(221)이 형성될 수 있다.
발전 회전축(250)은 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)의 조립체를 연통하여 한쪽 끝단이 전면 커버(210) 또는 후면 커버(210')의 회전구(213, 213')를 기어부(300)의 전달기어(328)에 연결된다. 여기서 발전 회전축(250)은 고정 디스크(230)를 연통하여 회전 디스크(240)를 회전시킬 수 있도록 연결된다.
회전 디스크(240)는 하나의 고정 디스크(230)를 사이에 두고 한 쌍이 형성되는 것으로서, 예를 들면, 고정 디스크(230)가 총 3개(230, 230', 230'')라면, 회전 디스크(240)는 고정 디스크(230)를 중심으로 한 쌍이 설치됨에 따라 총 4개(240, 240', 240'', 240''')가 설치될 수 있다.
여기서 고정 디스크(230)는 고정자이며, 회전 디스크(240)는 회전자의 역할을 수행한다. 즉, 본 발명은 고정자와 회전자의 구성을 직립된 판으로 이루어진 디스크 타입으로 구성하는 것을 특징으로 한다. 이는 도 8과 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)를 도시한 사시도, 도 9는 고정 디스크(230)를 도시한 분해 사시도, 도 10은 고정 디스크(230)의 제1안내홈(233a)을 확대 도시한 도면, 도 11은 고정 디스크(230)의 전면을 도시한 사시도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)는 복수개로서 상호 교번적으로 적재되되, 양측의 최외각측에는 회전 디스크(240)가 위치된다.
즉, 한 쌍의 회전 디스크(240, 240')가 하나의 고정 디스크(230) 사이에서 회전된다.
이를 위하여 고정 디스크(230)는 중심부에 개구가 형성되는 직립부(231)와, 고정판에서 개구를 중심으로 복수개가 상호 이격되어 관통 형성되는 고정홀(232)과, 고정홀(232)에 고정되는 코일 어셈블리(236)와, 코일 어셈블리(236)에서 인출된 전원선을 안내하는 안내부(233)와, 타 고정 디스크(230)와 체결되는 체결돌기(235) 및 체결홈(234)을 포함할 수 있다.
직립부(231)는 외측 테두리에서 수평 연장되는 이중 벽(231a, 231b)과, 직립부(231)의 전면에서 하향된 단차 형성된 연결단(231c)을 포함한다.
직립부(231)는 직립된 판재로서 중심부가 개구 형성되고, 외측 테두리에서 일 방향으로 연장되는 이중 벽(231a, 231b)에 의하여 회전 디스크(240)가 회전 및 수용되는 공간을 형성한다.
여기서 이중 벽(231a, 231b)은 직립부(231)의 외측 테두리를 따라 배면 측 방향으로 연장되어 상술한 바와 같이 내측에 회전 디스크(240)가 수용 및 회전 가능한 공간을 형성한다. 이때, 이중 벽은 도시된 바와 같이 상호간에 틈새가 형성된 외벽(231b)과 내벽(231a)으로 구성될 수 있다. 이와 같은 외벽(231b)과 내벽(231a)은 코일 어셈블리(236)에서 인출된 전원선의 안내와, 타 고정 디스크(230)와의 결합을 위하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 내벽(231a)의 단부는 타 고정 디스크(230)의 연결단(231c)에 밀착될 수 있고, 외벽(231b)과 내벽(231a) 사이의 틈새는 안내부(233)가 형성을 용이하게 하기 위함이다.
고정홀(232)은 직립부(231)에서 개구를 중심으로 복수개가 상호 이격되어 관통 형성된다. 여기서 고정홀(232)은 후술되는 회전 디스크(240)의 자석(242)과 동일한 간격 및 갯 수로서 형성될 수 있다.
안내부(233)는 직립부(231)의 전면에서 고정홀(232)로 부터 연장되는 제1안내홈(233a)과, 직립부(231)의 외면에서 내향된 제2안내홈(233c)과, 제1안내홈(233a)과 제2안내홈(233c) 사이를 연결하도록 관통형성된 안내홀(233b)과, 코일 어셈블리(236)의 반대 극성의 전원선을 인출시키는 제3안내홈(233d)을 포함한다.
제1안내홈(233a)은 고정홀(232)로부터 연장되어 내벽(231a)까지 내향된다. 여기서 제1안내홈(233a)은 각 고정홀(232) 별로 형성되어 내벽(231a)으로 내향된다. 즉 제1안내홈(233a)은 직립부(231)의 배면과 내벽(231a)의 일부가 절개되어 일면이 개방된 형상이다.
제2안내홈(233c)은 외벽(231b)에서 길이 또는 수평 방향으로 연장되어 절개 형성되어 코일 어셈블리(236)로부터 인출된 전원선을 안내한다.
안내홀(233b)은 제1안내홈(233a)과 제2안내홈(233c) 간을 연통하도록 관통형성된다.
따라서 전원선은 제1안내홈(233a)을 통하여 인출된 후 안내홀(233b)을 통하여 제2안내홈(233c)으로 인출된다. 여기서 제2안내홈(233c)을 통하여 인출된 전선은 인접된 타 고정디스크의 코일 어셈블리(236)로 연결된다.
제3안내홈(233d)은 제1안내홈(233a)으로부터 안내된 전원선과 반대 극성의 전원선을 안내하도록 직립부(231)의 전면에 고정홀(232)로부터 연장되어 전원선을 안내한다.
즉, 제3안내홈(233d)은 직립부(231)의 전면에서 내향되어 고정홀(232)로 연장되어 타 고정 디스크(230)에서 안내된 전원선을 연장된 고정홀(232)에 설치된 코일 어셈블리(236)로 안내하거나, 자체 코일 어셈블리(236)에서 안내된 전원선을 타 고정 디스크(230)의 안내부(233)로 안내한다.
즉, 고정홀(232)은, 예를 들면, 전면측에서 제3안내홈(233d), 배면측으로 제1안내홈(233a)이 각각 연통되어 코일(236b)의 양측 끝단에서 인출되는 서로 다른 극성의 전원선이 인출된다.
체결돌기(235)는 복수개로서 외벽(231b)의 전면측 단부 및/또는 배면측 단부에서 돌출되어 타 고정 디스크(230)의 단부에 형성된 체결홈(234)에 삽입된다.
체결홈(234)은 복수개로서 외벽(231b)의 배면측 단부 및/또는 전면측 단부에서 내향되도록 형성되어 타 고정 디스크(230)의 단부에 돌출형성된 체결돌기(235)가 삽입된다.
즉, 고정 디스크(230)들은 체결돌기(235) 및 체결홈(234)에 의하여 상호간에 체결되고, 전면 커버(210) 및 후면 커버(210')에 의하여 압착되어 고정된다. 이때 고정 디스크(230)들은 직립부(231)의 개구를 통하여 발전 회전축(250)이 연통되나 상호간에 연결 구조가 체결되지 않음에 따라 고정된 상태를 유지한다.
코일 어셈블리(236)는 회전 디스크(240)의 자석(242)과 반응하는 코일(236b)과, 코일(236b)을 고정홀(232)에 고정시키는 코일 지지수단(236a)을 포함할 수 있다.
코일 지지수단(236a)은 비전도성 재질(예를 들면, 플라스틱, 고무, 유리 중 적어도 하나)로 이루어져 중심부에 중공이 형성되어 코일(236b)을 수용하는 중공관의 상단과 하단에서 외측으로 확장되어 고정홀(232)에 끼움되는 구조로 형성될 수 있다.
코일(236b)은 양측 끝단중 어느 하나는 배면측의 제1안내홈(233a), 다른 하나는 전면측의 제3안내홈(233d)으로 인출되도록 복 수회로 권선되어 고정홀(232)에 설치된다. 여기서 코일(236b)은 코일 지지수단(236a)의 중공관의 외면에 복 수회로 권선된다.
또한, 각각의 코일 어셈블리(236)들로부터 인출된 전원선은 안내부(233)의 안내에 따라 외측으로 인출되어 배터리(도시되지 않음)로 연결된다.
회전 디스크(240)는 직립된 판재로 형성되는 회전부(241)와, 회전부(241)에 고정된 복수개의 자석(242)과, 회전부(241)의 중심부에 발전 회전축(250)이 체결되는 체결구(243)와 회전부(241)에서 설정된 영역이 전방 또는 후방으로 돌출되는 삽입단(244)을 포함할 수 있다.
회전부(241)는 직립된 판재로서 고정 디스크(230)의 내벽(231a)들과 이격된 상태로 설치된다. 여기서 회전부(241)는 체결구(243)를 통하여 연통된 발전 회전축(250)에 의하여 고정 디스크(230) 내벽(231a)에 의해 형성된 빈공간에서 회전된다. 회전부(241)는, 도 8 및 12를 참조하면, 외측에서 중심측으로 상향 경사지도록 전후방으로 돌출되는 단차 돌출부(245)가 형성된다.
자석(242)들은 복수개로서 고정 디스크(230)의 코일 어셈블리(236)와 동일 간격을 갖고 동일한 숫자로서 설치된다. 여기서 자석(242)은 회전부(241)의 일면과 반대면에 모두 노출된 형태로 고정된다.
삽입단(244)은 단차 돌출부(245)의 중심부에서 설정된 영역만큼 전방 및/또는 후방으로 돌출된다. 이와 같이 돌출된 삽입단(244)은 고정 디스크(230)의 개구로 삽입된다. 바람직하게로는 고정 디스크(230)의 개구와 삽입단(244)은 미 접촉 상태를 유지한다.
체결구(243)는 삽입단의 중심부에서 관통 형성되며 발전 회전축이 연통된다.
이와 같은 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)간의 결합관계는 도 11을 참조하여 설명한다.
도 12는 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)들를 결합관계를 간략 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 제1고정 디스크(230)의 전면에는 제2고정 디스크(230')가 체결되고, 제2고정 디스크(230')의 전면에는 제3고정 디스크(230'')가 체결된다. 이때 제1 내지 제3 고정 디스크(230)는 전면 단부에 체결돌기(235)가 형성되고, 배면 단부의 외벽(231b)에 체결홈(234)이 형성된다.
따라서 제1고정 디스크(230)는 체결돌기(235)가 제2고정 디스크(230')의 체결홈(234)에 삽입되고, 제2고정 디스크(230')는 체결돌기(235)가 제3고정 디스크(230'')의 체결홈(234)에 삽입되면서 각 고정 디스크(230)들간에 결합 된다.
또한, 제1회전 디스크(240)는 제1고정 디스크(230)의 외측 테두리에서 돌출된 내벽(231a)들 사이의 공간에서 수용되고, 제2회전 디스크(240')는 제2고정 디스크(230'), 제3회전 디스크(240'')는 제3 고정 디스크(230)의 내측에 회전 가능하게 수용되고, 제4회전 디스크(240''')는 제3고정 디스크(230'')의 전면측에서 회전되도록 수용된다.
또한, 제1회전 디스크 내지 제4회전 디스크들은 각각 인접한 고정 디스크(230~240''')의 개구를 통하여 삽입된 삽입단들의 단부가 상호 밀착되어 회전될 수 있다.
이때 각각의 회전 디스크(240)들은 발전 회전축(250)에 의해 연통 체결되고, 고정 디스크(230)들은 중심부가 개구됨에 발전 회전축(250)과 결합관계가 이루어지지 않고, 타 고정 디스크(230)와의 조립된 상태에서 전면 커버(210)와 후면 커버(210') 및 보호 커버(220)에 의한 가압(압착)에 의하여 고정된다.
이와 같은 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)는 하나의 고정 디스크(230)를 사이에 두고 한 쌍의 회전 디스크(240)가 회전되어 자계를 발생시키는 구조이며, 회전자와 고정자를 디스크 타입으로 구성함에 따라 고정자와 회전자들의 추가 또는 감소가 매우 용이하다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성들의작용 효과를 설명한다.
먼저, 발전부재(30)와 배터리(도시되지 않음)는 상호간에 전기적으로 연결되어 내부 하우징(20)에 설치된다. 여기서 내부 하우징(20)은 방수 처리되어 외부 하우징(10)의 내측에 수용 및 고정된다.
또한, 발전부(200)는 발전 하우징(100)의 바닥판(120)에 고정되고, 기어부(300)는 발전 하우징(100)의 양측 측판(110)에서 회전 가능하도록 고정된다. 여기서 고정추(330)는 발전 하우징(100)의 양측 측판(110)의 외측에서 회전축(311)에 연결된다.
또한, 기어부(300)는 발전부(200)의 발전 회전축(250)의 끝단에 전달기어(328)가 설치되고, 상측으로는 회전축(311)에 연결되는 회전기어(312)에 제1축(321) 내지 제7축(327)이 배치되도록 설치된다.
아울러 발전부(200)는 복수개 고정 디스크(230)들 사이에 회전 디스크(240)들이 배치되되, 하나의 고정 디스크(230)를 사이에 두고 한 쌍의 회전 디스크(240)가 회전 가능하도록 배치된다. 따라서, 예를 들면, 제1 내지 제3고정 디스크(230'')가 설치되면, 회전 디스크(240)는 제1 내지 제4회전 디스크(240~240''')가 설치될 수 있다. 여기서 제1회전 디스크(240)와 제2회전 디스크(240')는 제1고정 디스크(230)를 사이에 두고 배치되고, 제2회전 디스크(240')와 제3회전 디스크(240'')는 제2고정 디스크(230'), 제3회전 디스크(240'')와 제4회전 디스크(240''')는 제3고정 디스크(230'')를 사이에 두고 배치된다.
이와 같이 구성된 발전부(200)는 기어부(300)와 함께 발전 하우징(100)에 조립되고, 배터리(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되어 부이(BUOY)의 내부 하우징(20)으로 설치된다. 이후 내부 하우징(20)은 외부 하우징(10)의 내측으로 수용된다.
그러므로 상기와 같이 본 발명에 따른 발전부(200)가 수용된 부이(BUOY)는 수면에 부유하면서 파력에 의한 전기 에너지를 생산한다.
즉, 회전기어(312)는 파력에 의한 진동으로 회전축(311)이 회전되면서 일 방향과 반대 방향으로 회전된다. 그러면, 제1축(321)가 제2축(322)은 회전기어(312)의 회전 방향에 따라 회전력을 제3축(323)과 제4축(324)으로 각각 전달한다. 이때, 제2축(322)은 제1축(321)과 반대 방향으로 회전되어 제4축(324)에 회전력을 전달한다.
여기서 제3축(323)은 단방향으로 회전되는 제1베어링(323a), 제4축(324)은 단방향으로 회전되는 제2베어링(324a)을 포함함에 따라 제3축(323)과 제4축(324)에서 전달되는 운동 방향이 동일하게 변환된다.
따라서 제5축(325)은 회전기어(312)가 일 방향의 회전될 때는 제3축(323)으로부터 회전력을 전달받아 회전되어 제6축(326)에 전달하고, 회전기어(312)가 반대 방향으로 회전될 때는 제4축(324)으로부터 회전력을 전달받아 제6축(326)에 전달한다.
그러므로 제6축(326)은 회전 기어의 회전 방향과 상관없이 동일 방향의 회전력을 연속적으로 전달받아 제7축(327)으로 전달한다. 여기서 제7축(327)은 이중 베어링으로 구성됨에 따라 회전수를 증가시켜 전달기어(328)를 회전시킨다. 그러므로 전달 기어는 발전 회전축(250)에 회전력을 전달하고, 발전 회전축(250)은 회전되면서 연결된 복수개의 회전 디스크(240)를 회전시킨다.
따라서 복수개의 회전 디스크(240)들은 고정 디스크(230)를 사이에 두고 회전되어 전기 에너지를 생산한다.
이때 고정 디스크(230)에서 코일 어셈블리(236)는 코일(236b)을 지지하는 코어가 구비되지 않은 대신, 비전도성 재질로 이루어진 코일 지지수단(236a)에 의해 고정홀(232)에 고정된 상태이다. 따라서 회전 디스크(240)가 회전되면서 자석(242)에 의한 자력이 발생되지 않는다.
즉, 종래에는 코일(236b)을 철심의 외주면에 권선하는 형태로 조립됨에 따라 회전자의 자석(242)과 철심간의 자력에 의해 서로 당기는 힘에 의해 회전자의 회전수가 감소될 수 있었다.
하지만, 본 발명은 상기와 같이 코일(236b)을 지지하는 철심을 생략하는 대신 비전도성 재질의 코일 지지수단(236a)을 이용하여 코일(236b)을 지지함에 따라 이와 같은 자력에 의한 회전수 감소가 발생되지 않는다.
그러므로 본 발명은 회전수의 증가로 인하여 전기 에너지의 발전 효율을 향상시킬 수 있었다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 기어부(300)에서 이중 베어링을 구비하고, 발전부(200)에서 고정 디스크(230)에서 코일(236b)을 지지하는 전도성 코어를 생략함에 따른 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)간의 자력을 방지할 수 있어 종래에 비하여 회전수를 증가시킬 수 있었다.
즉, 본 발명은 종래와 대비하여 동일한 세기의 파력이 가해지더라도 상기와 같은 구조로 인하여 회전수가 보다 높기에 발전량이 증가될 수 있고, 고정자와 회전자를 디스크 타입으로 구비함에 따라 발전 용량의 증감이 매우 용이하다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 하며, 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 외부 하우징 11 : 제1 외부 캡
12 : 제2 외부 캡 12a : 끼움단
13 : 부유체 20 : 내부 하우징
21 : 제1 내부 캡 22 : 제2 내부 캡
30 : 발전부재 100 : 발전 하우징
110 : 측판 111 : 절곡단
120 : 바닥판 130 : 결합바
200 : 발전부 210 : 전면 커버
220 : 보호 커버 221 : 인출홈
230 : 고정 디스크 231 : 직립부
231a : 내벽 231b : 외벽
231c : 연결단 232 : 고정홀
233 : 안내부 233a : 제1안내홈
233b : 안내홀 233c : 제2안내홈
233d : 제3안내홈 234 : 체결홈
235 : 체결돌기 236 : 코일 어셈블리
236a : 코일 지지수단 236b : 코일
240 : 회전 디스크 241 : 회전부
242 : 자석 243 : 체결구
244 : 삽입단 250 : 발전 회전축
300 : 기어부 310 : 운동변환수단
311 : 회전축 312 : 회전기어
320 : 웨이브 액츄에이터 321 : 제1축
321a : 제1기어치 321b : 제2기어치
322 : 제2축 322a : 제3기어치
323 : 제3축 323a : 제1베어링
323b : 제4기어치 324 : 제4축
324a : 제2베어링 324b : 제5기어치
325 : 제5축 325a : 제6기어치
325b : 제7기어치 326 : 제6축
327 : 제7축 327a : 제3베어링
327b : 제8기어치 328 : 전달기어
330 : 고정추

Claims (10)

  1. 수면에 부유되는 부이(BUOY): 및
    부이의 내측에 수용되어 외부에서 가해지는 파력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전부재(30);를 포함하고,
    발전부재(30)는
    파력에 의한 양방향의 회전력을 단방향 회전력으로 변환시키는 기어부(300);
    기어부(300)에서 전달되는 회전력에 의해 회전되는 발전 회전축(250);
    직립된 양면에 양면에 돌출되는 복수개의 자석(242)을 구비하여 발전 회전축(250)에 의해 회전되는 복 수개의 회전 디스크(240); 및
    직립된 양면에 노출되는 복 수개의 코일 어셈블리(236)를 구비하여 회전 디스크(240)들 사이에 고정되는 복 수개의 고정 디스크(230); 를 포함하고,
    고정 디스크(230)는
    양측의 회전 디스크(240)들이 상호 연결되도록 중심부가 개구되고, 테두리가 일방향으로 연장되어 회전 디스크(240)가 회전가능하게 수용되는 공간을 형성하는 직립부(231);
    직립부(231)에서 복 수개가 관통 형성되어 코일 어셈블리(236)가 고정되는 고정홀(232); 및
    고정홀(232)로부터 내향된 홈으로 형성되어 코일 어셈블리(236)에서 인출되는 전원선을 안내하는 안내부(233);를 포함하고,
    회전 디스크(240)는
    직립된 판재로서 복수개의 자석(242)들이 고정되어 직립부(231)와 이격되도록 설치되는 회전부(241);
    회전부(241)의 양면중 적어도 하나에서 중심측으로 상향 경사면을 갖도록 돌출되는 단차 돌출부(245)에서 전방으로 돌출된 단부가 고정 디스크(230)의 개구와 접촉되지 않도록 삽입되어 타 회전 디스크(240)에 연결되어 회전부(241)와 직립부(231) 사이를 이격시키는 삽입단(244); 및
    삽입단(244)에서 관통되어 발전 회전축(250)이 연통 삽입되는 체결구(243);를 포함하고,
    복수개의 회전 디스크(240)들은 체결구(243)를 연통하는 발전 회전축(250)의 회전에 연동하여 회전되는 것;을 특징으로 하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 안내부(233)는
    직립부(231)의 일면에서 고정홀(232)로부터 연장되는 제1안내홈(233a);
    직립부(231)의 외면에서 절개된 제2안내홈(233c); 및
    제1안내홈(233a)과 제2안내홈(233c) 사이를 관통하는 안내홀(233b);을 포함하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 안내부(233)는
    직립부(231)의 반대면에서 고정홀(232)로부터 연장되는 제3안내홈(233d);을 더 포함하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 코일 어셈블리(236)는
    비전도성 재질로서 고정홀(232)에 체결되는 코일 지지수단(236a); 및
    코일 지지수단의 외면에 복 수회로 권선되는 코일(236b);을 포함하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 복수개의 고정 디스크(230)들은
    전면 또는 배면의 테두리중 적어도 하나에서 돌출되는 하나 이상의 체결돌기(235); 및 배면 또는 전면 테두리중 적어도 하나에서 내향된 하나 이상의 체결홈(234);을 구비하여 인접한 고정 디스크(230)들간에 체결되는 것을 특징으로 하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 발전부재(30)는
    복수개의 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)들의 조립체를 전면과 후면에서 각각 압착하여 고정시키는 전면 커버(210)와 후면 커버(210'); 및
    전 후면이 개방되어 내측에 고정 디스크(230)와 회전 디스크(240)들의 조립체를 수용하고, 전면 커버(210)와 후면 커버(210')에 체결되는 보호 커버(220);를 더 포함하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 부이는
    수면 위로 돌출되는 제1 외부 캡(11)과, 제1 외부 캡(11)의 하측에 체결되는 제2 외부 캡(12)과, 제2 외부 캡(12)의 외면에 끼움되도록 중심부가 중공된 도넛형의 부유체(13)를 포함하는 외부 하우징(10); 및
    상하로 분리 및 결합되는 제1 내부 캡(21)과 제2 내부 캡(22)으로 분할된 조립체로서 내측에 발전부재(30)를 수용하여 제1 외부 캡(11)과 제2 외부 캡(12)의 결합체의 내측에 수용되는 내부 하우징(20);을 포함하고,
    부유체(13)는 제2 외부 캡(12)의 외면에 끼움식으로 고정되어 부이(BUOY)의 중심을 잡아줄 수 있는 중량물로 형성되어 외부 하우징(10)을 수면에서 직립되도록 부력을 발생시키는 것;을 특징으로 하는 디스크 형상으로 이루어진 고정자와 회전자를 구비한 파력 발전 장치.

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