KR20230100152A - 발전 장치 - Google Patents

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KR20230100152A
KR20230100152A KR1020210189816A KR20210189816A KR20230100152A KR 20230100152 A KR20230100152 A KR 20230100152A KR 1020210189816 A KR1020210189816 A KR 1020210189816A KR 20210189816 A KR20210189816 A KR 20210189816A KR 20230100152 A KR20230100152 A KR 20230100152A
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Abstract

본 발명은 발전 장치에 관한 것으로, 충전전원부의 충전전원을 이용해 모터를 구동하여 복수의 발전기를 구동할 수 있어 발전기들의 초기 구동 부담을 줄여줄 뿐만 아니라 변속부에 의해 조정된 회전력에 의해 조정된 동일한 속도로 발전기들을 구동시켜 균일한 품질의 발전전원을 생성할 수 있고 특히 복수의 발전기들을 가동하여 발전전원을 생성한 후 안정적인 발전전원의 출력이 유지되면 충전전원부의 충전전원을 선택적으로 투입 또는 차단함으로서 지속적인 균일한 품질의 발전전원을 생성할 수 있는 발전 장치를 제공한다.

Description

발전 장치 {Power generating device}
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 복수의 발전기 초기 구동을 원할하게 할 뿐만 아니라 복수의 발전기 모두 일정한 회전속도를 유지하여 양질의 발전전력을 생산할 수 있는 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 전기를 얻는 장치로서, 역학적 일에 의해 전기에너지를 만드는 역학적 발전기는 전통적으로 사용되어 왔으며 지금도 전력 수급의 상당 부분을 차지하고 있다.
고전적인 수력 발전, 화력 발전 뿐 아니라 원자력발전, 그리고 자원 고갈 문제, 환경 문제 등을 극복하기 위한 대안으로 제시되고 있는 풍력 발전, 조력 발전 등도 역학적 일을 전기에너지로 바꾸는 작용을 하는 발전 방식이다.
역학적 발전기 외에도, 제베크 효과에 의한 열기전력이나 태양광에 의해 전기가 생성되는 태양광발전 등 다양한 방식이 시도되고 있으며 산업적으로 중요성이 대두되고 있다.
한편, 역학적 일에 의해 전기에너지를 만드는 역학적 발전기의 일 예로 등록실용신안 제20-0479795호(참고문헌 1) 등이 제안된 바 있다. 상기 참고문헌은 풍력발전기에 관한 것으로, 지면에 설치되는 탑의 상부에 장착된 샤프트에 결합되어 회전되는 블레이드를 포함하되, 블레이드는, 길이방향으로 2등분으로 절개되어 일측에는 홈이 형성되고, 타측에는 판부가 형성된 것이고, 홈에 다수의 작동판이 힌지 결합되고, 작동판과 판부를 연결하여 절첩동력을 제공하는 탄성수단을 포함하여 구성된다.
그런데 이러한 종래의 역학적 발전기들 중 풍력발전기와 같은 대형 발전기의 경우 초기 구동에 많은 동력이 필요할 뿐만 아니라 풍압 변화 등의 원인에 의해 발전기의 회전자가 회전속도를 일정하게 유지하기 어렵다.
이와 같이 종래의 발전기는 초기 구동은 물론 회전자의 회전속도를 일정하게 유지하는데 어려움이 있고, 이로 인해 생성되는 전기 역시 품질이 일정하지 못한 문제점 역시 있다.
참고문헌 1 : 등록실용신안 제20-0479795호
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 복수의 발전기를 초기 구동을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 발전기들이 가동 중에는 모두 일정한 회전속도를 유지하여 발전전원의 품질을 일정하게 유지할 수 있는 발전 장치를 제공하는데에도 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
충전전원부와, 상기 충전전원부의 충전전원을 공급받고 구동하는 모터와, 상기 모터의 회전력을 전달받고 회전하는 회전체와, 상기 회전체의 전방에 이격 설치되는 링기어와, 상기 회전체에 고정되며 회전축에 상기 링기어에 치합되는 유성기어가 장착되어 발전전원을 생성하는 복수의 발전기와, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 제공한다.
이때, 상기 제어기는 상기 발전기에서 발생되는 발전전원의 전압 및 전류를 모니터링하여 상황에 따라 상기 충전전원부의 충전전원 또는 상기 발전기의 발전전원을 상기 모터에 투입하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 충전전원부는 배터리 또는 ESS으로 구성되고, 상기 모터는 회전속도를 낮추고 토크를 높이기 위한 감속모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 모터는 회전속도를 낮추고 토크를 높이기 위한 감속모터로 구성되되 출력축에는 구동스프로켓이 장착되고, 상기 회전체는 후단 중앙에 회전 샤프트가 일체로 결합되어 프레임에 고정되되 상기 구동스프로켓과 체인으로 연결되는 종동스프로켓이 장착되어 샤프트 지지부재에 회전이 자유롭게 지지되며, 상기 회전체는 외측면에 복수의 발전기가 중심에서 일정각도를 유지하며 장착되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 발전기에서 생성되는 발전전원을 부하(Load)측에 공급하거나 충전전원부를 충전하는데 사용할 수 있도록 상기 회전체의 회전 샤프트에는 복수의 슬립링이 장착되고 상기 프레임에는 상기 복수의 슬립링에 접촉되는 브러시가 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어기는 발전기의 회전축의 회전속도를 회전수 감지수단을 통해 모니터링하고, 발전전원의 전압 및 전류를 발전전원 감지수단을 통해 모니터링하며, 상기 제어기는 상기 회전수 감지수단을 통해 모니터링되는 발전기의 회전속도가 설정속도에 도달하면 상기 발전전원 감지수단을 통해 모니터링되는 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하는지 여부를 비교하여 상기 충전전원부의 충전전원을 상기 모터로 투입하거나 또는 차단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어기는 모터의 초기 구동 후 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하지 않으면 상기 충전전원부의 충전전원을 모터에 투입하여 발전기의 회전속도가 설정속도와 동일하도록 제어하고, 전압 및 전류가 기준치에 도달하면 전원스위칭부를 제어하여 상기 충전전원부의 충전전원이 모터에 투입되는 것을 차단하고 발전기에서 생성되는 발전전력을 모터에 투입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 충전전원부의 충전전원을 이용해 모터를 구동하여 복수의 발전기를 구동할 수 있어 발전기들의 초기 구동 부담을 줄여줄 뿐만 아니라 변속부에 의해 조정된 회전력에 의해 조정된 동일한 속도로 발전기들을 구동시켜 균일한 품질의 발전전원을 생성하는 효과가 있다.
특히 본 발명에 따르면 복수의 발전기들을 가동하여 발전전원을 생성한 후 안정적인 발전전원의 출력이 유지되면 충전전원부의 충전전원을 선택적으로 투입 또는 차단함으로서 지속적인 균일한 품질의 발전전원을 생성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 설치 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 요부를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 요부를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 요부를 도시한 후면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치의 제어 구성도이다.
이하 본 발명에 따른 발전 장치를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치를 설명하기 위해 도시한 도면들이다.
이에 의하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 장치(100)는 충전전원부(110)와, 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 공급받고 구동하는 모터(120)와, 상기 모터(120)의 회전력을 전달받고 회전하는 회전체(130)와, 상기 회전체(130)의 전방에 이격 설치되는 링기어(140)와, 상기 회전체(130)에 고정되며 회전축(152)에 상기 링기어(140)에 치합되는 유성기어(154)가 장착되어 발전전원을 생성하는 복수의 발전기(150)를 포함한다.
이때 상기 모터(120)는 제어기(160)에 의해 설정된 회전속도에 따라 구동하게 되며 상기 제어기(160)는 상기 발전기(150)에서 발생되는 발전전원의 전압 및 전류를 모니터링하여 상황에 따라 상기 충전전원부(110)의 충전전원 또는 상기 발전기(150)의 발전전원을 상기 모터(120)에 투입한다.
즉, 상기 모터(120)는 초기 구동시에는 상기 충전전원부(110)의 충전전원으로 구동되며 이후 발전기(150)가 일정한 출력이 유지되는 경우 충전전원부(110)의 충전전원을 차단하고 발전기(150)의 발전전원으로 구동된다.
물론 상기 발전기(150)가 일정한 출력이 유지되는 경우 상기 충전전원부(110)가 방전되는 것을 방지하기 위해 상기 발전기(150)의 발전전원 중 일부는 충전전원부(110)로 투입되어 충전을 진행하며 잔여 발전전원은 부하 측에 공급한다.
이하, 본 발명의 각 공정을 구체적으로 설명한다.
우선 상기 충전전원부(110), 모터(120), 회전체(130), 링기어(140), 발전기(150) 등은 프레임(101)에 고정 설치되는 것으로, 프레임(101)에는 충전전원부(110), 모터(120), 회전체(130), 링기어(140), 발전기(150), 제어기(160) 등 각종 제어를 위한 장치 등을 구분하여 배치하기 위한 복수의 선반(102,103,104)이 구비된다.
일 예로 도시된 바와 같이 하측 선반(102)에는 모터(120), 링기어(140) 및 발전기(150)를 설치할 수 있으며, 가운데 선반(103)에는 상기 회전체(130)를 설치할 수 있으며, 상측 선반(104)에는 상기 충전전원부(110) 외에 각종 제어를 위한 제어기(160) 등을 설치할 수 있다. 물론 상기 충전전원부(110), 모터(120), 회전체(130), 링기어(140), 발전기(150) 등의 각 구성은 프레임(101)에 다양하게 설치할 수 있음은 물론 프레임(101) 구조 역시 다양하게 설계 변경하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 모터(120)는 브라켓(121)에 견고하게 고정된 상태로 상기 선반(102)에 설치되고, 상기 발전기(150)는 브라켓(151)에 견고하게 고정된 상태로 회전체(130)의 외측에 고정된다.
물론 상기 발전 장치(100)는 이동이 용이하도록 프레임(101) 하부에 복수의 캐스터(105)가 구비되고, 고정을 위한 고정구(106) 역시 구비할 수 있으며, 이를 통해 다양한 장소로 이동하여 고정한 상태로 전원을 생성할 수 있다.
한편, 상기 충전전원부(110)는 발전기(150)에서 발생되는 발전전원 중 일부를 충전가능한 것으로 배터리 또는 ESS(Energy Storage System)으로 구성될 수 있다. 이러한 충전전원부(110)는 상기 모터(120)의 구동을 위한 전원을 공급할 수 있다.
그리고, 상기 모터(120)는 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 공급받아 회전력을 발생하는 구성으로, 모터(120)는 회전속도를 낮추고 토크를 높이기 위한 감속모터로 구성한다. 이러한 감속모터는 감속기(122)가 모터에 결합된 구성으로 감속비를 높여 토크가 증가한 상태의 회전력을 출력한다. 일 예로 상기 감속모터는 0.75 KW 급을 사용할 수 있다.
또한 상기 모터(120)의 출력축(123)에는 구동스프로켓(124)이 장착된다.
그리고 상기 회전체(130)는 상기 모터(120)의 상측에 설치되는 구조로서 후단 중앙에는 회전 샤프트(133)가 일체로 결합된다. 여기서 상기 회전 샤프트(133)는 프레임(101)에 고정되는 샤프트 지지부재(131)에 회전이 자유룹게 지지되는 것으로, 회전 샤프트(133)에는 상기 구동스프로켓(124)에 대응하는 종동스프로켓(134)이 장착된다.
아울러 상기 구동스프로켓(124)과 종동스프로켓(134)에는 체인(125)이 연결되어 상기 모터(120)의 출력축(123)이 회전하면 상기 회전체(130)가 회전하게 된다.
그리고 상기 회전체(130)는 외측면에 복수의 발전기(150)가 중심에서 일정각도를 유지하며 장착되며, 각각의 발전기(150)의 회전축(152)에는 유성기어(154)가 장착되어 링기어(140)에 치합된다.
이때 상기 링기어(140)는 상기 회전체(130)의 전방에 위치하되 내주면을 따라 상기 유성기어(154)가 치합되는 톱니(141)가 형성된다. 이러한 링기어(140)는 수직으로 프레임(101)에 고정되는 지지대(142)에 일체로 고정한다.
이와 같은 구조에 의하면 모터(120)가 출력축(123)이 회전하면 상기 회전체(130)가 회전하게 되고 유성기어(154)가 링기어(140)의 내주면을 따라 치합된 상태로 회전하게 되어 복수의 발전기(150) 회전축(143)이 회전하면서 발전전원이 생성된다. 즉, 상기 발전기(150)는 회전체(130)에 고정된 상태로서 회전체(130)가 모터(120)에 의해 회전하면 발전기(150)가 링기어(140)를 따라 원주방향으로 이동하면서 유성기어(154)가 회전하게 되어 발전전원을 생성하게 된다.
이에 상기 발전기(150)에서 발생하는 발전전원은 부하(Load)측에 공급되지만, 이중 일부는 상기 모터(120)의 구동을 위한 전원으로 사용되거나 충전전원부(110)를 충전하는데 사용할 수 있다.
한편, 상기 발전기(150)에서 생성되는 발전전원을 부하(Load)측에 공급하거나 충전전원부(110)를 충전하는데 사용할 수 있도록 하기 위해 상기 회전체(130)의 회전 샤프트(133)에는 복수의 슬립링(136)이 장착되고 상기 프레임(101)에는 상기 복수의 슬립링(136)에 접촉되는 브러시(137)가 설치된다.
이 경우 상기 회전체(130)의 회전 샤프트(133)에는 각 발전기(150)와 슬립링(136)이 전기적으로 연결되어 발전전원을 슬립링(136)을 통해 브러시(137)로 전달한다. 물론 상기 브러시(137)으로 전송되는 발전전원은 부하(Load)에 공급되거나 충전전원부(110)와 결선되어 전송된다.
한편, 상기 제어기(160)는 작업자가 최종적인 발전기(150)의 회전속도(예를 들어 유성기어(154)의 회전속도)를 조절하기 위한 것으로, 작업자가 발전기(150)의 회전속도를 설정하면 설정된 회전속도에 도달되도록 모터(120)를 구동하여 출력축(123)을 회전시키면 변속부(130)에 의해 회전속도가 조정되어 발전기(150)의 회전축(14)을 회전시켜 발전전원을 생성시킨다.
이 경우 제어기(160)는 발전기(150)의 회전축(152)의 회전속도를 엔코더 등으로 이루어지는 회전수 감지수단(170)을 통해 모니터링하고, 발전전원의 전압 및 전류를 전류계 및 전압계 등으로 이루어지는 발전전원 감지수단(172)을 통해 모니터링한다. 이 경우 복수의 발전기(150)는 모두 동일한 방향과 속도로 회전함에 따라 특정 발전기에만 회전수 감지수단(170) 및 발전전원 감지수단(172)을 구비함이 바람직하나, 발전기(150)별로 회전수 감지수단(170) 및 발전전원 감지수단(172)을 구비함도 가능하다.
그리고 상기 제어기(160)는 상기 충전전원부(110)의 충전전원이 모터(120)로 투입되거나 또는 차단되는 것을 스위칭하는 전원스위칭부(174)를 제어한다.
이에 상기 제어기(160)는 모터(120)를 초기 구동 후 회전수 감지수단(170)을 통해 모니터링되는 발전기(150)의 회전속도가 설정속도에 도달하면 발전전원 감지수단(172)을 통해 모니터링되는 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하는지 여부를 비교한다.
이후 상기 제어기(160)는 전압 및 전류가 기준치에 도달하지 않으면 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 모터(120)에 투입하여 발전기(150)의 회전속도가 설정속도와 동일하도록 제어하고, 전압 및 전류가 기준치에 도달하면 전원스위칭부(174)를 제어하여 상기 충전전원부(110)의 충전전원이 모터(120)에 투입되는 것을 차단하고 발전기(150)에서 생성되는 발전전력을 모터(120)에 투입 및 구동시켜 발전기(150)의 회전속도가 설정속도와 동일하도록 제어한다.
물론 상기 제어기(160)는 상기 모터(120) 구동을 제어하여 발전기(150)의 회전속도가 설정속도와 동일해진 이후에도 발전기(150)의 회전축(152)의 회전속도가 설정속도를 유지하는지 여부와 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하였는지 여부를 지속적으로 모니터링하여 모터(120)의 구동을 제어하고 충전전원부(110)의 충전 또는 방전 여부를 제어한다.
이상의 발전장치(100)는 일 예로 발전기(150) 3기를 120° 간격으로 회전체에 설치하며 이 경우 발전기 1기당 2 KW, 부하토크 3.25 kgf 및 정속 RPM은 600 RPM인 것을 적용하고, 모터(120) 사양은 1,750 RPM을 1/30인 57 RPM으로 감속하여 토크를 12.81 kgf로 증가시키는 감속모터를 적용하고, 유성기어(154)와 링기어(140)는 2 KW 발전기의 RPM을 맞추기 위해 57×11배 기어비를 맞추어 627 RPM으로 조정하며, 이러한 627 RPM은 세부적으로 조정하기 위해 제어기(160)에 의해 600 RPM으로 감속 제어할 수 있다.
만약 모터(120) 1/30, 12.81 kgf 토크가 부족하다면 감속비율을 올리고 기어비율을 높여 토크를 증가시킬 수 있으며, 이와 같이 1,750 RPM을 1/50으로 감속비율을 조정하면 토크는 20.87 kgf가 된다.
물론 본 발명에 따른 발전장치(100)는 일 예로 5 KW 급 발전기에 적용함이 바람직하나 이에 한정하지 않고 다양한 용량의 발전기에 적용할 수 있다.
아울러 이러한 발전기 구동 원리는 일 예로 풍력발전기, 조력발전기 등 다양한 발전기에 적용할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
100: 발전 장치 101: 프레임
110: 충전전원부 120: 모터
130: 회전체 140: 링기어
150: 발전기 160: 제어기
170: 회전수 감지수단 172: 발전전원 감지수단
174: 전원스위칭부

Claims (7)

  1. 충전전원부(110)와, 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 공급받고 구동하는 모터(120)와, 상기 모터(120)의 회전력을 전달받고 회전하는 회전체(130)와, 상기 회전체(130)의 전방에 이격 설치되는 링기어(140)와, 상기 회전체(130)에 고정되며 회전축(152)에 상기 링기어(140)에 치합되는 유성기어(154)가 장착되어 발전전원을 생성하는 복수의 발전기(150)와, 상기 모터(120)의 구동을 제어하는 제어기(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기(160)는 상기 발전기(150)에서 발생되는 발전전원의 전압 및 전류를 모니터링하여 상황에 따라 상기 충전전원부(110)의 충전전원 또는 상기 발전기(150)의 발전전원을 상기 모터(120)에 투입하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전전원부(110)는 배터리 또는 ESS(Energy Storage System)으로 구성되고, 상기 모터(120)는 회전속도를 낮추고 토크를 높이기 위한 감속모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터(120)는 회전속도를 낮추고 토크를 높이기 위한 감속모터로 구성되되 출력축(123)에는 구동스프로켓(124)이 장착되고,
    상기 회전체(130)는 후단 중앙에 회전 샤프트(133)가 일체로 결합되어 프레임(101)에 고정되되 상기 구동스프로켓(124)과 체인(125)으로 연결되는 종동스프로켓(134)이 장착되어 샤프트 지지부재(131)에 회전이 자유롭게 지지되며,
    상기 회전체(130)는 외측면에 복수의 발전기(150)가 중심에서 일정각도를 유지하며 장착되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발전기(150)에서 생성되는 발전전원을 부하(Load)측에 공급하거나 충전전원부(110)를 충전하는데 사용할 수 있도록 상기 회전체(130)의 회전 샤프트(133)에는 복수의 슬립링(136)이 장착되고 상기 프레임(101)에는 상기 복수의 슬립링(136)에 접촉되는 브러시(137)가 설치되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기(160)는 발전기(150)의 회전축(143)의 회전속도를 회전수 감지수단(170)을 통해 모니터링하고, 발전전원의 전압 및 전류를 발전전원 감지수단(172)을 통해 모니터링하며,
    상기 제어기(160)는 상기 회전수 감지수단(170)을 통해 모니터링되는 발전기(150)의 회전속도가 설정속도에 도달하면 상기 발전전원 감지수단(172)을 통해 모니터링되는 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하는지 여부를 비교하여 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 상기 모터(120)로 투입하거나 또는 차단하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어기(160)는 모터(120)의 초기 구동 후 발전전원의 전압 및 전류가 기준치에 도달하지 않으면 상기 충전전원부(110)의 충전전원을 모터(120)에 투입하여 발전기(150)의 회전속도가 설정속도와 동일하도록 제어하고, 전압 및 전류가 기준치에 도달하면 전원스위칭부(174)를 제어하여 상기 충전전원부(110)의 충전전원이 모터(120)에 투입되는 것을 차단하고 발전기(150)에서 생성되는 발전전력을 모터(120)에 투입하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
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