KR20210099979A - 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 신재생에너지를 공급받아 프리휠발전부를 통해 출력효율이 증대된 전기에너지를 외부로 송전할 수 있는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 외부로부터 전기에너지를 인가받아 전기에너지를 충전하는 배터리와; 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 회전동력을 발생시키는 모터와; 상기 모터로부터 회전동력을 전달받아 회전함에 따라 전기에너지를 발생시키며 발생된 전기에너지를 배터리로 전달하여 충전이 이루어지도록 하는 프리휠발전부와; 상기 모터 또는 프리휠발전부의 회전제어를 수행하는 제어부와; 상기 프리휠발전부로부터 발생된 전기에너지를 전달받아 충전한 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 외부 전력망으로 송전하기 위해 인버팅을 수행하는 계통연계형 인버터;를 포함한다.

Description

신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템{Freewheel Power Generation System Using Renewable Energy}

본 발명은 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 신재생에너지를 공급받아 회전함에 따라 발전이 이루어지는 프리휠발전부를 통해 출력효율이 증대된 전기에너지를 외부로 송전할 수 있는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 역학적 또는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치를 통칭하는 것으로, 최근 들어 보다 적은 에너지를 소비하여 많은 전기 에너지를 생산할 수 있도록 하는 다양한 방법들이 개발되고 있다.

특히 발전기는 회전력에 의해 구동되는 다양한 용도의 장치에는 전력에 의해 작동가능한 모터를 내장시켜 그 모터의 회전력에 의해 장치를 구동시키는 방식을 채택하여 사용하고 있는데, 간헐적으로 사용되는 장치나 전력 공급이 용이하지 않은 지역에서는 별도의 모터 등을 장착하는 것 자체가 비용적 측면에서 비효율적인 문제점을 갖게 되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 국내 등록특허 제0689263호 수동력 구동장치가 개시되어 있으나, 이는 단순히 기어의 조합에 의해서만 회전력을 발생시키므로 회전력을 지속시키거나 부가시키는 것에 한계가 있어 효율성이 떨어지는 문제점을 갖게 되었다.

또한, 대부분의 발전기들은 단순히 회전력에 의해 발생되는 관성력을 이용하여 전력을 생산하므로 별도의 회전력을 부가할 수 있는 수단이 없어 발전 효율이 높지 않으므로 환경을 오염시키는 연료를 사용하지 않고서도 고효율의 발전을 이룰 수 있는 장치가 절실한 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 신재생에너지를 공급받아 회전함에 따라 발전이 이루어지는 프리휠발전부를 통해 출력효율이 증대된 전기에너지를 외부로 송전할 수 있는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 외부로부터 전기에너지를 인가받아 전기에너지를 충전하는 배터리와; 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 회전동력을 발생시키는 모터와; 상기 모터로부터 회전동력을 전달받아 회전함에 따라 전기에너지를 발생시키며 발생된 전기에너지를 배터리로 전달하여 충전이 이루어지도록 하는 프리휠발전부와; 상기 모터 또는 프리휠발전부의 회전제어를 수행하는 제어부와; 상기 프리휠발전부로부터 발생된 전기에너지를 전달받아 충전한 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 외부 전력망으로 송전하기 위해 인버팅을 수행하는 계통연계형 인버터;를 포함한다.

여기서 상기 배터리로 전기에너지를 공급하는 외부 전기에너지는 신재생에너지이며, 상기 신재생에너지는 태양광에너지, 풍력에너지, 지열에너지, 바이오에너지 또는 조력에너지 중 선택되는 어느 하나이다.

또한 상기 프리휠발전부와 상기 모터 사이에는 모터의 회전동력을 감속하여 회전토크를 증대시키는 감속기가 포함되며, 상기 감속기와 프리휠발전부 사이에는 이들 간을 연결하여 회전력을 전달하는 커플러가 포함된다.

또한 상기 프리휠발전부는 상기 모터로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 회전자를 포함하되, 상기 회전자는 일정 두께를 가지며 내측에 코일을 설치된 원판하우징으로 형성되고, 상기 원판하우징의 중앙측보다 외주면측이 단위면적당 하중이 더 높도록 형성된다.

본 발명에 따르면 프리휠발전부의 원판하우징 외주면측이 하중이 높음에 따라 원판하우징이 회전할 때 원심력이 보다 증가하여 회전효율이 증대되어 발전효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠 발전시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠 발전시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠 발전시스템의 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠 발전시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠 발전시스템(100)은 크게 외부로부터 전기에너지를 인가받아 전기에너지를 충전하는 배터리(10)와, 상기 배터리(10)로부터 전원을 공급받아 회전동력을 발생시키는 모터(20)와, 상기 모터(20)로부터 회전동력을 전달받아 회전함에 따라 전기에너지를 발생시키며 발생된 전기에너지를 배터리(10)로 전달하여 충전이 이루어지도록 하는 프리휠발전부(30)와, 상기 모터(20) 또는 프리휠발전부(30)의 회전제어를 수행하는 제어부(40)와, 상기 프리휠발전부(30)로부터 발생된 전기에너지를 전달받아 충전한 배터리(10)로부터 전기에너지를 공급받아 외부 전력망으로 송전하기 위해 인버팅을 수행하는 계통연계형 인버터(50)로 구성된다.

여기서 상기 배터리(10)는 전기에너지의 충전 및 방전을 수행하며 외부로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고, 충전된 전기에너지를 외부로 공급하기 위해 구비된다.

이러한 상기 배터리(10)는 외부로부터 전기에너지를 공급받는데, 이러한 외부 전기에너지는 본 발명의 일실시예에 따라 신재생에너지가 적용될 수 있으며, 이러한 신재생에너지로는 태양광에너지, 풍력에너지, 지열에너지, 바이오에너지 또는 조력에너지가 해당될 수 있다.

이에 따라 충전된 전기에너지는 후술할 모터(20)의 회전 시 공급되게 된다.

여기서 상기 모터(20)는 배터리(10)로부터 전기에너지를 공급받아 회전동력을 발생시키는데, 이러한 모터(20)는 정밀 제어가 가능한 DC 모터인 것이 바람직하다.

아울러 이러한 모터(20)의 회전동력은 프리휠발전부(30)로 전달되어 회전동력을 통해 발전이 이루어지도록 하는데, 본 발명의 일실시예에 따라 모터(20)와 프리휠발전부(30) 사이에는 회전토크를 증대시키는 감속기(60)와 회전력을 전달하는 커플러(70)가 연결된다.

상기 감속기(60)는 모터의 회전수에 대해 프리휠발전부(30)로 전달하는 회전수를 감소시키는 만큼 높은 회전토크를 전달할 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 프리휠발전부(30)는 모터(20)의 회전동력을 전달받는 회전자의 하중이 매우 높음에 따라 이를 회전시키기 위한 회전토크가 크게 형성되도록 감속기(60)를 구비한다.

한편 상기 프리휠발전부(30)는 상기 모터(20)로부터 회전동력을 전달받아 회전함에 따라 전기에너지를 발생시키며 발생된 전기에너지를 배터리(10)로 전달하여 충전이 이루어지도록 하기 위해 구비되는데, 이러한 프리휠발전부(30)는 상기 모터(20)로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 회전자를 포함한다.

여기서 상기 회전자는 일정 두께를 가지며 내측에 코일을 설치된 원판하우징으로 형성되고, 상기 원판하우징의 중앙측보다 외주면측이 단위면적당 하중이 더 높도록 형성되어 원판하우징이 회전할 시에 원심력이 보다 증대되도록 구성된다.

아울러 상기 제어부(40)는 상기 모터(20) 또는 프리휠발전부(30)의 회전제어를 수행하기 위해 구비되는데, 이러한 제어부(40)는 일실시예에 따라 프리휠발전부(30)의 원판하우징이 목적 회전수(RPM)에 도달할 때까지 모터(20)를 제어하였다가 목적 회전수에 도달하면 모터(20)의 회전을 중지한다.

이에 따라 제어부(40)는 프리휠발전부(30)의 원판하우징이 서서히 회전수가 감소하여 설정 회전수까지 감소되면 다시 모터(20)를 구동하여 목적 회전수에 원판하우징의 회전수가 도달할 때까지 모터 회전이 계속되도록 제어한다.

일예로 상기 목적 회전수는 500RPM이며, 설정 회전수는 200RPM으로 설정될 수 있다.

이에 따라 500RPM으로 회전하는 원판하우징의 회전에 의해 전기에너지가 유도되고, 유도된 전기에너지는 상기 배터리(10)로 전달되어 충전이 이루어지도록 한다.

한편 상기 계통연계형 인버터(50)는 상기 프리휠발전부(30)로부터 발생된 전기에너지를 전달받아 충전한 배터리(10)로부터 전기에너지를 공급받아 외부 전력망으로 송전하기 위해 인버팅을 수행하는데, 이러한 계통연계형 인버터(50)는 보통 인버터와 비슷하게 생긴 것도 많지만, 특유의 기능으로 인해 따로 분류한다.

이러한 특유 기능으로는위상 진각 기능이 구비될 수 있는데, 교류 전류는 보통 위상각(r)에 따라 전력을 송전하게 되는지 아니면 끌어다 쓰게 되는지가 결정되는데 계통연계형 인버터(Grid Tied inverter)는 일단 외부 전력망과 동기화되면, 자신이 출력할 수 있는 전력만큼 인버터의 출력 전류를 진각시킨다.

이렇게 진각시키는 이유는 계통에 비해 고전압을 발생시켜 흘려보내는 것 보다 더 효과적으로 인버터에서 만들어진 전력을 외부로 송전할 수 있도록 하기 때문이다. 이렇게 출력된 전력은 전압의 위상속도가 더 빠르기 때문에 그 주변의 전력장치에서 전량 소진하게 되는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 배터리 20 : 모터
30 : 프리휠발전부 40 : 제어부
50 : 인버터 60 : 감속기
70 : 커플러 100 : 프리휠 발전시스템

Claims (4)

1. 외부로부터 전기에너지를 인가받아 전기에너지를 충전하는 배터리(10)와;
   상기 배터리(10)로부터 전원을 공급받아 회전동력을 발생시키는 모터(20)와;
   상기 모터(20)로부터 회전동력을 전달받아 회전함에 따라 전기에너지를 발생시키며 발생된 전기에너지를 배터리(10)로 전달하여 충전이 이루어지도록 하는 프리휠발전부(30)와;
   상기 모터(20) 또는 프리휠발전부(30)의 회전제어를 수행하는 제어부(40)와;
   상기 프리휠발전부(30)로부터 발생된 전기에너지를 전달받아 충전한 배터리(10)로부터 전기에너지를 공급받아 외부 전력망으로 송전하기 위해 인버팅을 수행하는 계통연계형 인버터(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리(10)로 전기에너지를 공급하는 외부 전기에너지는 신재생에너지이며, 상기 신재생에너지는 태양광에너지, 풍력에너지, 지열에너지, 바이오에너지 또는 조력에너지 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 프리휠발전부(30)와 상기 모터(20) 사이에는 모터(20)의 회전동력을 감속하여 회전토크를 증대시키는 감속기(60)가 더 포함되며, 상기 감속기(60)와 프리휠발전부(30) 사이에는 이들 간을 연결하여 회전력을 전달하는 커플러(70)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 프리휠발전부(30)는
   상기 모터(20)로부터 회전동력을 전달받아 회전하는 회전자를 포함하되,
   상기 회전자는 일정 두께를 가지며 내측에 코일을 설치된 원판하우징으로 형성되고, 상기 원판하우징의 중앙측보다 외주면측이 단위면적당 하중이 더 높도록 형성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 프리휠 발전시스템.
   

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