KR20170062874A

KR20170062874A - 회전체의 무선 전력 전달 시스템

Info

Publication number: KR20170062874A
Application number: KR1020150168600A
Authority: KR
Inventors: 정석종
Original assignee: 주식회사 위스텍
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08

Abstract

본 발명은 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 관한 것으로써, 베이스부; 베이스부에 회전가능하게 설치되는 회전체; 상기 베이스부에 설치되며, 외부에서 교류전류를 공급받아 전자기장을 생성하는 제1전력부; 및 상기 회전체에 설치되며, 상기 제1전력부에서 생성되는 전자기장에 의해 공진됨으로써 직류전류를 생성하는 제2전력부를 포함한다.
이에 의해서, 자기공진 방식을 이용하여 회전체에 무선으로 전력이 공급될 수 있다.

Description

회전체의 무선 전력 전달 시스템{WIRELESS POWER DELIVERY SYSTEM FOR ROTOR}

본 발명은 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 회전체에 전력을 전달함에 있어, 자기공진 방식을 이용하여 무선으로 전력을 공급할 수 있는 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 산업분야에서 사용되는 각종 기계장치에는 그 구조상 회전하는 기계적인 구성요소들이 포함한다.

이러한 기계장치에 있어서, 내부적으로 전원, 전기적인 신호들이 상술한 회전하는 구성요소, 즉, 회전체를 경유해서 다른 구성요소들로 전달되어야 하는 경우가 있다. 상술한 경우, 전원선, 신호선들이 회전체의 회전에 의해 꼬이는 것이 방지되도록, 로터리 조인트, 슬립링, 터렛 등의 구성요소들이 이용된다.

상술한 로터리 조인트, 슬립링, 터렛 등은 내부에 꼬임 방지를 위한 각종 부품들이 사용되는데, 이러한 부품들은 비교적 고가일 뿐만 아니라, 구조가 복잡하여 고장이 잦고, 사용에 의해 마모 등이 자주 발생한다. 따라서, 이러한 종래의 회전체를 포함하는 기계장치들을 운용하는데 있어서, 유지 및 보수에 큰 어려움이 있다.

특히, 이러한 종래의 로터리 조인트, 슬립링, 터렛 등을 이용하는 경우, 상술한 부품들의 고장 또는 마모 등에 의해, 전원선이 꼬이게 되어 전원선이 단선 되면, 안전의 중대한 문제가 초래될 수 있어 크게 문제된다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 회전체에 전력을 전달함에 있어, 자기공진 방식을 이용하여 무선으로 전력을 공급할 수 있는 회전체의 무선 전력 전달 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 베이스부; 베이스부에 회전가능하게 설치되는 회전체; 상기 베이스부에 설치되며, 외부에서 교류전류를 공급받아 전자기장을 생성하는 제1전력부; 및 상기 회전체에 설치되며, 상기 제1전력부에서 생성되는 전자기장에 의해 공진됨으로써 직류전류를 생성하는 제2전력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 의해 달성된다.

또한, 상기 제1전력부는, 외부에서 공급받는 교류전류를 직류전류로 변환시키는 컨버터부와, 컨버터부로부터 공급받는 직류전류를 교류전류로 변환시키는 인버터부와, 상기 인버터부로부터 공급받는 교류전류를 이용하여 전자기장을 생성하는 제1코일부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2전력부는, 상기 제1코일부에 공진됨으로써 유도교류전류를 생성하는 제2코일부와, 상기 제2코일부에서 생성된 유도교류전류를 정류하여 직류전류로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부로부터 변환된 직류전류를 전달받아 기설정된 직류전류로 변환시키는 변환부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 베이스부는, 해양구조물에 설치되며, 수용공간을 형성하는 문풀로 마련되며, 상기 회전체는, 상기 수용공간에 회전가능하게 설치되는 터렛으로 마련될 수 있다.

또한, 상기 제2전력부는, 상기 제1전력부에 마주보게 설치되되, 상기 회전체의 내주면 또는 외주면을 따라 복수개로 설치될 수 있다.

또한, 상기 회전체는, 상기 베이스부를 수용하며, 상기 베이스부의 중심축을 기준으로 회전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전체에 전력을 전달함에 있어, 자기공진 방식을 이용함으로써, 무선으로 회전체에 전력을 공급할 수 있다. 이에 의해서, 회전체 내부의 기계적인 구조를 단순화할 수 있어, 회전체의 설계시 비용이 절감되며, 유지 및 보수가 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 전체 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 전체구성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 사시도 이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 단면도 이고,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 단면도 이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 전체 구성을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(100)은 베이스부(110)와 회전체(120)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함한다.

베이스부(110)는 후술하는 회전체(120)가 회전가능하게 설치되는 것으로써, 후술하는 제1전력부(130)가 설치된다. 이러한 베이스부(110)는 외력에 의해 회전될 수 있다.

회전체(120)는 베이스부(110)에 회전가능하게 설치되는 것으로써, 후술하는 제2전력부(140)가 설치된다.

제1전력부(130)는 외부에서 교류전류를 공급받아 전자기장을 생성하는 것으로써, 상술한 베이스부(110)에 설치된다. 이러한 제1전력부(130)는 컨버터부(131)와 인버터부(132)와 제1코일부(133)를 포함한다.

컨버터부(131)는 외부에서 교류전류를 공급받아 직류전류로 변환하는 것으로써, 후술하는 인버터부(132)에 연결된다.

이러한 컨버터부(131)는 후술하는 인버터부(132)가 제1코일부(133)로 전달하기에 적합한 크기의 교류전압을 생성하도록, 외부의 전원공급장치로부터 교류전류를 공급받아 직류전류로 변환시킨다.

인버터부(132)는 상술한 컨버터부(131)로부터 직류전류를 공급받아 교류전류로 변환하는 것으로써, 상술한 컨버터부(131)와 후술하는 제1코일부(133)에 각각 연결된다.

이러한 인버터부(132)는 제1코일부(133)가 전자기장을 형성하도록, 상술한 컨버터부(131)로부터 공급받은 직류전류를 교류전류로 변환시켜 제1코일부(133)로 전달한다.

즉, 외부의 전원공급장치에서 공급되는 교류전류가 상술한 컨버터부(131)와 인버터부(132)를 거치면서, 제1코일부(133)가 전자기장을 형성하기에 적합한 형태의 교류전류로 변환된다.

제1코일부(133)는 상술한 인버터부(132)로부터 교류전류를 공급받아 전자기장을 생성하는 것으로써, 인버터부(132)에 연결된다.

이러한 제1코일부(133)는 상술한 인버터부(132)로부터 교류전류를 공급받아 전자기장을 형성한다. 이때, 제2코일부(141)는 제1코일부(133)의 진동수와 동일한 진동수로 구비되므로, 제1코일부(133)에서 발생되는 전자기장에 의해 제2코일부(141)가 공진(共振)된다.

공진이란, 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 의미한다. 따라서, 상술한 공진에 의하면, 제1코일부(133)에 의해, 제2코일부(141)에서 에너지(유도교류전류)가 생성될 수 있다.

제2전력부(140)는 제1전력부(130)에서 생성되는 전자기장에 의해 공진되어 직류전류를 생성하는 것으로써, 상술한 회전체(120)에 설치된다. 이러한 제2전력부(140)는 제2코일부(141)와 정류부(142)와 변환부(143)를 포함한다.

제2코일부(141)는 상술한 제1코일부(133)에서 생성되는 전자기장에 의해 공진됨으로써, 유도교류전류를 생성하는 것으로써, 정류부(142)와 연결된다.

이러한 제2코일부(141)는 상술한 바와 같이, 제1코일부(133)와 동일한 진동수로 구비된다. 따라서, 제1코일부(133)가 전자기장을 생성하는 경우, 제2코일부(141)는 공진 되어 에너지, 즉, 유도교류전류를 생성한다. 이후, 생성된 유도교류전류는 정류부(142)로 공급된다.

정류부(142)는 제2코일부(141)에서 생성된 유도교류전류를 정류하여 직류전류로 변환시키는 것으로써, 상술한 제2코일부(141)와 후술하는 변환부(143)에 각각 연결된다.

일반적인 기계장치 내부에 설치된 각종 부품들 중 기계장치의 제어, 감지 등 위해 설치되는 장치 및 부품들은 대부분 전자기적으로 민감하며, 따라서, 이러한 장치 및 부품들은 전자기적인 교란이 적은 직류전류에 의해 구동되어야 한다. 따라서, 제2코일부(141)에 의해 생성된 유도교류전류를 정류(定流)시켜 직류전류로 변환시킨 다음, 변환된 직류전류를 각종 장치 및 부품들로 공급해야 할 필요성이 있다.

상술한 정류부(142)에 의하면, 제2코일부(141)에서 생성된 유도교류전류가 용이하게 직류전류로 정류되고, 이에 의해서, 기계장치의 내부에 설치된 각종 부품들로 직류전류가 공급될 수 있다.

변환부(143)는 상술한 정류부(142)로부터 변환된 직류전류를 전달받아 기설정된 직류전류로 변환시키는 것으로써, 정류부(142)에 연결되며, 기계장치 내부의 각종 부품들에 연결된다.

상술한 정류부(142)에 의해, 제2코일부(141)에서 생성된 유도교류전류가 직류전류도 변환되었음에도 불구하고, 곧바로 기계장치 내부에 설치된 각종 부품들로 상술한 변환된 직류전류를 공급하기에는 부적합하다. 따라서, 변환된 직류전류를 기계장치 내부에 설치된 각종 부품들의 구동시 요구되는 적절한 전압의 직류전류(기설정된 직류전류)로 다시 변환시켜야 할 필요성이 있다.

따라서, 상술한 변환부(143)에 의하면, 정류부(142)에서 전달되는 직류전류를 기설정된 직류전류로 용이하게 변환시킬 수 있으며, 이에 의해서, 기계장치 내부의 각종 부품들을 구동시키기에 적합한 직류전류(기설정된 직류전류)가 기계장치 내부의 각종 부품들로 공급될 수 있다.

상술한 컨버터부(131)와 인버터부(132)와 제1코일부(133)를 포함하는 제1전력부(130) 및 제2코일부(141)와 정류부(142)와 변환부(143)를 포함하는 제2전력부(140)에 의하면, 회전체(120)에 있어서, 자기공진방식의 무선전력공급이 구현된다.

따라서, 베이스부(110)와 회전체(120)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함하는 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(100)에 따르면, 회전체(120) 내부의 기계적인 구조를 단순화할 수 있어, 회전체(120)의 설계시 비용이 절감되며, 유지 및 보수가 용이해 진다.

지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(200)은 베이스부(210)와 회전체(220)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함한다.

다만, 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(200)의 제1전력부(130)와 제2전력부(140)는 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(100)의 제1전력부(130)와 제2전력부(140)와 동일한 구성이므로 중복 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 전체구성을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 단면도 이다.

부유식 원유생산 및 저장설비 및 부유식 저장설비와 같은 해양구조물, 즉, 선박은 해상의 작업 위치에 계류 상태를 유지하면서 작업을 수행한다. 이때, 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)은 선박으로부터 내린 체인 등을 해저면에 고정시키는 방식으로 선박을 해상의 작업위치에 계류시키는데 이용된다. 또한, 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)은 해저에서 가스 또는 원유를 시추하는 시추선에 전원을 공급하거나 시추선과 전기적인 통신을 하는데 필요한 케이블을 제공하는데 이용된다.

시추선에 제공되는 케이블은 시추선이 이동함에 따라 꼬일 수 있기 때문에, 터렛 무어링 시스템은 이러한 꼬임을 방지하기 위해 문풀과 터렛 및 기타 장치들로 구성된다.

케이블은 문풀 또는 터렛의 상단에 연결되며, 터렛의 하단을 통해 시추선에 까지 연결된다. 이러한 케이블은 선박에서 전원 또는 신호를 받아 시추선으로 전달한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스부(210)는 상술한 해양구조물, 즉, 선박에 설치되는 것으로써, 수용공간을 형성하는 문풀로 마련된다. 이러한 베이스부(210)에는 베이스부(210)의 외주면 또는 내주면을 따라 제1전력부(130)가 설치된다.

회전체(220)는 상술한 수용공간에 회전가능하게 설치되는 터렛으로 마련된다. 이러한 회전체(220)에는 제2전력부(140)가 설치되는데, 이러한 제2전력부(140)는 제1전력부(130)에 마주보게 설치되되, 회전체(220)의 내주면 또는 외주면을 따라 복수개로 설치될 수 있다.

이러한 제1전력부(130)와 제2전력부(140)의 배치에 의해서, 제1전력부(130)의 제1코일부(133)에 제2전력부(140)의 제2코일(141)이 마주보게 될 수 있고, 이에 따라, 무선 전력 전송이 효율이 크게 증대될 수 있다.

한편, 제2전력부(140)가 제1전력부(130)에 마주보게 되는 면적이 최적화되도록, 이러한 복수개의 제2전력부(140)의 배치간격은 회전체(220)의 회전 속도 및 회전 각도에 따라 조절되어야 한다. 즉, 회전체(220)의 회전 속도 또는 회전 각도가 비교적 큰 경우에는 배치간격은 상대적으로 크게 설정되어야 하며, 회전체(220)의 회전 속도 또는 회전각도가 비교적 작은 경우에는 배치간격은 상대적으로 작게 설정되어야 한다.

따라서, 베이스부(210)와 회전체(220)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함하는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(200)에 의하면, 터렛 무어링 시스템(Turret Mooring System)에서 무선의 전력 전달의 구현이 가능해지며, 따라서, 터렛의 구조를 단순하게 설계할 수 있고, 터렛의 유지 및 보수가 용이해 지는 효과가 있다.

지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(300)은 베이스부(310)와 회전체(320)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함한다.

다만, 본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(300)의 제1전력부(130)와 제2전력부(140)는 본 발명의 제1실시예에 회전체의 무선 전력 전달 시스템(100)의 제1전력부(130)와 제2전력부(140)와 동일한 구성이므로 중복 설명은 생략한다.

도 5은 본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템의 단면도 이다.

슬립링(Slip Ring) 이란, 기구적인 접점 방식으로 회전축을 통해 전력과 데이터 신호를 전송하는 부품으로, 회전 동작이 필요한 기기 내부의 전력 및 데이터를 전송하는데 필수적인 부품이다. 한편, 이와 유사한 부품으로 로터리 조인트(Rotary Joint)가 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 베이스부(310)는 후술하는 회전체(320)에 수용되는 것으로써, 외주면을 따라 제1전력부(130)가 설치된다.

회전체(320)는 베이스부(310)를 수용하는 것으로써, 베이스부(310)의 중심축을 기준으로 회전된다. 이러한 회전체(320)에는 제2전력부(140)가 복수개로 설치되는데, 제2전력부(140)는 제1전력부(130)에 마주보도록 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 제2전력부(140)가 제1전력부(130)에 마주보게 되는 면적이 최적화되도록, 이러한 복수개의 제2전력부(140)의 배치간격은 회전체(320)의 회전 속도 및 회전 각도에 따라 조절되어야 한다. 즉, 회전체(320)의 회전 속도 또는 회전 각도가 비교적 큰 경우에는 배치간격은 상대적으로 크게 설정되어야 하며, 회전체(320)의 회전 속도 또는 회전각도가 비교적 작은 경우에는 배치간격은 상대적으로 작게 설정되어야 한다.

따라서, 베이스부(310)와 회전체(320)와 제1전력부(130)와 제2전력부(140)를 포함하는 본 발명의 제3실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템(300)에 의하면, 종래의 슬립링, 로터리 조인트를 통해서 접촉에 의해 구현되는 전력 전달 대신에, 무선의 전력 전달의 구현이 가능해진다. 이에 의해서, 슬립링 또는 로터리 조인트의 구조를 단순하게 설계할 수 있고, 슬립링 또는 로터리 조인트의 유지 및 보수가 용이해 지는 효과가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 본 발명의 제1실시예에 따른 회전체의 무선 전력 전달 시스템
110 : 베이스부 120 : 회전체
130 : 제1전력부 131 : 컨버터부
132 : 인버터부 133 : 제1코일부
140 : 제2전력부 141 : 제2코일부
142 : 정류부 143 : 변환부

Claims

베이스부;
베이스부에 회전가능하게 설치되는 회전체;
상기 베이스부에 설치되며, 외부에서 교류전류를 공급받아 전자기장을 생성하는 제1전력부; 및
상기 회전체에 설치되며, 상기 제1전력부에서 생성되는 전자기장에 의해 공진됨으로써 직류전류를 생성하는 제2전력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1전력부는,
외부에서 공급받는 교류전류를 직류전류로 변환시키는 컨버터부와, 컨버터부로부터 공급받는 직류전류를 교류전류로 변환시키는 인버터부와, 상기 인버터부로부터 공급받는 교류전류를 이용하여 전자기장을 생성하는 제1코일부를 포함하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2전력부는,
상기 제1코일부에 공진됨으로써 유도교류전류를 생성하는 제2코일부와, 상기 제2코일부에서 생성된 유도교류전류를 정류하여 직류전류로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부로부터 변환된 직류전류를 전달받아 기설정된 직류전류로 변환시키는 변환부를 포함하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 베이스부는,
해양구조물에 설치되며, 수용공간을 형성하는 문풀로 마련되며,
상기 회전체는,
상기 수용공간에 회전가능하게 설치되는 터렛으로 마련되는 것을 특징으로 하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2전력부는,
상기 제1전력부에 마주보게 설치되되, 상기 회전체의 내주면 또는 외주면을 따라 복수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전달 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 회전체는,
상기 베이스부를 수용하며, 상기 베이스부의 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제2전력부는,
상기 제1전력부에 마주보게 설치되되, 상기 회전체의 내주면 또는 외주면을 따라 복수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 회전체의 무선 전력 전달 시스템.