KR20190085248A - 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치 - Google Patents

동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부의 동력을 발전기로 전달하여 전기에너지를 발생시키기 위한 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치에 관한 것이다.
본 발명은, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와; 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 미리 설정된 일 방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 동력전달장치(10)를 개시한다.

Description

동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치{Power transmission device, dynamo-electric generator and wave energy generator having the same}
본 발명은 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부의 동력을 발전기로 전달하여 전기에너지를 발생시키기 위한 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치에 관한 것이다.
파력발전은 파도(파랑)의 운동에너지와 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 발전방식을 사용한다. 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형으로 나누고 설치형태에 따라 착저식(해저고정식), 부유식 등으로 분류할 수 있다.
파력발전은 소규모 발전이 가능하며, 발전기가 방파제로 활용될 수 있고, 한 번 설치해 놓으면 거의 영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 조력·조류발전 등 다른 해양에너지 발전에 비해 비교적 입지의 영향을 덜 받으며, 잠재적인 부존량이 9TW~20TW로 추정된다. 또한, 파력발전은 공해를 유발하지 않는 친환경 발전이라는 이점이 있다.
그러나, 파력발전은 파랑이 풍력에 비해 전기발생 출력변동이 심해 대규모 발전에 제약이 있으며, 현재의 기술로는 초기 제작비가 많이 들어가 발전단가가 높은 단점이 있다.
친환경 재생 에너지의 활용성을 높이기 위한 측면에서, 간단한 구조를 가지면서도 작은 파도에도 발전이 가능한 에너지 효율이 높은 파력발전기를 개발할 필요성이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점 및 필요성을 인식하여, 외부의 동력을 한 방향의 회전에너지로 변환하여 간단한 구조를 가지면서 파력발전의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와; 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 미리 설정된 일 방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 동력전달장치(10)를 개시한다.
상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 직선 막대형상의 한 쌍의 랙기어본체부(110)와, 상기 한 쌍의 랙기어본체부(110)가 대향하는 대향면에 형성된 한 쌍의 래칫톱니부(120)를 포함할 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 원판형상의 회전기어본체부(210)와, 상기 회전기어본체부(210)의 외곽부에 원주방향을 따라 설치되며 상기 래칫톱니부(120)과 맞물리도록 상기 회전기어본체부(210)의 외측으로 돌출되는 복수의 폴톱니부(220)들을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 래칫톱니부(120)는, 상기 폴톱니부(220)에 대한 걸림방향이 서로 반대로 형성될 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동 시 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 중 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림되며 한 쌍의 랙기어부(100) 중 나머지 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림해제될 수 있다.
상기 폴톱니부(220)는, 상기 회전기어본체부(210)에 탄성적으로 피봇결합될 수 있다.
상기 회전기어본체부(210)는, 상기 복수의 폴톱니부(220)들을 사이에 두고 상면 및 하면에 각각 배치되는 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)를 포함할 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 상기 회전기어본체부(210)의 회전축인 제1회전축(R1)을 통과하여 상기 제1회전기어본체부(212) 및 상기 제2회전기어본체부(214)를 결합시키는 결합샤프트(230)와, 상기 제1회전기어본체부(212) 및 상기 제2회전기어본체부(214)에 미리 설정된 피봇위치(P)에 상기 제1회전축(R1)과 평행한 제2회전축(R2)을 중심으로 상기 폴톱니부(220)를 피봇가능하게 결합시키는 피봇결합부재(240)와, 상기 회전기어본체부(210) 상의 미리 설정된 고정지점과 상기 폴톱니부(220) 사이에 설치되는 탄성부재(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 폴톱니부(220)는,"상기 회전기어본체부(210)의 회전중심(C)과 상기 피봇위치(P)를 연결한 직선방향"에 대해 경사를 이룰 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명에 따른 발전장치는, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 동력전달장치(10)와; 상기 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부를 포함한다.
상기 전기발전장치는, 상기 회전기어부(200)의 단위시간당 회전수를 변환하여 상기 에너지변환부로 전달하기 위한 변환기어부를 더 포함할 수 있다.
상기 변환기어부는, 상기 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 제1회전축(R1)에 결합되어 상기 회전기어부(200)와 함께 회전되는 제1변환기어와, 상기 제1변환기어의 치형과 교합되어 상기 제1변환기어와 함께 회전되며 상기 에너지변환부에 회전에너지를 전달하는 제2변환기어를 포함할 수 있다.
상기 제1변환기어의 직경은 상기 제2변환기어의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명에 따른 파력발전장치는, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 동력전달장치(10)와; 상기 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부(20)와; "상기 한 쌍의 랙기어부(100)" 및 "상기 회전기어부(200)" 중 하나와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표부(40)를 포함한다.
상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 해수면 상에 수직하게 배치되고, 상기 부표부(40)에 결합될 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 해저면에 설치된 지지부재(50)와 결합되어 해수면 상측에 고정배치될 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 해수면 상측에 배치되도록 상기 부표부(40)에 결합될 수 있다.
상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 해수면 상측에 수직하게 배치되고, 해저면에 고정되어 지지될 수 있다.
상기 지지부재(50)는, 상기 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 제1회전축(R1) 양측에 결합되어 상기 회전기어부(200)를 지지하는 축지지부재(52)와, 상기 회전기어부(200)가 회전가능하도록 상기 축지지부재(52)와 상기 제1회전축(R1) 사이에 설치되는 베어링부재(54)와, 상기 축지지부재(52)를 해저면에 고정하는 해저고정부재(56)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 동력전달장치, 이를 포함하는 발전장치 및 파력발전장치는, 외부의 동력의 방향이 일방향이 아닌 양방향인 경우에도, 래칫기어와 폴의 조합을 통해 양방향의 외부의 동력을 일방향의 회전운동으로 변환함으로써 외부의 동력에 대한 활용성을 확대할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 동력전달장치를 포함하는 파력발전장치는, 파고에 의한 상하방향 운동을 일정한 한 방향의 회전운동으로 변환할 수 있고 파도의 움직임과 관계 없이 회전관성을 통해 자유 회전될 수 있어, 작은 파도에도 발전이 가능한 높은 에너지 효율을 가진 파력발전을 가능하게 하는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치를 보여주는 도면이다.
도 2은, 도 1의 파력발전장치의 구성 일부를 보여주는 확대도이다.
도 3은, 도 1의 파력발전장치의 구성 일부를 보여주는 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 파력발전장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 파력발전장치는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 동력전달장치(10)와; 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부(20)와; 랙기어부(100) 및 회전기어부(200) 중 하나와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표부(40)를 포함한다.
상기 동력전달장치(10)는, 외부의 선형운동을 회전운동으로 변환하여 전달하는 장치로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 동력전달장치(10)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와; 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 미리 설정된 일 방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함할 수 있다.
상기 랙기어부(100)는, 직선 막대의 일면에 치(齒)형이 형성된 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 서로 미리 설정된 간격(D)만큼 이격되어 평행하게 설치되며, 이때 한 쌍의 랙기어부(100)에 형성된 치형은 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 직선 막대형상의 한 쌍의 랙기어본체부(110)와, 한 쌍의 랙기어본체부(110)가 대향하는 대향면에 형성된 한 쌍의 래칫톱니부(120)를 포함할 수 있다.
상기 랙기어본체부(110)는, 직선 막대형상의 부재로서, 강성이 있는 재질이면 다양한 재질이 가능하다.
상기 래칫톱니부(120)는, 한 쌍의 랙기어본체부(110)의 각 대향면에 랙기어본체부(110)의 길이방향을 따라 형성되는 래칫(ratchet) 형상의 톱니로 다양한 구성이 가능하며, 장치의 크기에 따라 다양한 크기 및 피치로 형성될 수 있다.
상기 래칫톱니부(120)는, 폴부재(pawl)와 조합을 통해 일 방향으로는 폴부재와 걸림해제되어 자유롭게 이동가능하고, 반대 방향으로는 폴부재와 걸림되어 이동이 제한되는 톱니종류로, 당업자에게 자명한 기술인바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 한 쌍의 래칫톱니부(120)의 걸림방향은, 랙기어본체부(110)의 길이방향을 기준으로 서로 반대로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 랙기어본체부(110)가 지면에 대해 수직인 방향으로 설치되어 있는 경우, 한 쌍의 래칫톱니부(120) 중 하나는 상측방향 이동시 폴부재에 걸림되고, 나머지 하나는 하측방향 이동시 폴부재에 걸림되도록 형성될 수 있다.
상기 회전기어부(200)는, 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 미리 설정된 일 방향으로 회전되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로, 상기 회전기어부(200)는, 원판형상의 회전기어본체부(210)와, 회전기어본체부(210)의 외곽부에 원주방향을 따라 설치되며 래칫톱니부(120)과 맞물리도록 회전기어본체부(210)의 외측으로 돌출되는 복수의 폴톱니부(220)들을 포함할 수 있다.
상기 회전기어본체부(210)는, 원판형상의 부재로 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되며, 강성이 있는 재질이면 다양한 재질이 가능하다.
상기 회전기어본체부(210)는, 상기 한 쌍의 랙기어부(100)가 배치되는 배치평면(도 1에서, X-Z 평면)에 대해 수직한 축(도 1에서, Y축)을 회전축(R1, 이하, 제1회전축(R1)이라 한다)으로 회전가능하게 설치될 수 있다.
상기 폴톱니부(220)는, 회전기어본체부(210)의 외곽부에 원주방향을 따라 설치되며 래칫톱니부(120)과 맞물리도록 회전기어본체부(210)의 외측으로 돌출되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 폴톱니부(220)는, 래칫톱니부(120)의 상대이동방향에 따라 걸림되거나 또는 걸림해제될 수 있다면 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 폴톱니부(220)의 개수는, 설계에 따라 적절한 수로 형성될 수 있음은 물론이다.
예로서, 상기 폴톱니부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전기어본체부(210)의 외측으로 갈수록 폭이 좁아지는 물방울 형태로 형성될 수 있으나 이는 하나의 실시예일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 폴톱니부(220)는, 미리 설정된 피봇위치(P)에서 회전기어본체부(210)에 탄성적으로 피봇결합될 수 있다.
그에 따라, 상기 폴톱니부(220)는, 제1회전축(R1)을 중심으로 한 회전기어본체부(210)의 회전에 의해 제1회전축(R1)을 중심으로 하는 원형 경로를 따라 병진이동 함과 동시에 피봇위치(P)에서 회전기어본체부(210)에 대해 탄성적으로 회전될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전기어본체부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 폴톱니부(220)들을 사이에 두고 상면 및 하면에 각각 배치되는 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)를 포함할 수 있다.
상기 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)는, 동일한 크기를 가지는 원판 형상으로 형성되어 상하로 간격을 두고 포개지도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 회전기어부(200)는, 회전기어본체부(210)의 회전축인 제1회전축(R1)을 통과하여 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)를 결합시키는 결합샤프트(230)와, 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)에 미리 설정된 피봇위치(P)에 제1회전축(R1)과 평행한 제2회전축(R2)을 중심으로 폴톱니부(220)를 피봇가능하게 결합시키는 피봇결합부재(240)와, 회전기어본체부(210) 상의 미리 설정된 고정지점(F)과 폴톱니부(220) 사이에 설치되는 탄성부재(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 결합샤프트(230)는, 회전기어본체부(210)의 회전축인 제1회전축(R1)을 통과하여 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)를 결합시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 결합샤프트(230)는 회전기어부(200)를 지지하기 위한 지지부재(50)와 결합될 수 있으며 이때 결합샤프트(230)와 지지부재(50) 사이에는 회전기어부(200)의 회전에 따른 결합샤프트(230)의 회전을 가능하게 하기 위한 베어링부재(54)가 설치될 수 있다.
상기 피봇결합부재(240)는, 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)에 미리 설정된 피봇위치(P)에 제1회전축(R1)과 평행한 제2회전축(R2)을 중심으로 폴톱니부(220)를 피봇가능하게 결합시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 피봇위치(P)는, 폴톱니부(220)가 회전기어본체부(210)에 결합되는 지점으로서, 폴톱니부(220)의 개수에 따라 회전기어본체부(210)의 가장자리 원주방향을 따라 복수개 설정될 수 있다.
상기 복수의 피봇위치(P)는, 회전기어본체부(210)의 회전중심(C)에 대해 등간격으로 배치됨이 바람직하다.
상기 피봇결합부재(240)는, 회전기어본체부(210)의 제1회전축(R1)과 평행한 제2회전축(R2)을 형성함으로써, 폴톱니부(220)가 회전기어본체부(210)에 대해 제2회전축(R2)을 중심으로 피봇가능하게 결합될 수 있다. 한편, 도 3은, 도 2의 회전기어부(200)를 X-Y평면에서 본 모습으로, 구성간 결합관계를 명확히 설명하기 위하여. 회전기어본체부(210), 결합샤프트(230), 피봇결합부재(240) 및 베어링(54) 만을 도시하고 다른 구성요소는 도시를 생략하였다.
상기 탄성부재(250)는, 회전기어본체부(210) 상의 미리 설정된 고정지점(F)과 폴톱니부(220) 사이에 설치되어 폴톱니부(220)의 피봇변위에 따라 폴톱니부(220)에 복원력을 제공하는 구성으로, 판스프링, 코일스프링 등 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 폴톱니부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 래칫톱니부(120)와 치형교합되면서도 탄성부재(250)에 의한 탄성적 피봇이 용이하게 이루어지도록 하기 위하여 힘의 평형상태에서 "회전기어본체부(210)의 회전중심(C)과 피봇위치(P)를 연결한 직선방향"에 대해 경사(Θ)를 이루도록 배치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 폴톱니부(220)는, 피봇위치(P)를 중심으로 회전되는 피봇변위가 제한되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴톱니부(220)는, 힘의 평형상태에서 회전기어본체부(210)의 중심을 향하는 방향(도 2 기준으로, 탄성부재(250)가 압축되는 방향)으로는 회전되나, 그와 반대로 회전기어본체부(210)의 외측을 향하는 방향(도 2 기준으로, 탄성부재(250)가 인장되는 방향)으로는 회전되지 않도록 구성됨이 바람직하다. 이때, 상기 회전기어부(200)는, 폴톱니부(220)의 피봇변위를 제한하는 스토퍼(미도시)와 같은 이동범위제한부재를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴톱니부(220)는, 힘의 평형위치에서 "회전기어본체부(210)의 회전중심(C)과 피봇위치(P)를 연결한 직선방향"에 대해 시계방향 또는 반시계방향으로 경사를 이루도록 배치될 수 있다.
상기 폴톱니부(220)의 경사방향은 양 측에 배치된 한 쌍의 래칫톱니부(120)의 걸림해제방향(또는 걸림방향)에 따라 결정된다.
한편, 도 3의 실시예는, 회전기어부(200)의 일 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 회전기어본체부(210)가 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)로 구성되는 것뿐 만 아니라 단일한 하나의 부재로 구성되는 것도 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 동력전달장치(10)에서, 상기 회전기어부(200)는, 한 쌍의 랙기어부(100)에 대하여 랙기어부(100)의 길이방향을 기준으로 양방향 상대선형이동 가능하게 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 형성된 래칫톱니부(120)의 걸림방향(또는 걸림해제방향)이 서로 반대방향으로 형성되어 있고 회전기어부(200)의 폴톱니부(220)가 회전기어부(200)에 대해 탄성적으로 피봇결합되므로, 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 회전기어부(200)의 상대선형이동 시, 회전기어부(200)는 한 쌍의 랙기어부(100) 중 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림되며, 한 쌍의 랙기어부(100) 중 나머지 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림해제될 수 있다.
상기 회전기어부(200)는 회전중심(C)을 지나는 제1회전축(R1)에 대해 회전가능하게 설치되므로, 걸림된 측의 래칫톱니부(120)에 의해 회전기어부(200)가 회전되며 걸림해제된 측의 래칫톱니부(120)에 대해서는 회전기어부(200)가 자유이동될 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 회전기어부(200)가 한 쌍의 랙기어부(100)에 대해 상대 상방이동하는 경우, 회전기어부(200)는 도면 기준 좌측에 배치된 랙기어부(100)(상대 하방이동이 걸림방향인 래칫기어부(120) 형성)에 대해 자유이동되며, 도면 기준 우측에 배치된 랙기어부(100)(상대 상방이동이 걸림방향인 래칫기어부(120) 형성)에 폴톱니부(220)가 걸림되어 회전기어부(200) 자체가 제1회전축(R1)을 중심으로 반시계방향(도면기준 화살표방향)으로 회전된다.
반대로, 상기 회전기어부(200)가 한 쌍의 랙기어부(100)에 대해 상대 하방이동하는 경우, 회전기어부(200)는 도면 기준 우측에 배치된 랙기어부(100)(상대 상방이동이 걸림방향인 래칫기어부(120) 형성)에 대해 자유이동되며, 도면 기준 좌측에 배치된 랙기어부(100)(상대 하방이동이 걸림방향인 래칫기어부(120) 형성)에 폴톱니부(220)가 걸림되어 회전기어부(200) 자체가 제1회전축(R1)을 중심으로 반시계방향(도면기준 화살표방향)으로 회전된다.
결론적으로, 본 발명에 따른 동력전달장치(10)는, 회전기어부(200)가 상대 상방이동 하는 경우 및 상대 하방이동 하는 경우 모두 회전기어부(200)는 미리 설정(설계)된 한 방향(여기서는, 반시계방향)으로만 회전되게 구성될 수 있다.
따라서, 회전기어부(200)의 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대이동방향에 관계없이 회전기어부(200)의 회전방향을 특정한 한 방향으로 고정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 회전기어부(200)는, 회전기어부(200)의 회전속도가 걸림된 랙기어부(100)에 대한 상대속도 보다 작을 때만 걸림된 랙기어부(100)로 부터 동력을 전달받으므로, 회전기어부(200)가 자체적인 회전각속도를 가지고 있는 경우에는 랙기어부(100)에 대한 상대이동이 없는 경우에도, 자발적으로 회전가능한 구조를 제공할 수 있는 이점이 있다(프리휠 원리).
다른 측면에서 상기 동력전달장치(10)는, 회전기어부(200)의 일방향 회전에너지는 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부와 함께 발전장치를 구성할 수 있다.
구체적으로, 상기 발전장치는, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 상술한 동력전달장치(10)와; 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부를 포함할 수 있다.
상기 동력전달장치(10)는, 앞서 설명하였기에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 에너지변환부는, 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 구성으로 다양한 구성이 가능하며, 예로서, 회전자와 고정자로 구성되는 유도발전기일 수 있다.
또한, 상기 발전장치는, 회전기어부(200)의 단위시간당 회전수를 변환하여 에너지변환부로 전달하기 위한 변환기어부를 더 포함할 수 있다.
상기 변환기어부는, 두 개 이상의 기어가 교합되어 회전수를 변환할 수 있다면 다양한 기어시스템이 적용될 수 있다.
예로서, 상기 변환기어부는, 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 제1회전축(R1)에 결합되어 회전기어부(200)와 함께 회전되는 제1변환기어와, 제1변환기어의 치형과 교합되어 제1변환기어와 함께 회전되며 에너지변환부에 회전에너지를 전달하는 제2변환기어를 포함할 수 있다.
상기 제1변환기어 및 제2변환기어는 일반적인 스퍼기어 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1변환기어의 직경은 제2변환기어의 직경보다 크게 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제2변환기어의 치형 개수는, 회전기어부(200)의 단위시간당 회전수를 증폭시켜 에너지변환부에 전달하기 위하여, 제1변환기어의 치형 개수보다 작게 형성됨이 바람직하다.
또 다른 측면에서, 상기 동력전달장치(10)는, 랙기어부(100) 및 회전기어부(200) 중 하나와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표부(40)와 함께 파력발전장치를 구성할 수 있다.
상기 회전기어부(200)와 연결된 발전장치에서 생성되는 전기에너지는 회전기어부(200)의 각속도의 제곱에 비례하므로, 만약, 상기 부표부(40)의 상하이동에 따라 회전기어부(200)의 회전방향이 주기적으로 전환된다면 주기적으로 회전기어부(200)의 회전이 멈추는 결과를 야기하고, 그에 따라 전기에너지 발전효율이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 동력전달장치(10)는, 회전기어부(200)의 회전방향이 특정한 한 방향으로 고정될 수 있으며, 회전기어부(200)가 자체적인 회전각속도를 가지고 있는 경우에는 랙기어부(100)에 대한 상대이동이 없는 경우에도 회전기어부(200)가 자발적으로 회전가능한 구조를 제공할 수 있으므로, 상하방향 상대운동을 형성하는 파고를 이용한 파력발전기에 적용되는 경우 종래 파력발전기 대비 에너지 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 파력발전장치는, 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 상술한 동력전달장치(10)와; 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부(20)와; "한 쌍의 랙기어부(100)" 및 "회전기어부(200)" 중 하나 와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표부(40)를 포함할 수 있다.
상기 동력전달장치(10) 및 에너지변환부(20)는, 앞서 설명하였기에 여기서는 중복되는 부분에 대한 생략한다.
상기 부표부(40)는, "한 쌍의 랙기어부(100)" 및 "회전기어부(200)" 중 하나 와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표로서 다양한 재질 및 형상이 가능하다.
여기서, 상기 부표부(40)는, 파고에 의해 상하이동 되므로, 한 쌍의 랙기어부(40)는 해수면 상에 수직하게(수직방향을 길이방향으로) 배치됨이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 부표부(40)는 한 쌍의 랙기어부(100)에 결합될 수 있다.
이러한 경우, 한 쌍의 랙기어부(100)는 부표부(40)와 함께 상하이동되고, 회전기어부(200)는 미리 설정된 설치위치에 고정되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 회전기어부(200) 사이의 상대상하이동이 발생될 수 있다.
이때, 상기 회전기어부(200)는, 해저면에 설치된 지지부재(50)와 결합되어 해수면 상측에 고정배치될 수 있다.
상기 지지부재(50)는, 회전기어부(200)를 미리 설정된 위치에 고정하여 지지하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 지지부재(50)는, 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 회전축부재 양측에 결합되어 회전기어부(200)를 지지하는 축지지부재(52)와, 회전기어부(200)가 회전가능하도록 축지지부재(52)와 회전축부재 사이에 설치되는 베어링부재(54)와, 축지지부재(52)를 해저면에 고정하는 해저고정부재(56)를 포함할 수 있다.
상기 베어링부재(54)는, 회전기어부(200)의 지지부재(50)에 대한 회전을 가능하게 하는 구성으로 회전기어부(200)의 결합샤프트(230)의 양단에 설치될 수 있다.
상기 해저고정부재(56)는, 축지지부재(52)를 안정적으로 지지할 수 있다면 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 해저고정부재(56)는, 축지지부재(52)와 결합되고 해저면에 고정되는 기둥일 수 있으나, 이러한 경우 기둥을 해양퇴적층에 고정시키는데 있어 어려움이 발생될 가능성이 있다.
다른 예로서, 상기 해저고정부재(56)는, 해저면에 고정을 용이하게 하기 위하여, 축지지부재(52)의 양단에서 결합되는 복수의 수직기둥부(56a)들, 해수면 아래에서 복수의 수직기둥부(56a)들의 하부에 결합되는 지지부표부(56b)와, 지지부표부(56b)에 결합되어 해저퇴적층 가라앉는 무게추(56c)를 포함할 수 있다.
상기 수직기둥부(56a)는, 회전기어부(200)의 안정적인 지지를 위하여 충분한 강성을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 회전기어부(200)에 대한 한 쌍의 랙기어부(100)의 상하이동을 안정적으로 가이드하기 위하여 한 쌍의 랙기어부(100)에 설치된 가이드롤러부(62)의 선형이동경로를 제공하는 가이드레일부(64)를 추가로 포함할 수 있다.
도면 상 도시되지는 않았으나, 다른 실시예에서, 상기 부표부(40)는 회전기어부(200)에 결합될 수 있다.
이러한 경우, 회전기어부(200)는 부표부(40)와 함께 상하이동되고, 한 쌍의 랙기어부(100)는 미리 설정된 설치위치에 고정되어 한 쌍의 랙기어부(100)와 회전기어부(200) 사이의 상대상하이동이 발생될 수 있다.
상기 부표부(40)가 회전기어부(200)에 결합되는 경우에도, 상술한 지지부재(50)에 의하여 도 1의 실시예와 유사하게 구성될 수 있음은 물론이다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 동력전달장치 40: 부표부
100: 랙기어부 200: 회전기어부

Claims (12)

  1. 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와;
    상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 미리 설정된 일 방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하며,
    상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 직선 막대형상의 한 쌍의 랙기어본체부(110)와, 상기 한 쌍의 랙기어본체부(110)가 대향하는 대향면에 형성된 한 쌍의 래칫톱니부(120)를 포함하며,
    상기 회전기어부(200)는, 원판형상의 회전기어본체부(210)와, 상기 회전기어본체부(210)의 외곽부에 원주방향을 따라 설치되며 상기 래칫톱니부(120)과 맞물리도록 상기 회전기어본체부(210)의 외측으로 돌출되는 복수의 폴톱니부(220)들을 포함하며,
    상기 한 쌍의 래칫톱니부(120)는, 상기 폴톱니부(220)에 대한 걸림방향이 서로 반대로 형성되며,
    상기 회전기어부(200)는, 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동 시 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 중 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림되며 한 쌍의 랙기어부(100) 중 나머지 하나에 형성된 래칫톱니부(120)에 걸림해제되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴톱니부(220)는, 상기 회전기어본체부(210)에 탄성적으로 피봇결합되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치(10).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전기어본체부(210)는, 상기 복수의 폴톱니부(220)들을 사이에 두고 상면 및 하면에 각각 배치되는 제1회전기어본체부(212) 및 제2회전기어본체부(214)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치(10).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 회전기어부(200)는,
    상기 회전기어본체부(210)의 회전축인 제1회전축(R1)을 통과하여 상기 제1회전기어본체부(212) 및 상기 제2회전기어본체부(214)를 결합시키는 결합샤프트(230)와, 상기 제1회전기어본체부(212) 및 상기 제2회전기어본체부(214)에 미리 설정된 피봇위치(P)에 상기 제1회전축(R1)과 평행한 제2회전축(R2)을 중심으로 상기 폴톱니부(220)를 피봇가능하게 결합시키는 피봇결합부재(240)와, 상기 회전기어본체부(210) 상의 미리 설정된 고정지점과 상기 폴톱니부(220) 사이에 설치되는 탄성부재(250)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력전달장치(10).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 폴톱니부(220)는,"상기 회전기어본체부(210)의 회전중심(C)과 상기 피봇위치(P)를 연결한 직선방향"에 대해 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 동력전달장치(10).
  6. 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 따른 동력전달장치(10)와;
    상기 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부를 포함하는 발전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전기발전장치는, 상기 회전기어부(200)의 단위시간당 회전수를 변환하여 상기 에너지변환부로 전달하기 위한 변환기어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 변환기어부는,
    상기 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 제1회전축(R1)에 결합되어 상기 회전기어부(200)와 함께 회전되는 제1변환기어와, 상기 제1변환기어의 치형과 교합되어 상기 제1변환기어와 함께 회전되며 상기 에너지변환부에 회전에너지를 전달하는 제2변환기어를 포함하며,
    상기 제1변환기어의 직경은 상기 제2변환기어의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  9. 서로 이격되어 평행하게 설치되는 한 쌍의 랙기어부(100)와, 상기 한 쌍의 랙기어부(100) 사이에 배치되어 상기 한 쌍의 랙기어부(100)와 교합되며 상기 한 쌍의 랙기어부(100)에 대한 상대선형이동에 따라 일방향으로 회전되는 회전기어부(200)를 포함하는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 따른 동력전달장치(10)와;
    상기 회전기어부(200)의 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하는 에너지변환부(20)와;
    "상기 한 쌍의 랙기어부(100)" 및 "상기 회전기어부(200)" 중 하나와 결합되며 해수면 상에 띄어져 파고(wave height)에 의해 상하이동 되는 부표부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 해수면 상에 수직하게 배치되고, 상기 부표부(40)에 결합되며,
    상기 회전기어부(200)는, 해저면에 설치된 지지부재(50)와 결합되어 해수면 상측에 고정배치되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 회전기어부(200)는, 해수면 상측에 배치되도록 상기 부표부(40)에 결합되며,
    상기 한 쌍의 랙기어부(100)는, 해수면 상측에 수직하게 배치되고, 해저면에 고정되어 지지되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 지지부재(50)는, 상기 회전기어부(200)의 회전중심(C)을 통과하는 제1회전축(R1) 양측에 결합되어 상기 회전기어부(200)를 지지하는 축지지부재(52)와, 상기 회전기어부(200)가 회전가능하도록 상기 축지지부재(52)와 상기 제1회전축(R1) 사이에 설치되는 베어링부재(54)와, 상기 축지지부재(52)를 해저면에 고정하는 해저고정부재(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
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