KR20200050020A

KR20200050020A - 토크 출력 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 발전시스템

Info

Publication number: KR20200050020A
Application number: KR1020180131329A
Authority: KR
Inventors: 김정호; 김동해; 이영옥
Original assignee: 김정호; 김동해; 이영옥; (주)포츠비
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-11

Abstract

본 발명은 토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기 등의 회전축의 공진 현상을 이용하여 발전기의 회전축 토크를 향상시킴은 물론 발전장치인 제네레이터가 회전시 자장에 의해 발생하는 코깅 현상을 상쇄시켜 전력생산량을 증산(增産)시킬 수 있도록 구성된 토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 원형 형태의 링; 상기 링의 정중앙에 배치되어 회전축에 축 결합되는 로터; 상기 로터를 중심으로 상/하측에 각각 상호 대향되게 구비되며, 각 일단부가 로터에 각각 고정되고, 각 타단부가 링에 각각 고정되는 제1 및 제2가이드바; 상기 제1 및 제2가이드바의 각 타단부에 관통된 상태로 고정되는 고정지지대; 중앙에 길이방향으로 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 상기 제1 및 제2가이드바에 각각 끼워지는 제1 및 제2추; 및 상기 로터를 중심으로 양측에 각각 구비되어 상기 제1 및 제2추를 각각 제1 및 제2가이드바의 길이방향으로 왕복 이동시키는 추이동수단;을 포함하는 토크 향상용 회전장치를 제공한다.
또한, 내부공간이 마련된 하우징; 상기 하우징 내에 구비되어 DC 전류를 생성하는 다수의 태양전지모듈과 연결되어 생성된 전류가 저장되는 충전부; 상기 충전부와 연결되어 충전되는 배터리; 상기 배터리와 연결되어 생성된 DC전류를 AC전류로 변환하는 인버터; 상기 인버터를 통해 AC전류로 변환된 전원을 인가받아 동작하는 감속모터; 상기 감속모터의 회전축에 축 결합되어 연동회전하는 상기 토크 향상용 회전장치; 및 상기 토크 향상용 회전장치의 회전축에 축 결합되는 저속 제너레이터;를 포함하는 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템을 제공한다.

Description

토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템{Rotator for torque improvement and high efficiency green energy generation system}

본 발명은 토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기 등의 회전축의 공진 현상을 이용하여 발전기의 회전축 토크를 향상시킴은 물론 발전장치인 제네레이터가 회전시 자장에 의해 발생하는 코깅 현상을 상쇄시켜 전력생산량을 증산(增産)시킬 수 있도록 구성된 토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 교류전력의 발전시스템은 회전체를 회전시켜 회전체가 회전되는 힘(Torque)을 발전장치인 제너레이터(Generator)를 회전시킴으로서 전기를 발생하는 회전체와 제너레이터를 이용한 발전방식이다.

따라서, 수력발전시스템 수력의 낙차의 힘 이용하여 터빈을 회전시켜, 터빈의 회전력(Torque)을 이용하여 발전장치인 제너레이터(Generator)를 회전시킴으로서 전기를 발생시키는 발전시스템이며, 풍력발전시스템 풍력의 힘 이용하여 날개(블레이드)를 회전시켜 날개의 회전력(Torque)을 이용하여 발전장치인 제너레이터 (Generator)를 회전시킴으로서 전기를 발생시키는 발전시스템이며, 화력발전시스템 화력으로 보일러의 수증기 배출의 힘 이용하여 터빈을 회전시켜 터빈의 회전력(Torque)을 이용하여 발전장치인 제너레이터(Generator)를 회전시킴으로서 전기를 발생시키는 발전시스템이다.

이와 같은 회전체의 회전력(Torque)을 이용하여 발전장치인 제너레이터 (Generator)를 회전시킴으로서 전기를 발생시키는 종래기술들은 어떠한 방법으로 전류를 생성시키더라도 아래와 같은 발전시스템의 단점이 있다.

즉, 수력발전시설 등은 초기 투자비용이 크며, 수력 발전시설 설치를 위해서는 수량이 풍주한면서 낙차가 커야 발전 효율을 극대화 시킬 수 있는 만큼 이에 적합한 설치 공간 확보가 어려움은 물론, 통상 수력발전시설을 위해서는 물을 모야 가둘 수 있는 댐 건설이 선행되고, 설치를 위한 장소와 공간이 지형적으로 확보가 어려운 실정이다.

이러한 수력발전시설 설치의 문제점과 단점을 보완 및 개선하고자 하는 기술이 여러 형태로 연구/개발되었으나 터빈의 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 터빈이 소개된 바 있으나, 여전히 발전 효율이 낮다는 문제점이 제기되었다.

또한, 종래에는 발전의 증산을 위해서 터빈의 규모(부피)를 크게 제작하여 입력축의 토크를 높이거나, 고속 제네레이터 등을 사용하여 회전속도 등을 높여서 사용하였다.

그러나 이는 회전축과 베어링에 부하만 가중시키게 되고, 발전기 시스템의 크기가 거대해지므로 설치공간을 많이 차지할 뿐만 아니라, 설치제작단가가 높아지므로 투입 비용대비 전력의 출력량이 작다는 문제점이 제기되었다.

일반적으로 태양광 발전시스템은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환장치로 구성되어 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다.

따라서 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서, 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것과, 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지 및 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있다.

태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체기술의 발달과 반도체 특성에 의해 자연스럽게 개선된 태양전지가 개발되고 있다.

태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고 있으며, 2개의 반도체 경계 부분을 PN접합(PN-junction)이라 하고 있다.

대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에 보론(boron:붕소)을 첨가한 P형 실리콘반도체를 기본으로 하여 그 표면에 인(phosphorous)을 확산시켜 N형 실리콘 반도체층을 형성함으로서 만들어지는 방법이 있으며, 이 PN접합에 의해 전계(電界)를 발생시키는 방법이다.

이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와 정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 되며, 자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 된다.

또한, P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하여 전류를 발생시키는 방법이 있으나, 이와 같은 PN접합에 의한 종래기술들은 어떠한 방법으로 전류를 생성시키더라도 아래와 같은 태양광발전의 단점이 있다.

즉, 태양광발전시설의 초기 투자비용이 크며, 태양광 설치를 위해서는 태양광 모듈이 정남향으로 향해야 발전 효율을 극대화 시킬 수 있는 만큼 이에 적합한 설치 공간 확보가 어려움은 물론, 통상 태양광 모듈은 정남향에 30도에 가깝게 설치해야 하므로 음영 구간을 감안한다고 하더라도 태양광 모듈 면적 대비 약 2배 정도의 설치 공간이 필요하다.

이러한 태양광 발전의 문제점과 단점을 보완 및 개선하고자 하는 기술로 태양광 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 지붕 일체형 태양광 발전모듈이 소개된 바 있으나, 여전히 발전 효율이 낮다는 문제점이 제기되었다.

또한, 종래에는 발전의 증산을 위해서 규모(부피)를 크게 제작하여 입력축의 토크를 높이거나, 고속모터 등을 사용하여 회전속도 등을 높여서 사용하였다.

그러나 이는 회전축과 베어링에 부하만 가중시키게 되고, 발전기의 크기가 거대해지므로 설치공간을 많이 차지할 뿐만 아니라, 제작단가가 높아지므로 투입비용대비 출력량이 작다는 문제점이 제기되었다.

대한민국 등록특허 제10-1461042호가 등록된 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 공명공진현상의 원리를 적용하여 토크(torque)를 높일 수 있도록 구성한 토크 향상용 회전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 토크를 높이기 위하여 회전축으로부터의 거리(반지름)를 늘리고 회전을 감속시킴으로써, 토크를 효율적으로 향상시킬 수 있도록 구성한 토크 향상용 회전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제네레이터가 회전하면서 전력을 생산할 때(부하를 걸을 때) 자기장 코킹(cogging)을 상쇄시켜 제네레이터의 회전시 필요 토크를 감소시킬 수 있도록 구성된 저속 제너레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기와 같이 구성된 토크 향상용 회전장치 및 저속 제너레이터를 적용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 원형 형태의 링; 상기 링의 정중앙에 배치되어 회전축에 축 결합되는 로터; 상기 로터를 중심으로 상/하측에 각각 상호 대향되게 구비되며, 각 일단부가 로터에 각각 고정되고, 각 타단부가 링에 각각 고정되는 제1 및 제2가이드바; 상기 제1 및 제2가이드바의 각 타단부에 관통된 상태로 고정되는 고정지지대; 중앙에 길이방향으로 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 상기 제1 및 제2가이드바에 각각 끼워지는 제1 및 제2추; 및 상기 로터를 중심으로 양측에 각각 구비되어 상기 제1 및 제2추를 각각 제1 및 제2가이드바의 길이방향으로 왕복 이동시키는 추이동수단;을 포함하는 토크 향상용 회전장치를 제공한다.

또한, 상기 추이동수단은 상기 각 고정지지대의 일단부에 양단부가 각각 고정되는 제1지지프레임과, 상기 제1지지프레임의 외측면에 제1타이밍벨트에 의해 연결된 한 쌍의 제1롤러와, 상기 한 쌍의 제1롤러 중 어느 하나에 축 결합되어 제1롤러를 회전 구동시키는 제1모터와, 상기 제1타이밍벨트에 일단부가 고정되며 타단부가 제2추에 고정되어 제2추의 이동을 가이드 하는 제1가이드브라켓을 포함하는 제1추이송부; 및 상기 각 고정지지대의 타단부에 양단부가 각각 고정되는 제2지지프레임과, 상기 제2지지프레임의 외측면에 제2타이밍벨트에 의해 연결된 한 쌍의 제2롤러와, 상기 한 쌍의 제2롤러 중 어느 하나에 축 결합되어 제2롤러를 회전 구동시키는 제2모터와, 상기 제2타이밍벨트에 일단부가 고정되며, 타단부가 제1추에 고정되어 제1추의 이동을 가이드 하는 제2가이드브라켓을 포함하는 제2추이송부;가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템은 내부공간이 마련된 하우징; 상기 하우징 내에 구비되어 DC 전류를 생성하는 다수의 태양전지모듈과 연결되어 생성된 전류가 저장되는 충전부; 상기 충전부와 연결되어 충전되는 배터리; 상기 배터리와 연결되어 생성된 DC전류를 AC전류로 변환하는 인버터; 상기 인버터를 통해 AC전류로 변환된 전원을 인가받아 동작하는 감속모터; 상기 감속모터의 회전축에 축 결합되어 연동회전하는 상기 토크 향상용 회전장치; 및 상기 토크 향상용 회전장치의 회전축에 축 결합되는 저속 제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저속 제너레이터는 내부공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내측 바닥에 구비되는 회전원판; 상기 회전원판의 중앙에 배치되는 코일이 감긴 스테이터; 상기 스테이터의 외륜과 대향되게 회전원판 상에 설치되는 아웃터로터; 및 상기 스테이터의 내륜과 대향되게 회전원판 상에 설치되는 인너로터;을 포함하고,상기 아웃터로터의 원주방향을 따라 제1영구자석이 복수 개 배열되고, 상기 인너로터의 원주방향을 따라 상기 제1영구자석과 동일한 개수로 제2영구자석이 배열된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아웃터로터와 인너로터는 상기 스테이터를 중심으로 방사상으로 1°만큼 서로 어긋나게 구비되는 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 토크 향상용 회전장치는 제1 및 제2가이드바에 제1 및 제2추부재를 구비시키고, 링의 회전시 추이동수단이 제1 및 제2추부재를 제1 및 제2가이드바의 길이방향으로 왕복 이동시킴으로써, 회전 중심축으로부터 멀어질 때 중심축과 반대방향으로 힘이 작용하므로 토크를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성된 토크 향상용 회전장치는 감속모터의 회전축, 즉 태양전지모듈과 연결된 발전용 회전축에 적용함을써, 발전기의 전력 생산량을 증진시킬 수 있다.

또한, 별도의 하우징 내부에 본 발명인 고효율 태양광 발전기를 설치함으로써, 보관 및 운반이 용이한 하나의 발전기 형태로 제공할 수 있다.

또한, 발전에 필요한 원천에너지가 소량의 2차전지 또는 태양전지모듈에 의한 에너지이므로, CO₂의 배출없이 전기를 생산하는 고부가가치의 신개념 녹색재생에너지 사업의 새로운 지평을 열 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 정면에서 바라본 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 배면에서 바라본 사시도.
도 3은 본 발명에 적용된 추이동수단의 제1추이송부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 적용된 추이동수단에 의해 제1 및 제2추가 이동되는 상태를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템의 개념도.
도 6은 본 발명에 적용된 저속 제너레이터를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 개념도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

본 명세서에 사용되는 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에 적용되는 공명공진현상에 대해 이해하도록 한다.

공명공진현상이란 물체에 그 고유진동수와 같은 진동을 외부에서 가했을 때 큰 진폭으로 진동하는 현상으로, 본 발명은 우리 주변에서 볼 수 있는 그네에서 진자 운동의 공명 현상을 착안하였다.

도 7은 그네의 무게 중심의 변동에 의한 토크가 향상되는 효과를 개념적으로 나타낸 도면으로, 이를 참조하면, 그네를 밀 때 그네운동의 고유진동수에 맞게 그네를 밀게 되면, 그네는 높이 올라갈 수 있다. 이것은 그네를 진자운동으로 보았을 때 진동수와 가해진 고유진동수의 힘이 같아지면, 진폭이 커지게 되는 원리이다.

예를 들면, 사람이 타고 있는 그네를 밀 때 그네 운동의 고유 진동수에 맞게 그네를 밀게 되면, 그네는 더욱 높이 올라갈 수 있게 된다. 이는 그네를 진자의 운동으로 생각했을 때, 운동하는 진자의 진동수와 같은 고유 진동수의 힘을 가했을 때, 진폭이 커지게 되는 것으로 이해할 수 있다.

즉, 물체에 힘이 작용할 때 물체의 회전 운동은 힘의 크기, 방향, 힘이 작용하고 있는 점에서 회전축에 내린 수선의 길이와 이 직선과 힘이 작용하는 작용선과의 방향에 따라서 회전을 일으키는 효과가 다르다.

도 1에서 그네의 무게중심 변동에 의한 토크의 변화를 수식으로 표현한다면 힘의 모멘트 M은 힘 F와 힘의 작용선과 회전 중심 사이의 수직 거리 r과의 곱으로 나타낼 수 있다.

즉 : M = Fr (N·M)

여기서 r은 모멘트의 팔(moment arm)이라고 한다. 물체에 가해진 합력이 0이 아니면 물체는 가속도를 얻어 속도가 바뀐다. 이와 마찬가지로 어떤 중심축에 대해 물체에 토크가 가해지면 그 축을 중심으로 물체의 회전상태, 각운동량이 바뀐다. 이는 비틀림모멘트라고도 하며, 단위는 N·m(뉴턴미터) 또는 kgf·m(킬로그램힘미터 또는 킬로그램중미터)를 사용한다. 중심축이 고정되어 있고 축과 거리가 떨어진 곳에 힘이 작용할 때, 작용하는 힘이 중심축을 향하는 방향이 아니면 토크(Torque)가 생긴다.

도 7에서 반지름 r인 원형단면을 가지는 회전체가 축으로 받쳐져 있는 경우, 원주의 접선방향으로 힘 F가 작용하고 있다면 회전체는 Fr의 토크를 받아 회전운동을 한다.

따라서, 모든 회전체의 토크(Torque)를 증폭시키기 위해서는 회전체에 중심축이 고정되어 있고 축과 거리가 떨어진 곳에 힘이 작용할 때, 작용하는 힘의 방향이 중심축을 향하는 방향과 다르게 해야한다. 또한, 회전체에 중심축과 거리가 멀리 떨어지도록 하며, 멀리 떨어진 곳에 힘이 작용할 수 있도록 함이 중요해진다.

한편, 도면상에는 발명의 이해를 위해 일 실시예를 도시한 것으로, 그 비율이나 형태 크기 등은 실제 제작시 달라질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 정면에서 바라본 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 배면에서 바라본 사시도이며, 도 3은 본 발명에 적용된 추이동수단을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 적용된 추이동수단에 의해 제1 및 제2추부재가 이동되는 상태를 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명인 토크 향상용 회전장치(100)를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 토크 향상용 회전장치(100)는 크게 링(110), 로터(120), 제1 및 제2가이드바(131)(132), 고정지지대(140), 제1 및 제2추(151)(152) 및 추이동수단(160)을 포함하여 구성된다.

링(110)은 일정한 반지름을 갖는 원형 링 형태로 이루어져 로터(120)와 제1 및 제2가이드바(131)(132)를 지지해주는 역할을 수행함과 동시에 제1 및 제2가이드바(131)(132)의 안정성을 향상시킨다.

로터(120)는 링(110)의 중심에 위치되어 중앙에 결합홀(111)이 형성되며, 결합홀(111)을 통해 회전축에 축 결합된다.

제1 및 제2가이드바(131)(132)는 지선 형태의 봉 형상으로 이루어져 전술한 로터(120)를 중심으로 상/하측에 각각 상호 대향되게 구비되도록 각 일단부가 로터(120)에 각각 고정되고, 각 타단부가 링(110)에 각각 고정되면서 로터(120)를 지지함과 동시에 제1 및 제2추(151)(152)의 이동을 가이드 한다.

고정지지대(140)는 추이동수단(160)을 고정 지지하기 위한 것으로, 이와 같은 고정지지대(140)는 원형의 구 형태로 이루어져 중앙에 길이방향으로 홀이 형성되어 이 홀을 통해 제1 및 제2가이드바(131)(132)의 각 타단부에 각각 관통된 상태로 용접에 의해 고정된 상태로 구비된다.

제1 및 제2추(151)(152)는 제1 및 제2가이드바(131)(132)에 각각 관통되어 끼워진 상태로 구비되어 제1 및 제2가이드바(131)(132)의 길이방향을 따라 왕복 이동하는 것으로, 이와 같은 제1 및 제2추(151)(152)는 구 형태로 이루어져 각 중앙에는 제1 및 제2가이드바(131)(132)가 각각 관통될 수 있도록 길이방향으로 홀이 형성된다.

추이동수단(160)은 로터(120)를 중심으로 양측에 각각 구비되어 제1 및 제2추(151)(152)를 각각 제1 및 제2가이드바(131)(132)의 길이방향으로 왕복 이동시켜주는 것으로, 이와 같은 추이동수단(160)은 제1추이송부(161-1) 및 제2추이송부(162-1)를 포함하여 구성된다.

제1추이송부(160-1)는 상기 각 고정지지대(140)의 일단부에 양단부가 각각 고정되는 제1지지프레임(161-11)과, 상기 제1지지프레임(161-11)의 외측면에 제1타이밍벨트(161-12)에 의해 연결된 한 쌍의 제1롤러(161-13)와, 상기 한 쌍의 제1롤러(161-13) 중 어느 하나에 축 결합되어 제1롤러(161-13)를 회전 구동시키는 제1모터(161-14)와, 상기 제1타이밍벨트(161-12)에 일단부가 고정되며 타단부가 제2추(152)에 고정되어 제2추(152)의 이동을 가이드 하는 제1가이드브라켓(161-15)을 포함하여 구성된다.

이때, 제1지지프레임(160-11)의 일측 테두리에는 제1타이밍벨트(161-12)에 고정되어 양 방향으로 이동하는 제1가이드브라켓(161-12)의 이동거리를 제한해주는 한 쌍의 제1스토퍼(161-16)가 일정간격 떨어진 상태로 구비된다.

또한, 제1추이송부(160-1)에는 제1모터(160-14)와 전기적으로 연결되어 제1모터(161-14)의 회전 방향 및 회전속도를 제어하는 제1컨트롤러(160-17)가 포함될 수 있다.

제2추이송부(160-2)는 각 고정지지대(140)의 타단부에 양단부가 각각 고정되는 제2지지프레임(160-21)과, 상기 제2지지프레임(160-21)의 외측면에 제2타이밍벨트(160-22)에 의해 연결된 한 쌍의 제2롤러(160-23)와, 상기 한 쌍의 제2롤러(160-23) 중 어느 하나에 축 결합되어 제2롤러(160-23)를 회전 구동시키는 제2모터(160-24)와, 상기 제2타이밍벨트(160-22)에 일단부가 고정되며, 타단부가 제1추(151)에 고정되어 제1추(151)의 이동을 가이드 하는 제2가이드브라켓(160-25)을 포함하여 구성된다.

이때, 제2지지프레임(160-25)의 일측 테두리에는 제2타이밍벨트(160-22)에 고정되어 양 방향으로 이동하는 제2가이드브라켓(160-25)의 이동거리를 제한해주는 한 쌍의 제2스토퍼(160-26)가 일정간격 떨어진 상태로 구비된다.

또한, 제2추이송부(160-2)에는 제2모터(160-24)와 전기적으로 연결되어 제2모터(160-24)의 회전방향 및 회전속도를 제어하는 제2컨트롤러(160-27)가 포함될 수 있다.

한편, 제1추이송부(160-1)와 제2추이송부(160-2)는 서로 동일한 구성으로 이루어져 로터(120)를 중심으로 상호 대향되게 양단부가 서로 역방향으로 배치됨이 바람직하다. 그 이유는 무게중심의 발란스를 맞추기 위해서이다.

즉, 상기와 같이 구성된 본 발명의 토크 향상용 회전장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 로터(120)가 회전될 때 제1 및 제2가이드바(131)(132)에 각각 끼워진 제1 및 제2추(151)(152)를 제1 및 제2가이드바(131)(132)를 따라 외측 및 내측방향으로 왕복 이동시키므로 토크를 향상시킨다. 예를 들어 로터(120)가 6시에서 12시 방향으로 회전시(180도 회전) 제1 및 제2추(151)(152)가 외측방향으로 이동되고, 로터(120)가 재차 12시에서 6시 방향으로 회전시(360도 회전) 제1 및 제2추(151)(152)가 내측방향으로 이동되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템의 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명인 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템(200)은 하우징본체(210), 태양전지모듈(10)과 연결된 충전부(220), 배터리(230), 인버터(240), 감속모터(250), 저속 제너레이터(260) 및 토크 향상용 회전장치(100)를 포함하여 구성된다.

하우징본체(210)는 충전부(220), 배터리(230), 인버터(240), 감속모터(250), 토크 향상용 회전장치(100) 및 저속 제너레이터(260)가 내설되도록 내부공간이 마련된다.

충전부(220)는 다수의 태양전지모듈(10)로부터 생성된 DC 전류를 저장한다. 충전부(220)에 저장된 DC 전류는 배터리(230)에 충전되며, 배터리(230)에 충전된 DC 전류는 인버터(240)에 의해 AC 전류로 변환되어 감속모터(250)에 공급된다.

감속모터(250)의 회전축에는 본 발명인 토크 향상용 회전장치(100)와 저속 제너레이터(260)가 회전 가능하게 장착된다. 이때, 감속모터(250)는 RPM이 1,650이고, 마력수가 50 HP이며, 소요전력인 35KW인 감속기가 1/20인 Gered 모터를 사용할 것을 제안한다.

한편, 감속모터(250)는 DC 서보모터로 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 회전력 전달의 용이성과 내구성 향상을 위해 감속모터(250)의 회전축에는 회전자(251)를 구비시켜 토크 향상용 회전장치(100), 즉, 로터(120)에 회전자(251)를 축 결합시키는 것이 바람직하다.

또한, 저속 제너레이터(260)는 도 6에 도시된 바와 같이 내부공간을 가지는 하우징(261)과, 상기 하우징(261)의 내측 바닥에 구비되는 회전원판(262)과, 상기 회전원판(262)의 중앙에 배치되는 코일(263-1)이 감긴 스테이터(263)와, 상기 스테이터(263)의 외륜과 대향되게 회전원판(262) 상에 설치되는 아웃터로터(264) 및 상기 스테이터의 내륜과 대향되게 회전원판(262) 상에 설치되는 인너로터(265)를 포함하여 구성된다.

이때, 하우징(261)과 회전원판(262) 및 스테이터(263)의 중앙에는 감속모터(250)의 회전축이 관통될 수 있도록 홀(도면부호 없음)이 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 아웃터로터(264)의 원주방향을 따라 제1영구자석(264-1)이 복수 개 배열되고, 상기 인터로터(265)의 원주방향을 따라 상기 제1영구자석(264-1)과 동일한 개수로 제2영구자석(265-1)이 배열되는데, 이때 아웃터로터(264)와 인너로터(265)는 스테이터(263)를 중심으로 방사상으로 1°만큼 서로 어긋나게 구비됨이 바람직하다.

이와 같이 구성된 저속 제너레이터(260)는 종래에 영구자석에 의해 회전축에서 자계가 형성되고, 이 자계의 범위안에서 회전축이 회전하면 축류(shaft eddy current)가 발생할 수 밖에 없기 때문에 이 축류는 중심축을 타고 흘러 축과 맞물려 돌아가는 베어링에도 수직으로 영향을 미치므로 축을 타고 흐르는 축류에 의하여 영구자석의 효과를 감소시키는 역자기력(back magnetic force)이 발생하는 바, 이 역자기력이 수직으로 베어링에 영향을 미침으로써 코깅 토오크가 증가하게 되고 소음과 진동이 유발되며, 베어링의 마모가 가속화되는 문제점을 해결할 수 있다.

따라서, 아웃터로터(264)의 코깅토크와 인너로터(265)의 코깅토크가 상호 상쇄되어 코깅토크가 일어나지 않게 된다.

한편, 저속 제너레이터(260)는 RPM이 80 정도의 1MW/h용 제너레이터를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 토크 향상용 회전장치(100)는 별도의 케이스 내부에 구성할 수 있다. 이때, 토크 향상용 회전장치(100)를 별도의 케이스에 내설시에는 케이스는 회전축에 간섭되지 않아야 하며, 케이스의 하부는 하우징본체(210)의 하부면에 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명 토크 향상용 회전장치 및 이를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본 발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.

100 : 토크 향상용 회전장치 110 : 링
120 : 로터 131 : 제1가이드바
132 : 제2가이드바 140 : 고정지지대
151 : 제1추 152 : 제2추
160 : 추이동수단 161-1 : 제1추이송부
161-2 : 제2추이송부
200 : 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템
210 : 하우징본체 220 : 충전부
230 : 배터리 240 : 인버터
250 : 감속모터 251 : 회전자
260 : 저속 제너레이터

Claims

원형 형태의 링;
상기 링의 정중앙에 배치되어 회전축에 축 결합되는 로터;
상기 로터를 중심으로 상/하측에 각각 상호 대향되게 구비되며, 각 일단부가 로터에 각각 고정되고, 각 타단부가 링에 각각 고정되는 제1 및 제2가이드바;
상기 제1 및 제2가이드바의 각 타단부에 관통된 상태로 고정되는 고정지지대;
중앙에 길이방향으로 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 상기 제1 및 제2가이드바에 각각 끼워지는 제1 및 제2추; 및
상기 로터를 중심으로 양측에 각각 구비되어 상기 제1 및 제2추를 각각 제1 및 제2가이드바의 길이방향으로 왕복 이동시키는 추이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 향상용 회전장치.
제1항에 있어서,
상기 추이동수단은,
상기 각 고정지지대의 일단부에 양단부가 각각 고정되는 제1지지프레임과, 상기 제1지지프레임의 외측면에 제1타이밍벨트에 의해 연결된 한 쌍의 제1롤러와, 상기 한 쌍의 제1롤러 중 어느 하나에 축 결합되어 제1롤러를 회전 구동시키는 제1모터와, 상기 제1타이밍벨트에 일단부가 고정되며 타단부가 제2추에 고정되어 제2추의 이동을 가이드 하는 제1가이드브라켓을 포함하는 제1추이송부; 및
상기 각 고정지지대의 타단부에 양단부가 각각 고정되는 제2지지프레임과, 상기 제2지지프레임의 외측면에 제2타이밍벨트에 의해 연결된 한 쌍의 제2롤러와, 상기 한 쌍의 제2롤러 중 어느 하나에 축 결합되어 제2롤러를 회전 구동시키는 제2모터와, 상기 제2타이밍벨트에 일단부가 고정되며, 타단부가 제1추에 고정되어 제1추의 이동을 가이드 하는 제2가이드브라켓을 포함하는 제2추이송부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 토크 향상용 회전장치.
제1항에 기재된 상기 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템에 관한 것으로,
내부공간이 마련된 하우징;
상기 하우징 내에 구비되어 DC 전류를 생성하는 다수의 태양전지모듈과 연결되어 생성된 전류가 저장되는 충전부;
상기 충전부와 연결되어 충전되는 배터리;
상기 배터리와 연결되어 생성된 DC전류를 AC전류로 변환하는 인버터;
상기 인버터를 통해 AC전류로 변환된 전원을 인가받아 동작하는 감속모터;
상기 감속모터의 회전축에 축 결합되어 연동회전하는 상기 토크 향상용 회전장치; 및
상기 토크 향상용 회전장치의 회전축에 축 결합되는 저속 제너레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템.
제3항에 있어서,
상기 저속 제너레이터는,
내부공간을 가지는 하우징;
상기 하우징의 내측 바닥에 구비되는 회전원판;
상기 회전원판의 중앙에 배치되는 코일이 감긴 스테이터;
상기 스테이터의 외륜과 대향되게 회전원판 상에 설치되는 아웃터로터; 및
상기 스테이터의 내륜과 대향되게 회전원판 상에 설치되는 인너로터;을 포함하고,
상기 아웃터로터의 원주방향을 따라 제1영구자석이 복수 개 배열되고, 상기 인너로터의 원주방향을 따라 상기 제1영구자석과 동일한 개수로 제2영구자석이 배열된 것을 특징으로 하는 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템.
제4항에 있어서,
상기 아웃터로터와 인너로터는 상기 스테이터를 중심으로 방사상으로 1°만큼 서로 어긋나게 구비되는 특징으로 하는 토크 향상용 회전장치를 이용한 고효율 녹색 에너지 증산 발전시스템.