KR20180093421A - 엔진 발전 시스템, 및 엔진 발전 시스템을 구동하는 장치 또는 방법 - Google Patents

엔진 발전 시스템, 및 엔진 발전 시스템을 구동하는 장치 또는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 발전 시스템으로서, 일단은 DC 전원부에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원부로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터; 및 상기 DC 전원부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

엔진 발전 시스템, 및 엔진 발전 시스템을 구동하는 장치 또는 방법{Engine Generations System, Apparatus and Method For Driving The Engine Generations System}
본 발명은 엔진 발전 시스템, 및 엔진 발전 시스템을 구동하는 장치 또는 방법에 관한 것이다.
스털링 엔진은 외연기관의 일종으로서 기계적인 공진점에서 조화진동을 하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 자유 피스톤 스털링 엔진을 동작시키기 위해서는 외력을 가하여 파워 피스톤을 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 왕복 운동시키고 적절한 시점에 외력을 제거하여 파워 피스톤이 스스로 조화진동을 할 수 있도록 유도하는 것이 필수적이다.
이와 관련해서, 종래에는 스털링 엔진 시스템을 기동시키기 위한 종래의 방법은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 첫 째로, 파워 피스톤에 외력을 가하여 평형점에서 충분히 벗어나도록 한 뒤, 외력을 제거하여 자유 진동을 유도하는 방법이 있고, 둘 째로 파워 피스톤에 적절한 정현파 형태의 외력을 가하여 파워 피스톤의 조화 진동을 유발시킨 후 외력을 제거하는 방법이 있다.
종래 기술의 경우 스털링 엔진 시스템이 스스로 조화 진동을 유지할 수 있는지의 여부를 판단하는 수단이 구비되어 있지 않았다.
다만 종래의 방식에 따라, 파워 피스톤에 위치 오프셋을 가하는 방식은, 스털링 엔진의 온도 및 압력 조건에 따라 엔진의 기동여부가 결정되기 때문에, 기동이 실패할 우려가 있고, 다른 한편으로는 진폭이 과도하게 커짐으로써, 기계적인 파손이 발생하거나 운전이 불안정해질 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 파워 피스톤에 정현파 형태의 외력을 가하는 경우에도 스털링 엔진의 온도 및 압력 등의 조건에 따라서 엔진이 스스로 동작할 수 있는 시점이 달라지게 되나 통상적으로 종래의 기술에서는 일정 시간 동안 정현파 외력을 가하기 때문에 외력을 제거하는 시점에서 파워 피스톤이 일정한 진폭을 유지하지 못하고 진동을 멈출 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 엔진 발전 시스템 내의 전류 또는 전압을 측정하여 DC 전원 공급을 중단할지 여부를 판단하여 중단시키는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 발전 시스템은, 일단은 DC 전원에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원으로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터; 및 상기 DC 전원을 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 발전 시스템 구동 방법은, 일단은 DC 전원에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원으로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터; 및 상기 DC 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 엔진 발전 시스템에서, 상기 제어부에 의하여 수행되는, 상기 DC 전원에서의 전류 공급을 점차 증가시키되, 미리 결정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 미리 결정된 조건을 만족하면 DC 전원에서의 전류 공급을 중단시키는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치로서, 일단은 DC 전원에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원으로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 및 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터를 포함하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치로서, 엔진 발전 시스템 내의 전류 또는 전압이 측정된 신호를 수신하는 수신부; 측정부에서 측정된 전류 또는 전압과 미리 결정된 값보다 큰지 작은지 여부를 판단하는 판단부; 상기 미리 결정된 값이 저장되어 있는 저장부; 및 상기 판단부의 판단에 따라 상기 DC 전원의 동작을 제어하는 신호를 생성하는 DC 전원 구동 신호 생성부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 외력에 의한 엔진 구동에 있어서, 엔진이 자력으로 진동을 시작하는 시점을 적절히 검출하여 DC 전원부에 의한 전력 공급을 중단함으로써, 진폭이 과도하게 커져서 기계적인 파손이 발생하거나 운전이 불안정해지는 문제점을 보완하거나 진폭이 작어 일정한 진폭을 유지하지 못하고 진동을 멈출 수 있는 문제점을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 엔진 발전 시스템을 대략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 제어부의 내부 구성도이다.
도 3에는 엔진 발전 시스템의 예시적인 회로가 도시되어 있다.
도 4에는 엔진의 구동 모드가 주파수로 도시되어 있다.
도 5에는 엔진 발전 시스템의 예시적인 초기 구동 모드의 회로 동작 구성이 도시되어 있다.
도 6에는 피스톤의 진폭과 주파수가 점차 증가되는 동작 동안의 엔진 발전 시스템의 예시적인 회로 동작 구성이 도시되어 있다.
도 7에는 DC전원에서의 전류 공급이 차단되는 경우에 발전 모드에서의 엔진 파장 및 회로 동작 구성이 도시되어 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 발전 시스템을 대략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명의 엔진(106) 발전 시스템은 DC 전원부(102), 인버터(104), 정류기(108), 컨버터(110)를 포함한다. 또한, 엔진(106) 발전 시스템은 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 양을 측정하거나, 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 양을 측정하거나, 정류기(108)에 포함되거나 연결되는 캐패시터의 전압을 측정하여, 미리 결정된 값과 비교하고, 일정 조건이 만족되면 DC 전원부(102)의 전류 공급을 중단케 하거나 인버터(104)의 동작을 정지시키는 제어부(112)를 더 포함할 수도 있고, 별도의 장치로 구비될 수도 있다. 여기서 엔진 발명 시스템에서 전류 및 전압 값의 측정은 센서 등 통상의 기술자가 구현할 수 있는 장치를 모두 포함할 수 있다.
구체적으로 엔진의 초기 구동을 위하여 외력을 가할 필요가 있는 데, 이러한 외력은 DC 전원부(102)에서의 전류의 공급을 통하여 생성될 수 있다. 또한, DC 전원부(102)에서의 전류의 공급은 초기 구동 모드 이후에도, 일정한 비율로 점차 증가되고, 일정한 조건(미리 결정된 조건)을 만족할 때까지 공급되는 전류의 증가가 유지된다. 일정한 조건은 예를 들면, 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 조건까지 증가된 후, 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값을 이하인 경우일 수 있고, 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값 이상인 경우일 수 있고, 캐패시터에 걸리는 전압 값이 미리 결정된 값 이상인 경우일 수 있다. 상술된 예시적인 조건 중 하나를 만족하면 DC 전원부(102)에서의 전류 공급은 차단될 수 있다.
인버터(104)는 DC 전원부(102)에서 공급되는 DC 전류를 정현파의 형태의 전류로 변환시킨다. 엔진을 구동하기 위해서는 DC 전류가 아닌 정현파의 형태의 전류를 공급하여 엔진의 피스톤을 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 왕복 운동시킬 수 있다. 인버터(104)를 통하여 DC 전원(102)에서 공급되는 DC 전류를 정현파의 형태로 변환된 전류는 점차 증가되나, 피스톤의 진폭 및 주파수를 소정의 조건까지 증가시킨 후, 엔진에 의한 발전에 따라 인버터(104)에서 공급되는 전류량이 미리 결정된 값 이하로 떨어지는 경우 인버터(104)의 동작을 정지시키거나 DC 전원부(102)에서의 전류 공급을 중단시킨다.
정류기(108)는 예를 들어 브리지 정류기이다. 정류기(108)는 엔진 발전에 의하여 정현파의 전류를 공급받아 직류로 변환시킨다. 정류기(108)의 출력단에는 캐패시터가 커플링된다. 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소장의 조건까지 증가된 후, 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류량이 미리 결정된 값 이상인 경우 인버터(104)의 동작을 정지시키거나 DC 전원부(102)에서의 전류 공급을 중단시킨다. 또는, 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소장의 조건까지 증가된 후, 엔진(106)의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 조건까지 증가된 후, 캐패시터에 걸리는 전압이 미리 결정된 값 이상인 경우 인버터(104)의 동작을 정지키시거나 DC 전원부(102)에서의 전류 공급을 중단시킨다.
컨버터(110)는 정류기(108)에서 변환된 DC 전류를 다시 정현파의 형태의 전류로 변환시킨다.
제어부(112)는 엔진 발전 시스템(100) 내의 특정위치에서 측정된 전류 또는 전압을 측정하거나, 측정된 전류값 또는 전압값을 수신한다. 예를 들어, 제어부(112)는 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값을 측정하거나 측정된 전류의 값을 수신한다. 또한, 제어부(112)는 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 양을 측정하거나 측정된 전류의 값을 수신한다. 또한, 제어부(112)는 정류기(108)의 출력단에 연결되는 캐패시터의 전압을 측정하거나 측정된 전압값을 수신한다.
또한, 제어부(112)는 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 측정된 전류 또는 전압 값이 미리 결정된 값보다 크거나 작은지 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어부(112)는 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 작은지 여부를 판단한다. 또는, 제어부(112)는 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 큰지 여부를 판단한다. 또는, 제어부(112)는 정류기(108)의 출력단에 커플링되는 캐패시터에 걸리는 전압값이 미리 결정된 값보다 큰지 여부를 판단한다.
또는, 제어부(112)는 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 엔진 발전 시스템 내 특정 지점에서 측정된 전류 또는 전압 값이 미리 결정된 값보다 크거나 작으면 DC전원부(102)에서의 전류의 공급을 중단시키거나 인버터(104)의 동작을 정지시킨다. 예를 들어, 제어부(112)는 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 작으면 DC 전원부(102)에서의 전류의 공급을 중단시키거나 인버터(104)의 동작을 정지시킨다. 또한, 제어부(112)는 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 크면 DC 전원부(102)에서의 전류의 공급을 중단시키거나 인버터(104)의 동작을 정지시킨다. 또한, 제어부(112)는 정류기(108)의 출력단에 커플링되는 캐패시터에 걸리는 전압값이 미리 결정된 값보다 크면 DC 전원부(102)에서의 전류의 공급을 중단시키거나 인버터(104)의 동작을 정지시킨다.
제어부(112)는 엔진 발전 시스템에서 전류 또는 전압을 유선으로 연결하여 직접 측정하거나, 각 위치에 설치된 센서로부터 측정된 데이터를 무선으로 수신하는 등 통상의 기술자가 도출할 수 있는 방법이 모두 포함될 수 있다. 또한, 제어부(112)는 엔진 발전 시스템에서 DC 전원부(102)의 구동제어를 하거나 인버터(104)의 구동제어를 할 수 있다. 구동 제어 방법 역시 통상의 기술자가 도출할 수 있는 방법이 모두 포함될 수 있다.
도 2는 제어부(112)의 예시적인 내부 구성도이다.
제어부(112)는 예를 들어, 수신부(200), 판단부(202), 저장부(204), DC 전원 구동 신호 생성부(206, 또는 인버터 구동 신호 생성부여도 좋음) 및 전송부(208)를 포함할 수 있다.
수신부(200)는 엔진 발전 시스템으로부터 엔진의 피스톤 구동에 대한 정보, 엔진 발전 시스템 내부의 전류 및 전압값을 수신한다. 수신부(200)는 엔진 발전시스템으로부터 유선 또는 무선으로 엔진의 피스톤 구동에 대한 정보, 엔진 발전시스템 내부의 전류 및 전압 값을 수신할 수 있다. 수신부(200)는 예를 들어, 엔진 발전 시스템에서 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값을 수신한다. 또한, 수신부(200)는 예를 들어, 엔진 발전 시스템에서 엔진(106)에서 정류기(106)로 공급되는 전류의 값을 수신한다. 또한, 수신부(200)는 예를 들어, 엔진 발전 시스템에서 정류기(106)의 출력에 커플링되는 캐패시터의 전압 값을 수신한다.
판단부(202)는 수신부(200)에서 수신된 전류 또는 전압의 값과 미리 결정된 값과 비교 판단한다. 예를 들어, 판단부(202)는 피스톤의 진폭 또는 진동 주파수가 소정의 값 이상이라고 판단되는 경우, 수신부(200)에서 수신된 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이하인지 여부를 판단한다. 또한, 예를 들어, 판단부(202)는 피스톤의 진폭 또는 진동 주파수가 소정의 값 이상이라고 판단되는 경우, 수신부(200)에서 수신된 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 양이 미리 결정된 값 이상인지 여부를 판단한다. 또한, 예를 들어, 판단부(202)는 피스톤의 진폭 또는 진동 주파수가 소정의 값 이상이라고 판단되는 경우, 수신부(200)에서 수신된 캐패시터에 걸리는 전압 값이 미리 결정된 값 이상인지 여부를 판단한다.
저장부(204)는 전류 또는 전압의 비교대상인 미리 결정된 값들을 저장한다. 예를 들어, 저장부(204)는 판단부(202)가 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인지 여부를 판단함에 있어서 소정의 값에 대응하는 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수 값을 저장한다. 또한, 저장부(204)는 판단부(202)가 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이하인지 여부를 판단함에 있어서, 미리 결정된 값에 대응하는 인버터(104)에서 엔진(106)으로 흐르는 전류의 값을 저장한다. 또한, 저장부(204)는 판단부(202)가 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이상인지 여부를 판단함에 있어서, 미리 결정된 값에 대응하는 엔진(106)에서 정류기(108)로 흐르는 전류의 값을 저장한다. 또한, 저장부(204)는 판단부(202)가 정류기(108)의 출력에 커플링되는 캐패시터의 전압 값이 미리 결정된 값 이상인지 여부를 판단함에 있어서, 미리 결정된 값에 대응하는 캐패시터에 걸리는 전압의 값을 저장한다.
DC 전원 구동 신호 생성부(206)는 판단부(202)의 판단에 따라 DC 전원부(102) 또는 인버터(104)의 구동을 정지하는 신호를 생성한다. 예를 들어, 판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 수신된 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이하로 떨어졌다고 판단하면, DC 전원 구동 신호 생성부(206)는 DC 전원부(102) 또는 인버터(104)의 구동을 정지하는 신호를 생성한다. 또한, 예를 들어, 판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 수신된 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이상으로 올라갔다고 판단하면, DC 전원 구동 신호 생성부(206)는 DC 전원부(102) 또는 인버터(104)의 구동을 정지하는 신호를 생성한다. 또한, 예를 들어, 판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 수신된 정류기(108)의 출력에 커플링된 캐패시터의 전압 값이 미리 결정된 값 이상으로 올라갔다고 판단하면, DC 전원 구동 신호 생성부(206)는 DC 전원부(102) 또는 인버터(104)의 구동을 정지하는 신호를 생성한다.
전송부(208)는 DC 전원 구동 신호 생성부(206)에서 생성된 신호를 무선 또는 유선으로 전송한다. 예를 들어, 판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상이고 인버터(104)에서 엔진(106)으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값아래로 떨어졌다고 판단하는 경우, 전송부(208)는 DC 전원 구동 신호 생성부(206)에서 생성된 DC 전원부(102)의 구동을 중단시키는 신호 또는 인버터(104)의 구동을 중단시키는 신호를 전송한다. 또한, 예를 들어,판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상이고, 엔진(106)에서 정류기(108)로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이상으로 올라갔다고 판단되는 경우, 전송부(208)는 DC 전원 구동 신호 생성부(206)에서 생성된 DC 전원부(106)의 구동을 중단시키는 신호 또는 인버터(104)의 구동을 중단시키는 신호를 전송한다. 또한, 예를 들어, 판단부(202)에서 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 값 이상이고, 정류기(108)의 출력에 커플링되는 캐패시터의 전압 값이 미리 결정된 값 이상으로 올라갔다고 판단되는 경우, 전송부(208)는 DC 전원 구동 신호 생성부(206)에서 생성된 DC 전원부(106)의 구동을 중단시키는 신호 또는 인버터(104)의 구동을 중단시키는 신호를 전송한다.
도 3은 엔진 발전 시스템의 예시적인 회로가 도시되어 있다.
엔진(304) 발전 시스템은 DC 전원부(300), 인버터(302), 정류기(308), 캐패시터(308) 및 컨버터(310)를 포함한다.
DC 전원부(300)는 엔진의 초기 구동을 위하여 전류를 공급한다. 또한, DC 전원부(300)에서의 전류의 공급은 초기 구동 모드 이후에도, 일정한 비율로 점차 증가되고, 일정한 조건(미리 결정된 조건)을 만족할 때까지 전류 공급의 증가가 유지된다. 일정한 조건은 예를 들면, 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 조건까지 증가된 후, 인버터(302)에서 엔진(304)으로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값을 이하인 경우일 수 있고, 엔진(304)에서 정류기(306)로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값 이상인 경우일 수 있고, 캐패시터(308)에 걸리는 전압 값이 미리 결정된 값 이상인 경우일 수 있다. 상술된 예시적인 조건 중 하나를 만족하면 DC 전원부(300)에서의 전류 공급은 차단될 수 있다.
인버터(302)는 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다. 도 3에 도시된 인버터(302) 내의 트랜지스터의 구성은 예시적인 것이며, 인버터(302)의 기능을 하는 다른 구성 역시 사용가능하다. 인버터(302)는 DC 전원부(300)에서 공급되는 DC 전류를 정현파의 형태의 전류로 변환시킨다. 엔진을 구동하기 위해서는 DC 전류가 아닌 정현파의 형태의 전류를 공급하여 엔진의 피스톤을 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 왕복 운동시킬 수 있다. 인버터(302)를 통하여 DC 전원부(300)에서 공급되는 DC 전류를 정현파의 형태로 변환된 전류는 점차 증가되나, 피스톤의 진폭 및 주파수를 소정의 조건까지 증가시킨 후, 엔진의 발전에 따라 인버터(302)에서 공급되는 전류량이 미리 결정된 값 이하인 경우 인버터(302)의 동작을 정지시키거나 DC 전원부(300)에서의 전류 공급을 중단시킨다.
정류기(308)는 엔진(304)에서 출력되는 정현파의 전류를 직류로 변환시킨다. 정류기(308)는 예를 들어 브리지 정류기이다. 정류기(308)는 엔진 발전에 의한 정현파의 전류를 공급받아 직류로 변환시킨다. 정류기(308)의 출력단에는 캐패시터(308)가 커플링된다. 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소장의 조건까지 증가된 후, 엔진(304)에서 정류기(308)로 공급되는 전류량이 미리 결정된 값 이상인 경우 인버터(302)의 동작을 정지시키거나 DC 전원부(300)에서의 전류 공급을 중단시킨다. 또는, 엔진의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소장의 조건까지 증가된 후, 엔진(304)의 피스톤의 진폭 및 주파수가 소정의 조건까지 증가된 후, 캐패시터(308)에 걸리는 전압이 미리 결정된 값 이상인 경우 인버터(302)의 동작을 정지키시거나 DC 전원부(300)에서의 전류 공급을 중단시킨다.
컨버터(310)는 정류기(308)에서 변환된 DC 전류를 다시 정현파의 형태의 전류로 변환시킨다.
도 4에는 엔진의 구동 모드가 파장 형태로 도시된다.
t1의 구동모드는 DC 전원부에서 일정한 초기 전류가 공급되는 초기 구동 모드를 나타낸다. t2의 구동모드에서는 DC 전원부에서의 공급되는 전류의 세기를 일정하게 증가시키는 구간에 해당한다. t2의 구동모드에서 전류가 일정하게 증가하여 피스톤의 진폭 및 주파수가 일정하게 증가하다가, 미리 결정된 조건을 충족하게 되는 경우 DC 전원에서의 전류 공급을 중단시켜 t3의 구동모드로 진입하게 된다. 여기서 미리 결정된 조건이란, 상술한 바와 같이, 피스톤의 진폭과 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이하로 떨어지는 경우를 충족하는 경우를 의미한다. 또한, 미리 결정된 조건이란, 상술한 바와 같이, 피스톤의 진폭과 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 엔진에서 정류기로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이상으로 되는 경우를 의미한다. 또한, 미리 결정된 조건이란, 상술한 바와 같이, 피스톤의 진폭과 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 캐패시터에 걸리는 전압 값이 미리 결정된 값 이상으로 되는 경우를 의미한다.
도 5는 엔진 발전 시스템의 예시적인 초기 구동 모드의 회로 동작 구성이 도시되어 있다. 도 5의 회로 동작 구성에 해당하는 구간은 도 4에서 t1 구동 모드에 대응한다.
도 6에는 피스톤의 진폭과 진동 주파수가 점차 증가되는 동작 동안의 엔진 발전 시스템의 예시적인 회로 동작 구성이 도시되어 있다. 도 6의 회로 동작 구성에 해당하는 구간은 도 4에서 t2구동 모드에 대응한다.
도 7은 DC 전원부에서의 전류 공급이 차단되는 경우에 발전 모드에서의 엔진의 피스톤 진폭 및 진동 주파수, 및 회로 동작 구성이 도시되어 있다. 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이하이거나, 엔진에서 정류기로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값 이상이거나, 정류기에 커플링되는 캐패시터에 걸리는 전압의 값이 미리 결정된 값 이상이면 DC 전원부에서의 전류의 공급이 차단되어 엔진이 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 진동을 지속하면서 발전모드로 운전되는데, 이 구동모드에 대응되는 구간은 load test 구간이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값을 측정하고, 측정된 해당 전류의 값을 수신한다(S800). 이어서, 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 작은지 여부를 판단한다(S800). 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 크면(YES) 일정한 시간 후에 다시 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값을 측정한다(S802). 인버터에서 엔진으로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 작으면(NO) DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 신호를 생성하고 전송하여(S804), 결과적으로 엔진이 DC 전원부에서의 전류의 공급없이 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 진동을 지속하면서 발전모드로 운전된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 겨우, 엔진에서 정류기로 흐르는 전류의 값을 측정하고, 측정된 엔진에서 정류기로 흐르는 전류의 값을 수신한다(S900). 이어서, 엔진에서 정류기로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 큰지 여부를 판단한다(S902). 엔진에서 정류기로 공급되는 전류의 값이 미리 결정된 값보다 크면(YES) DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 신호를 생성하고 전송하여(S904), 결과적으로 엔진이 DC 전원부에서의 전류의 공급없이 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 진동을 지속하면서 발전모드로 운전된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 발전 시스템의 구동 방법의 순서도이다.
피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우, 정류기에 커플링된 캐패시터의 전압 값을 측정하고, 측정된 캐패시터의 전압값을 수신한다(S1000). 이어서, 수신된 캐패시터의 전압 값이 미리 결정된 값보다 큰지 여부를 판단한다(S1002). 캐패시터의 전압 값이 미리 결정된 값보다 크면(YES), DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 신호를 생성하고 전송하여(S1004), 결과적으로 엔진이 DC 전원부에서의 전류의 공급없이 공진 주파수 대역에서 적절한 진폭으로 진동이 지속하면서 발전모드로 운전된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102 DC 전원부
104 인버터
108 정류기
110 컨버터

Claims (14)

  1. 일단은 DC 전원부에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원부로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터;
    일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기;
    일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터; 및
    상기 DC 전원부를 제어하는 제어부를 포함하는 엔진 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정류기는 브리지 정류기인 엔진 발전 시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 정류기의 출력 양단에 캐패시터가 커플링되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 인버터에서 상기 엔진으로 공급되는 정현파 형태의 전류는 점차 증가되어 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수를 증가시키되,
    상기 제어부는 상기 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 인버터에서 출력되는 상기 정현파 형태의 전류 값이 미리 결정된 값 이하로 감소되면 상기 DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 인버터에서 상기 엔진으로 공급되는 정현파 형태의 전류는 점차 증가되어 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수를 증가시키되,
    상기 제어부는 상기 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 엔진에서 상기 정류기로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값 이상으로 증가되면 상기 DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 인버터에서 상기 엔진으로 공급되는 정현파 형태의 전류는 점차 증가되어 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수를 증가시키되,
    상기 제어부는 상기 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 캐패시터의 전압이 미리 결정된 값 이상으로 증가되면 상기 DC전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템.
  7. 일단은 DC 전원부에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원부로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터; 및 상기 DC 전원부를 제어하는 제어부를 포함하는 엔진 발전 시스템에서,
    상기 제어부에 의하여 수행되는,
    상기 DC 전원부에서의 전류 공급을 점차 증가시키되, 미리 결정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 조건을 만족하면 DC 전원부에서의 전류 공급을 중단시키는 단계를 포함하는 엔진 발전 시스템 구동 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 미리 결정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계는,
    상기 인버터에서 출력되는 상기 정현파 형태의 전류 값을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 측정된 상기 전류 값이 미리 결정된 값 이하로 감소하면 상기 미리 결정된 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템 구동 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 미리 결정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계는
    상기 엔진에서 정류기로 공급되는 전류 값을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 측정된 상기 전류 값이 미리 결정된 값 이상으로 증가되면 상기 미리 결정된 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템 구동 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 정류기는 브리지 정류기이고,
    상기 정류기의 출력 양단에 캐패시터가 커플링되어 있고,
    상기 미리 결정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계는
    상기 캐패시터에 걸리는 전압을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상인 경우에, 측정된 상기 전압이 미리 결정된 값 이상으로 증가되면 상기 미리 결정된 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템 구동 방법.
  11. 일단은 DC 전원부에 커플링되고 타단은 엔진에 커플링되어, DC 전원부로부터 공급되는 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하여 엔진으로 공급하는 인버터; 일단은 상기 엔진에 커플링되고 타단은 컨버터에 커플링되어, 상기 엔진으로부터 생성된 정현파 형태의 전류를 직류로 변환하는 정류기; 및 일단은 상기 정류기에 커플링되고 타단은 로드부에 커플링되어, 상기 정류기에서 입력된 직류 전류를 정현파 형태의 전류로 변환하는 컨버터를 포함하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치로서,
    엔진 발전 시스템 내의 전류 또는 전압이 측정된 신호를 수신하는 수신부;
    측정부에서 측정된 전류 또는 전압과 미리 결정된 값보다 큰지 작은지 여부를 판단하는 판단부;
    상기 미리 결정된 값이 저장되어 있는 저장부; 및
    상기 판단부의 판단에 따라 상기 DC 전원부의 동작을 제어하는 신호를 생성하는 DC 전원 구동 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 수신부는 상기 인버터에서 출력되는 상기 정현파 형태의 전류 값을 수신하고,
    상기 판단부가 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상이고, 인버터에서 출력되는 상기 정현파의 형태의 전류 값이 미리 결정된 값 이하로 감소한다고 판단하면,
    상기 DC 전원 구동 신호 생성부는 상기 DC 전원에서의 전류 공급을 중단시키도록 하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 수신부는 상기 엔진에서 상기 정류기로 공급되는 전류 값을 수신하고,
    상기 판단부가 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상이고, 상기 정류기로 공급되는 전류 값이 미리 결정된 값 이상으로 증가한다고 판단하면,
    상기 DC 전원 구동 신호 생성부는 상기 DC 전원에서의 전류 공급을 중단시키도록 하는 신호를 생성하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 정류기는 브리지 정류기이고,
    상기 정류기의 출력 양단에 캐패시터가 커플링되어 있고,
    상기 수신부는 상기 캐패시터에 걸리는 전압 값을 수신하고,
    상기 판단부가 상기 엔진의 피스톤의 진폭 및 진동 주파수가 소정의 값 이상이고, 상기 전압이 미리 결정된 값 이상으로 증가한다고 판단하면,
    상기 DC 전원 구동 신호 생성부는 상기 DC 전원에서의 전류 공급을 중단시키도록 하는 신호를 생성하는 엔진 발전 시스템의 구동을 제어하는 장치.
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