WO2016072603A1 - 수동 다중 반복승강식 발전장치 - Google Patents

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WO2016072603A1
WO2016072603A1 PCT/KR2015/009041 KR2015009041W WO2016072603A1 WO 2016072603 A1 WO2016072603 A1 WO 2016072603A1 KR 2015009041 W KR2015009041 W KR 2015009041W WO 2016072603 A1 WO2016072603 A1 WO 2016072603A1
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reciprocating
conversion unit
reciprocating member
rotating
shaft
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PCT/KR2015/009041
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English (en)
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Inventor
고진환
에베네처 지토루스파타르
Original Assignee
한국해양과학기술원
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a passive multiple repeated lift-type power generation apparatus, and more particularly, to a passive multiple repeated lift-type power generation apparatus configured to generate power by repeating the lifting and lowering by the flow energy of the fluid in the flowing fluid. will be.
  • Algae power generation is a method of generating by using seawater flow, and unlike tidal power generation that uses a breakwater on the coast to generate power by using the difference between tides, the installation of a dam or breakwater in the sea where rapid seawater flow occurs. It is a power generation method that uses turbines to turn a turbine installed in the ocean.
  • tidal power generation does not require the construction of breakwaters, it is considered to be less environmentally friendly than tidal power generation, to be free to ship, and not to interfere with the movement of fish and to affect the surrounding ecosystem.
  • U.S. Patent Application Publication No. 2013-0202407 discloses OSCILLATING HYDROFOIL, TURBINE, PROPULSIVE SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING ENERGY, and U.S. Patent Application Publication No. 2013-0202407 has a vertical post and The first hydrofoil and the second hydrofoil are provided in a shape extending in the transverse direction from the post to rotate by the flow of the fluid and move along the longitudinal direction of the post.
  • the hydraulic-based power train of US Patent Publication No. 2013-0202407 is more specifically, a first hydraulic cylinder provided in the post and operating as the first hydrofoil reciprocates, and the interior of the post like the first hydraulic cylinder. It is provided in the second hydrofoil comprises a second hydraulic cylinder to operate as a reciprocating movement.
  • the first hydraulic cylinder and the second hydraulic cylinder produce electric power by converting the kinetic energy generated by the movement of the internal fluid into mechanical work as the first hydrofoil and the second hydrofoil linearly reciprocate.
  • US Patent Publication No. 2013-0202407 is to solve the problem of the conventional turbine device for rotating the shaft using a pair of circular rotational movement of the foil by the flow of fluid, US Patent Publication No.
  • the problem of the conventional turbine apparatus described in 2013-0202407 is as follows.
  • vibration occurs in the turbine device due to the hydrodynamic force acting on the elongated rod, and there is a problem in that the life of the bearing provided for each rotation part is reduced by the vibration.
  • U.S. Patent Application Publication No. 2013-0202407 proposes a hydraulic-based power transmission device to solve this problem, but the kinetic energy of the first hydrofoil and the second hydrofoil is caused by frictional heat that must be continuously generated in the hydraulic system. There was a problem that is lost a lot.
  • the amount of lift applied to both sides of the foil is determined by the fixed size and shape of the foil It does not increase any more within a certain range, and if the shape of the foil is changed variably, additional power is consumed and the size of the foil cannot be increased indefinitely. There was a limit to increasing torque.
  • An object of the present invention is to prevent energy loss due to frictional heat generated by using a hydraulic device, while simultaneously minimizing energy loss and vibration caused by friction with fluid flow, and also continuously transmitting kinetic energy. It is to provide a passive multiple iterative power generation device made possible.
  • the object in the power generation apparatus for converting the flow energy of the fluid to produce power, the object is disposed spaced apart from each other in the fluid, and the reciprocating motion by the lifting, lowering force or flow energy by the fluid
  • a first conversion unit connected to the 1A reciprocating member and the 1B reciprocating member and converting the reciprocating motion into a rotational motion;
  • a second conversion unit connected to the 2A reciprocating member and the 2B reciprocating member and converting the reciprocating motion into a rotational motion;
  • a main power shaft which rotates by the rotational motion of the first conversion unit and the second conversion unit;
  • a power generation unit that receives the rotational motion of the main power shaft and generates electric power, wherein the rotational motion of the main power shaft is not transmitted to the first and second conversion units. Is achieved by an electric power generator.
  • the first one-way clutch and the second one-way clutch may be formed on the main power shaft.
  • a first pulley coupled to the first one-way clutch; And a first belt connected to rotate the first conversion unit and the first pulley in association with each other.
  • the first belt is pressed by the tension holding device, the tension holding device, a fixing member formed between the first conversion unit and the first pulley; And a central portion is rotatably coupled to the fixing member, both sides of the central portion may comprise a pressing member rotatably coupled to each of the rollers in contact with the first belt.
  • a second pulley coupled to the second one-way clutch; And a second belt connecting the second conversion unit and the second pulley to rotate in conjunction with each other.
  • a flywheel may be coupled to the main power shaft.
  • Each of the first converting unit and the second converting unit includes: a first converting unit converting the reciprocating motions of the first A reciprocating member and the second A reciprocating member into a bidirectional rotational motion; A second converter converting the bidirectional rotational motion of the first converter into a one-way rotational motion; And a third conversion unit converting the reciprocating motions of the first B reciprocating member and the second B reciprocating member into a bidirectional rotational motion and connected to the first conversion unit.
  • the first converting unit may include: a first swing member having one end coupled to a rotation shaft with the first A reciprocating member and the second A reciprocating member; A first rotating member coupled to the other end of the first swing member and rotating in both directions in association with a reciprocating motion of the first and second reciprocating members; A second rotating member spaced apart from the first rotating member and rotating together with the second converting unit; And a rotational force transmitting unit configured to transmit the rotational force of the first rotating member to the second rotating member.
  • the second converting unit may include a first bidirectional rotary gear and a second bidirectional rotary gear that rotate in both directions by the second rotating member; A first idler gear that rotates in engagement with the first bidirectional rotary gear; A second idler gear rotating together with the first idler gear; A first output gear coupled to the output shaft and rotating in engagement with the second bidirectional rotary gear; A second output gear coupled to the output shaft and rotating in engagement with the second idler gear; A third one-way clutch connecting the first output gear and the output shaft; And a fourth one-way clutch connecting the second output gear and the output shaft.
  • the third conversion unit may include a second swing member having one end coupled to the first B reciprocating member and the second B reciprocating member; A third rotating member coupled to the other end of the second swing member and rotating in both directions in association with the reciprocating motion of the first and second reciprocating members; A fourth rotating member spaced apart from the third rotating member and connected to the first rotating member; And a rotation force transmission member connecting the third rotation member and the fourth rotation member.
  • a first interlocking unit which transmits the rotational force of the rotational force transmission unit of the first conversion unit to the rotational shaft of the second A reciprocating member; And a second interlocking unit which transmits the rotational force of the rotational force transmission unit of the second conversion unit to the rotational shaft of the first A reciprocating member.
  • the present invention by reducing the length of the swing member within the entire kinetic energy transmission section, it is possible to provide a passive multiple repeated lift-type power generation device which is made to minimize the energy loss and vibration caused by friction with the fluid flow. Will be.
  • the kinetic energy of the 1A reciprocating member, the 1B reciprocating member, and the 2A reciprocating member and the 2B reciprocating member is transferred to the power generation unit by a mechanical transmission configuration, whereby energy loss due to frictional heat generated by using the hydraulic device is achieved. It is possible to provide a passive multiple repetitive lifting power generation device made to prevent the.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a passive multiple iterative power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a front view showing the installation state of the manual multiple repeated lift-type generator of Figure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing a first reciprocating member and a first conversion unit of the passive multiple repeated lift-type generator of FIG.
  • 4 and 5 are front views showing the operating states of the first reciprocating member and the first conversion unit of FIG.
  • FIG. 6 and 7 are perspective views showing an operating state of the first conversion unit of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the rotational speed of the manual multiple repeated lift-type generator of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the torque of the passive multiple repeated lift-type generator of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the operating state of the main power shaft, the auxiliary power shaft and the power unit of the manual multiple repeated lift-type generator of FIG.
  • 11 to 18 is a schematic diagram showing a transmission structure of the rotational force by the first interlocking unit and the second interlocking unit of the manual multiple repeated lift-type power generation apparatus of FIG.
  • auxiliary power shaft 700 power generation unit
  • first interlocking unit 900B second interlocking unit
  • first conversion unit 320 second conversion unit
  • first swing member 321 first bidirectional rotary gear
  • first rotating member 322 second bidirectional rotating gear
  • torque transmission unit 324 second idler gear
  • first pulley 325 first output gear
  • first gear 327 third one-way clutch
  • first one-way clutch 328 fourth one-way clutch
  • flywheel 330 third conversion unit
  • the passive multiple repeated lift-type power generation apparatus of the present invention prevents energy loss due to frictional heat generated by using a hydraulic device, while simultaneously minimizing energy loss and vibration caused by friction with fluid flow, It is made to transmit kinetic energy continuously.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a passive multi-repeat power generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a front view showing the installation state of the passive multi-repeat power generator of Figure 1
  • Figure 3 is a manual of FIG. 4 and 5 are front views showing operating states of the first reciprocating member and the first conversion unit of FIG. 3
  • FIGS. 6 and FIG. 7 is a perspective view showing the operating state of the first conversion unit of Figure 3
  • Figure 8 is a diagram showing the rotational speed of the manual multiple repeated lift-type generator of Figure 1
  • Figure 9 is a diagram of the passive multiple repeated lift-type generator of Figure 1
  • 10 is a perspective view showing the operating state of the main power shaft, the auxiliary power shaft and the power generation unit of the manual multiple repeated lift-type generator of FIG. 1
  • FIGS. 11 to 18 are manual multiple repeated lift-types of FIG.
  • First interlocking unit and first unit of the power generation device 2 is a schematic diagram showing a structure for transmitting rotational force by an inter
  • the passive multiple repeated lift-type power generation apparatus of the present invention is configured to generate power by repeatedly raising and lowering by the flow energy of the fluid in the flowing fluid.
  • the flowing fluid is preferably understood in a broad sense including liquid and gas, but in one embodiment of the present invention will be described as being used for algae power generation using the flow of sea water.
  • the manual multiple repeated lift-type generator 1 is a 1A reciprocating member (100A), 1B reciprocating member (100B), 2A reciprocating member 200A, the second reciprocating member 200B, the first conversion unit 300, the second conversion unit 400, including the main power shaft 500, the auxiliary power shaft 600 and the power generation unit 700 It is composed.
  • the first A reciprocating member 100A, the first B reciprocating member 100B, the second A reciprocating member 200A, and the second B reciprocating member 200B are disposed in the fluid and reciprocated by a rising, lowering force or flow energy by the fluid. As a constitution, spaced apart from each other in the flow direction of the current.
  • the flow of algae may be different in speed and direction depending on the horizontal and vertical coordinates in the seawater.
  • the first A reciprocating member 100A, the second A reciprocating member 200A, and the first B reciprocating member 100B and the second B reciprocating member ( 200B) are respectively spaced apart in the flow direction of the tidal flow, the reciprocating member at the rear of the flow is partially blocked by the front reciprocating member, but the kinetic energy is increased by the vortex generated from the front member, respectively, the main power
  • the magnitude and speed of the kinetic energy transmitted to the shaft 500 side are not significantly different.
  • the first A reciprocating member 100A, the first B reciprocating member 100B, the second A reciprocating member 200A, and the second B reciprocating member 200B have a substantially wing shape. It is streamlined from the side. And the front ends of the first A reciprocating member 100A, the first B reciprocating member 100B, the second A reciprocating member 200A, and the second B reciprocating member 200B are thicker than their rear ends. The front end is disposed upstream with respect to the rear end along the flow of the algae. In other words, the first A reciprocating member 100A, the first B reciprocating member 100B, the second A reciprocating member 200A, and the second B reciprocating member 200B are disposed so that the algae flow from the front end to the rear end.
  • the inclination angles ⁇ of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are equally adjusted to thereby adjust the first A reciprocating member 100A.
  • the first B reciprocating member 100B simultaneously reciprocate up and down.
  • the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are simultaneously adjusted so that the front end portion is higher than the rear end portion, the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are brought up together.
  • the inclination angles of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are adjusted such that the rear end portion is higher than the front end portion, the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are lowered together. To descend.
  • the inclination angle adjustment of the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B is performed in the same manner.
  • the first conversion unit 300 is connected to the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B to connect the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B.
  • it comprises a first converter 310, a second converter 320 and a third converter 330.
  • the first converting unit 310 is for converting the reciprocating motion of the first A reciprocating member 100A into a bidirectional rotational motion and transmitting the same to the second converting unit 320.
  • the first swing member 311 has a long rod shape. One end of the first swing member 311 is linked to the first A reciprocating member 100A, and the other end of the first swing member 311 is fixedly coupled to the first support shaft supporting the first rotating member 312. do. Accordingly, the first swing member 311 repeatedly swings up and down in association with the reciprocating motion of the first A reciprocating member 100A.
  • the motor M for adjusting the inclination angle ⁇ of the first A reciprocating member 100A is coupled to the first swing member 311 (see FIGS. 11 to 14).
  • the body of the first swing member 311 is fixed to one end and the rotation axis of the motor (M) is coupled to the first A reciprocating member (100A).
  • the motor M adjusts the inclination angle of the first A reciprocating member 100A by reciprocating rotation clockwise and counterclockwise under the control of the controller.
  • the first rotating member 312 is fixedly coupled to the first support shaft to rotate together when the first support shaft rotates.
  • the first rotating member 312 is provided as a pulley (pulley).
  • the first rotating member 312 rotates repeatedly in both directions in association with the repetitive swing motion of the first swing member 311.
  • the pulley-belt structure can be changed to a link structure or a chain-sprocket.
  • the second rotating member 313 is spaced apart from the first rotating member 312. More specifically, the second rotating member 313 is disposed away from the first rotating member 312 by a predetermined distance. Therefore, unlike the first rotating member 312, the second rotating member 313 is disposed on the water surface (or in the air in the engine room even if disposed underwater).
  • the second rotating member 313 is provided as a pulley similarly to the first rotating member 312.
  • the rotation force transmitting unit 314 is configured to transmit the bidirectional rotation of the first rotating member 312 to the second rotating member 313, and transmits the rotating force of the first conversion unit 300 to the second A reciprocating member 200A and The first interlocking unit 900A which is transmitted to the rotating shaft of the 2B reciprocating member 200B is coupled. (See FIGS. 11 to 14).
  • the torque transmission unit 314 is illustrated as one belt for transmitting the rotational force of the first rotational member 312 to the second rotational member 313 through tension for easy understanding.
  • the torque transmission unit 314 Is combined to include a fifth rotating member 314A, a sixth rotating member 314B, a first-first rotating force transmitting member 314C, and a 1-2 second rotating force transmitting member 314D. Detailed description thereof will be described later with the description of the first interlocking unit 900A.
  • the third converter 330 converts the reciprocating motion of the first B reciprocating member 100B into a bidirectional rotational motion and transmits the reciprocating motion to the first converter 320. 311, the third rotating member 312, the fourth rotating member 313, and the rotating force transmitting member 334.
  • the second swing member 331 has a long rod shape. One end of the second swing member 331 is linked to the first B reciprocating member 100B, and the other end of the second swing member 331 is fixedly coupled to the second support shaft supporting the third rotating member 332. do. Accordingly, the second swing member 331 repeatedly swings up and down in association with the reciprocating motion of the first B reciprocating member 100B.
  • the motor M for adjusting the inclination angle ⁇ of the first B reciprocating member 100B is coupled to the second swing member 331. (See FIGS. 11 to 14) Motor M The body of the second swing member 331 is fixed to one end and the rotation axis of the motor (M) is coupled to the first reciprocating member (100B). The motor M is reciprocally rotated clockwise and counterclockwise by the control of the controller to adjust the inclination angle of the first B reciprocating member 100B.
  • the third rotating member 332 is fixedly coupled to the second support shaft to rotate together when the second support shaft rotates.
  • the third rotating member 332 is provided as a pulley.
  • the third rotating member 332 rotates repeatedly in both directions in association with the repeated swinging motion of the second swing member 331.
  • the pulley-belt structure can be changed to a link structure or a chain-sprocket.
  • the fourth rotating member 333 is fixedly coupled to the first support shaft together with the first rotating member 312 to rotate together with the first rotating member 312.
  • the fourth rotating member 333 is provided as a pulley similarly to the third rotating member 332.
  • the rotation force transmitting member 334 is for transmitting the bidirectional rotation of the third rotating member 332 to the fourth rotating member 333, and is disposed to surround the third rotating member 332 and the fourth rotating member 333. do.
  • Rotation force transmission member 334 is provided with a belt (belt) for transmitting the rotational force through the tension.
  • the inclination angles of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are simultaneously adjusted such that the front ends of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are higher than the rear ends.
  • the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are simultaneously lifted up from the flow of the tidal current, the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are lifted up at the same time.
  • first swing member 311 linked to the first A reciprocating member 100A and the second swing member 331 linked to the first B reciprocating member 100B simultaneously swing upward.
  • the first support shaft to which the first swing member 311 is fixedly coupled and the second support shaft to which the second swing member 331 is fixedly coupled simultaneously rotate in the counterclockwise direction, and are first fixedly coupled to the first support shaft.
  • the rotating member 312 and the fourth rotating member 333 rotate in the counterclockwise direction together with the third rotating member 332 fixedly coupled to the second support shaft.
  • the rotational force of the third rotating member 332 is transmitted to the fourth rotating member 333 by the rotational force transmitting member 334, and the rotational force of the fourth rotating member 333 is transmitted to the first support shaft.
  • the rotational force is transmitted by the reciprocating motion of the 1A reciprocating member 100A to the first support shaft, the reciprocating motion of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B to the first rotating member 312.
  • the combined force of the rotational force is transmitted, and the rotational force of the first rotational member 312 is transmitted to the second rotational member 313 through the rotational force transmission unit 314 so that the second rotational member 313 also rotates counterclockwise. do.
  • the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are simultaneously raised so that the first converting unit 310 and the third converting unit 330 rotate counterclockwise through the second rotating member 313. Output the exercise.
  • the inclination angles of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are increased such that the rear ends of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are higher than their front ends.
  • the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are simultaneously subjected to the descending force from the current.
  • the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B are simultaneously lowered downward, so that the first swing member 311 and the 1B reciprocating member 100B linked to the 1A reciprocating member 100A are thus lowered.
  • the second swing member 331 linked to the swing swings downward at the same time.
  • the first support shaft to which the first swing member 311 is fixedly coupled and the second support shaft to which the second swing member 331 is fixedly coupled simultaneously rotate in a clockwise direction, and the first rotation is fixedly coupled to the first support shaft.
  • the member 312 and the fourth rotating member 333 rotate in a clockwise direction together with the third rotating member 332 fixedly coupled to the second support shaft.
  • the rotational force of the third rotating member 332 is transmitted to the fourth rotating member 333 by the rotational force transmitting member 334, and the rotational force of the fourth rotating member 333 is transmitted to the first support shaft.
  • the rotational force is transmitted by the reciprocating motion of the 1A reciprocating member 100A to the first support shaft, the reciprocating motion of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B to the first rotating member 312.
  • the force of the rotational force is transmitted, and the rotational force of the first rotational member 312 is transmitted to the second rotational member 313 through the rotational force transmission unit 314 so that the second rotational member 313 is also rotated clockwise. .
  • the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B simultaneously repeat the reciprocating motion in the vertical direction, and the first converter 310 and the third converter 330.
  • the 1C reciprocating member and the fourth converter may be further installed.
  • the fourth converting part converts the reciprocating motion of the 1C reciprocating member into a bidirectional rotational motion and transmits it to the third converting part, and includes a third swing member, a 5 'rotating member, a 6' rotating member, and a rotational force transmitting member. do.
  • the 5 'rotating member is fixedly coupled to the 3' support shaft to rotate together when the 3 'support shaft rotates.
  • the 6 'rotating member is fixedly coupled to the second support shaft together with the third rotating member 332 to rotate together with the third rotating member 332.
  • the rotational force transmitting member is provided with a belt to transfer the bidirectional rotation of the 5 'rotating member to the 6' rotating member.
  • the 1D reciprocating member and the fifth converting part may be further installed, and if the reciprocating member and the converting part are further installed in this way, as shown in FIG.
  • the torque T of 500 may be increased in steps.
  • the second converter 320 receives the bidirectional rotational motion output by the first converter 310 and converts the bidirectional rotational motion into one direction.
  • the second converter 320 includes a first bidirectional rotary gear 321 and a second bidirectional rotary gear 322 mounted to the first shaft, and a first idler mounted to the second shaft.
  • the gear 323 and the second idler gear 324, the first output gear 325 and the second output gear 326 mounted to the output shaft S, the output shaft S and the first output gear 325.
  • a third one-way clutch 327 and a fourth one-way clutch 328 disposed between the second output gear 326 and an output pulley 329 mounted at one end of the output shaft S. It is composed.
  • the first bidirectional rotary gear 321 and the second bidirectional rotary gear 322 are provided as spur gears of the same shape having the same number of gear teeth and fixedly coupled to the first shaft. Since the second rotating member 313 of the first conversion unit 310 is also fixedly coupled to the first shaft, the first bidirectional rotating gear 321 and the second rotating member 313 rotate in both directions. The bidirectional rotary gear 322 also rotates in both directions.
  • the first idler gear 323 and the second idler gear 324 are provided with a spur gear of the same shape having the same number of gear teeth and fixedly coupled to the second shaft.
  • the first idler gear 323 is engaged with the second bidirectional rotary gear 322, so that when the first bidirectional rotary gear 321 and the second bidirectional rotary gear 322 rotate, the first idler gear 323 and the second idler are rotated.
  • the gear 324 rotates in the opposite direction.
  • the first output gear 325 and the second output gear 326 are provided with spur gears of the same shape having the same number of gear teeth.
  • the first output gear 325 is mounted to the output shaft S through the third one-way clutch 327, and the second output gear 326 is mounted to the output shaft S through the fourth one-way clutch 328. do.
  • the first output gear 325 is directly engaged with the first bidirectional rotary gear and rotates in the opposite direction to the first bidirectional rotary gear.
  • the second output gear 326 meshes with the second idler gear and rotates in the same direction as the second bidirectional rotary gear 322.
  • the third one-way clutch 327 and the fourth one-way clutch 328 are disposed between the first output gear 325 and the second output gear 326 and the output shaft S and fixedly coupled to the output shaft S. .
  • the third one-way clutch 327 and the fourth one-way clutch 328 rotate the counterclockwise direction (hereinafter, the first direction) of the first output gear 325 and the second output gear 326 to the output shaft S.
  • the rotation in the clockwise direction (hereinafter referred to as the second direction) opposite to the first direction is not transmitted to the output shaft S.
  • the first output gear 325 and the second output gear 326 drive the output shaft S in the same direction when the first one-way clutch 327 and the fourth one-way clutch 328 rotate in the first direction. However, when the second direction is rotated, the output shaft (S) outputs a unidirectional rotation.
  • the first converting unit 310 is the second rotating member 313. Outputs the rotational motion in the first direction through). Since the second rotating member 313 of the first converter 310 is fixedly coupled to the first shaft, the first bidirectional rotary gear 321 and the second bidirectional rotary gear 322 also rotate in the first direction. Since the first idler gear 323 is engaged with the second bidirectional rotation gear 322, the first idler gear 323 and the second idler gear 324 rotate in the second direction. Since the first output gear 325 is engaged with the first bidirectional rotary gear, the first output gear 325 is rotated in the second direction, and the second output gear 326 is engaged with the second idler gear, thereby rotating in the first direction.
  • the third one-way clutch 327 and the fourth one-way clutch 328 coupled to the first output gear 325 and the second output gear 326 transmit only rotational force in the first direction
  • the first output gear ( The second direction rotational force of 325 is not transmitted to the output shaft S, and only the first direction rotational force of the second output gear 326 is transmitted to the output shaft S. Therefore, the output shaft S is rotated in the first direction by the first direction rotation force transmitted from the second output gear 326.
  • the first converting unit 310 is the second rotating member 313.
  • the rotational motion in the second direction is output through Since the second rotating member 313 of the first converter 310 is fixedly coupled to the first shaft, the first bidirectional rotary gear 321 and the second bidirectional rotary gear 322 also rotate in the second direction. Since the first idler gear 323 is engaged with the second bidirectional rotation gear 322, the first idler gear 323 and the second idler gear 324 rotate in the first direction. Since the first output gear 325 is engaged with the first bidirectional rotary gear, the first output gear 325 is rotated in the first direction, and the second output gear 326 is engaged with the second idler gear 324, thereby rotating in the second direction.
  • the third one-way clutch 327 and the fourth one-way clutch 328 coupled to the first output gear 325 and the second output gear 326 transmit only rotational force in the first direction
  • the first output gear ( The first direction rotational force of 325 is transmitted to the output shaft S, while the second direction rotational force of the second output gear 326 is not transmitted to the output shaft S. Therefore, the output shaft S is rotated in the first direction by the first direction rotation force transmitted from the first output gear 325.
  • the second conversion unit 400 has the same structure and operation mechanism as the first conversion unit 300, and faces each other with the main power shaft 500 interposed therebetween. Is placed. Detailed description of the second conversion unit 400 will be omitted since it overlaps with the first conversion unit 300.
  • the output pulley 329 is mounted at the ends of the output shaft S of the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 to perform a unidirectional rotational movement of the output shaft S. As shown in FIG. It is transmitted to the main power shaft 500 side.
  • the rotation speed of the output pulley 329 is made of a form similar to a sine wave.
  • X represents a change in speed per half cycle of the rotational motion transmitted from the first conversion unit 300 to the main power shaft 500
  • Y is a rotational motion transmitted from the second conversion unit 400 to the main power shaft 500 Shows the change in velocity per half cycle.
  • the reciprocating motion of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B passes through the first conversion unit 300, and the reciprocating motion of the 2A reciprocating member 200A and the 2B reciprocating member 200B is performed in the second manner. It is converted to the one-way rotational motion of the output pulley 329 via the conversion unit 400, the 1A reciprocating member 100A, the 1B reciprocating member 100B, the 2A reciprocating member 200A and the 2B reciprocating member 200B ) Is the rotational speed of the output pulley 329 as the direction of movement at the top dead center and the bottom dead center is 1 rotation (1A reciprocating member (100A), 1B reciprocating member (100B), 2A reciprocating member (200A) and There are two zero points at which the rotational speed is zero per one cycle of lifting of the second reciprocating member 200B.
  • the first A reciprocating member 100A and the second A reciprocating member 200A form a phase difference of approximately one quarter so that an output speed of the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 forms a phase difference. It is made to go up and down. Of course, the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are simultaneously elevated, and the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B are simultaneously elevated.
  • first A reciprocating member 100A and the second A reciprocating member 200A form a phase difference of about one quarter, and ascend and descend, either one zero point forms the same phase as the other maximum speed.
  • the main power shaft 500 is configured such that a greater rotational force is transmitted among the rotational forces of the first and second conversion units 300 and 400 in which the magnitudes of the rotational speeds alternate with each other.
  • 1 one-way clutch 540 and the second one-way clutch 550 is mounted, through which the rotational force of the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 is transmitted.
  • the main power shaft 500 is a configuration for transmitting the rotational force of the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 to the power generation unit 700, the first pulley 510, the first one-way clutch ( 540, a first gear 530, a second one-way clutch 550 and a flywheel 560 are mounted. One end of the main power shaft 500 is coupled to the rotation shaft of the power generation unit 700.
  • the auxiliary power shaft 600, the second conversion unit 400 in parallel with the main power shaft 500 so that the direction of the rotational force transmitted by the second conversion unit 400 is transferred to the main power shaft 500. It is installed between the output pulley 329 and the main power shaft 500, the second pulley 610 and the second gear 630 is mounted.
  • the rotational force of the first conversion unit 300 is transmitted to the main power shaft 500 via the first pulley 510 and the first one-way clutch 540.
  • the first pulley 510 is connected to the output pulley 329 of the first conversion unit 300 through the first belt 520, the first direction rotational force of the first conversion unit 300 on the main power shaft 500
  • the main power shaft 500 is connected to the main power shaft 500 through the first one-way clutch 540 so that the rotational motion of the main power shaft 500 is not transmitted to the first conversion unit 300.
  • the first belt 520 is pressed by the tension maintaining device (800).
  • the tension holding device 800 is a structure for maintaining the tension of the first belt 520 to facilitate the transmission of the rotational force between the first pulley 510 and the output pulley 329, the fixing member 810 and the pressing member ( 820.
  • the fixing member 810 is formed between the first conversion unit 300 and the first pulley 510 to form a base to which the pressing member 820 is coupled.
  • the pressing member 820 is rotatably coupled to the center portion of the fixing member 810, and the rollers R contacting the first belt 520 are rotatably coupled to both sides of the central portion.
  • the pair of rollers R simultaneously pressurizes the first pulley 510 to maintain the tension of the first pulley 510, and the pressing member 820 adjusts the tension of the first pulley 510 manually. It is coupled to be movable in the longitudinal direction of the fixing member 810.
  • a screw hole is formed in the fixing member 810 and a through hole is formed in the central portion of the pressing member 820 to be rotatably coupled by a bolt or the like.
  • the first one-way clutch 540 transmits only the first direction rotational movement of the first pulley 510 to the main power shaft 500.
  • the rotational force of the second conversion unit 400 is transmitted to the main power shaft 500 via the second pulley 610, the second gear 630, the first gear 530, and the second one-way clutch 550. Delivered.
  • the second pulley 610 is fixedly installed on the auxiliary power shaft 600, and is connected to the output pulley 329 of the second conversion unit 400 through the second belt 620 to be attached to the auxiliary power shaft 600. 2 transmits the first rotational force of the conversion unit 400. Like the first pulley 510, the second pulley 610 is also pressed by the tension maintaining device 800.
  • the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 having the same structure are disposed to face each other based on the main power shaft 500, the first conversion unit 300 and the second conversion unit ( The rotation direction of 400 is made to be opposite to each other.
  • the second gear 630 is fixed to the auxiliary power shaft 600 to rotate together with the second pulley 610.
  • the first gear 530 is connected to the main power shaft 500 through the second one-way clutch 550 so that the rotational movement of the main power shaft 500 is not transmitted to the second conversion unit 400, and auxiliary power Engage with the second gear 630 mounted on the shaft 600 to rotate in the direction opposite to the rotation direction of the second gear (630).
  • the first gear 530 and the second gear 630 are made of the same number of teeth so that the rotational movement phase of the second conversion unit 400 is transmitted to the main power shaft 500 without changing.
  • the first A reciprocating member 100A and the second A reciprocating member 200A are moved up and down while forming a phase difference of approximately one quarter cycle, and accordingly, the first and second conversion units 300 and the second conversion unit are formed.
  • the rotational speed of 400 is transmitted to the main power shaft 500 in the form of an approximately sine wave in which one zero point forms the same phase as the other maximum speed.
  • Section A is a section in which the rotational speed X of the first conversion unit 300 is higher than the rotational speed Y of the second conversion unit 400, and the rotational motion of the first conversion unit 300 is the main power shaft. Is passed to 500.
  • section A since the rotational speed X of the first conversion unit 300 is higher than the rotational speed Y of the second conversion unit 400, the first conversion unit 300 transmitted through the first pulley 510. ) Is transmitted to the main power shaft 500 through the first one-way clutch 540, the rotation speed of the second conversion unit 400 is lower than the rotation speed of the first conversion unit 300, the first The rotational force of the second conversion unit 400 transmitted through the gear 530 is not transmitted to the main power shaft 500 through the second one-way clutch 550.
  • Section B is a section in which the rotational speed Y of the second conversion unit 400 is higher than the rotational speed X of the first conversion unit 300, and the rotational motion of the second conversion unit 400 is the main power shaft. Is passed to 500.
  • section B as opposed to section A, since the rotation speed of the second conversion unit 400 is higher than the rotation speed of the first conversion unit 300, the second conversion unit 400 transmitted through the first gear 530.
  • the rotational force is transmitted to the main power shaft 500 through the second one-way clutch 550, the rotational speed of the first conversion unit 300 is lower than the rotational speed of the second conversion unit 400, the first pulley
  • the rotational force of the first conversion unit 300 transmitted through the 510 is not transmitted to the main power shaft 500 through the first one-way clutch 540.
  • Section C is a section in which the rotational speed of the first conversion unit 300 is higher than the rotational speed of the second conversion unit 400, and the rotational movement of the first conversion unit 300 is mainly the same as the section A. It is transmitted to the power shaft 500. Section C is continuous with section A.
  • Z represents the rotational speed of the main power shaft 500.
  • the main power shaft 500 has a section in which the rotational speed is faster than the rotation speed of the first pulley 510 and the first gear 530 by the rotational inertia, the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 It exists partially between sinusoids having a phase difference of.
  • the flywheel 560 is mounted to the main power shaft 500 to increase the rotational inertia of the main power shaft 500.
  • the flywheel 560 is transmitted to the main power shaft 500 by the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 by increasing the moment of inertia when the main power shaft 500 rotates. This reduces the fluctuation of the uneven rotation speed.
  • P represents the rotational speed P of the main power shaft 500 in the state where the flywheel 560 is mounted on the main power shaft 500.
  • the main power shaft 500 is to be rotated at a uniform speed by the flywheel 560 to deliver a stable rotational motion to the rotation axis of the power generation unit 700.
  • the passive multiple repetitive lift type generator 1 of the present invention comprises a first interlocking unit (900A) and a second interlocking unit (900B).
  • the tidal current generator must control the pitch of the foil continuously by the motor throughout its operation, and the energy used to control the pitch of the foil acts as a factor that lowers the total power generation of the tidal current generator. There is a demand for a method to reduce the cost.
  • the passive multiple repeated lift-type generator 1 of the present invention the first to transfer the rotational force of the first conversion unit 300 to the rotary shaft (RA) of the 2A reciprocating member (200A) and the 2B reciprocating member (200B). It comprises a second interlocking unit (900B) for transmitting the rotational force of the interlocking unit (900A) and the second conversion unit 400 to the rotary shaft (RA) of the first A reciprocating member (100A) and the 1B reciprocating member (100B).
  • a second interlocking unit (900B) for transmitting the rotational force of the interlocking unit (900A) and the second conversion unit 400 to the rotary shaft (RA) of the first A reciprocating member (100A) and the 1B reciprocating member (100B).
  • 11 to 14 illustrate that the 2A reciprocating member 200A and the 2B reciprocating member 200B reciprocate ahead of each other by a phase difference of one quarter of the first A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B. The state of use is shown.
  • the rotational force transmitting unit 314 may include a fifth rotating member 314A and a sixth rotating member ( 314B), the 1-1 th torque transmission member 314C, and the 1-2 th torque transmission member 314D.
  • 11 to 14 are schematic views illustrating a fifth rotating member 314A, a sixth rotating member 314B, and a seventh rotating member 907, which will be described later, in one circle, but on the third support shaft SH3. It should be understood as a pulley or sprocket that is joined together.
  • the fifth rotating member 314A and the sixth rotating member 314B are coupled to the third supporting shaft SH3 between the first rotating member 312 and the second rotating member 313 to be pulleys or sprockets that rotate together.
  • the first-first rotational force transmission member 314C is provided as a belt or a chain connecting the first rotational member 312 and the fifth rotational member 314A through tension
  • the first-second rotational force transmission member ( 314D may be provided as a belt or a chain connecting the sixth rotating member 314B and the second rotating member 313 through tension.
  • the first interlocking unit 900A includes a plurality of rotating members and a rotating force transmitting member for transmitting the rotating force of the first conversion unit 300 to the rotating shaft RA of the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B.
  • the rotating members 907 to 914 may be provided as pulleys or sprockets, and the rotational force transmitting members 921 to 925 may be provided as belts or chains.
  • 11 to 14 are schematic views, in which two or more rotating members 907 to 914 coupled to the same support shafts SH1, SH2 and SH3 are shown in one circle, but on the same support shafts SH1, SH2 and SH3. It should be understood as a pulley or sprocket that is joined together.
  • the seventh rotating member 907 of the first interlocking unit 900A is coupled to the third support shaft SH3 together with the fifth rotating member 314A and the sixth rotating member 314B, and the fifth rotating member 314A.
  • an eighth rotating member which rotates together with the sixth rotating member 314B and is rotatably coupled to the third support shaft SH3 of the second conversion unit 400 through the 2-1 rotating force transmitting member 921. Transmit a rotational force to 908.
  • the eighth rotation member 908 is rotatably coupled to the third support shaft SH3 by a bearing to rotate the rotational force of the fifth rotation member 314A, the sixth rotation member 314B, and the seventh rotation member 907. I do not receive it.
  • 10 illustrates a 2-1 rotational force transmitting member 921 connecting the seventh rotation member 907 and the eighth rotation member 908 through the main power shaft.
  • the ninth rotating member 909 is coupled to the third supporting shaft SH3 of the second conversion unit 400 together with the eighth rotating member 908 to be rotated by the rotational force of the eighth rotating member 908.
  • the tenth rotating member 910, the eleventh rotating member 911, and the twelfth rotating member 912 are rotatably coupled to the first support shaft SH1 of the second conversion unit 400 by a bearing.
  • the tenth rotating member 910, the eleventh rotating member 911, and the twelfth rotating member 912 are coupled to each other to rotate together.
  • the ninth rotating member 909 is rotatably coupled through the tenth rotating member 910 and the second-two rotational force transmitting member 922, and the eleventh rotating member 911 is the second reciprocating member 200A.
  • the rotating shaft (RA) of the second through the torque transmission member 923 is coupled to be interlocked rotation.
  • the thirteenth rotating member 913 and the fourteenth rotating member 914 are rotatably coupled to the second support shaft SH2 of the second conversion unit 400 by a bearing.
  • the thirteenth rotating member 913 and the fourteenth rotating member 914 are coupled to each other to rotate together.
  • the twelfth rotating member 912 is coupled to be rotatable through the thirteenth rotating member 913 and the second to fourth rotating force transmitting member 924, and the fourteenth rotating member 914 is the second reciprocating member 200B.
  • the rotating shaft (RA) of the second through the rotation force transmission member 925 is coupled rotatably coupled.
  • the rotational force of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B may include the first rotation member 312, the first-first rotation force transmitting member 314C, the fifth rotation member 314A, and the seventh rotation.
  • the member 907, the 2-1 rotational force transmission member 921, the eighth rotational member 908, the ninth rotational member 909, the 2-2th rotational force transmission member 922 and the tenth rotational member 910 Is passed along.
  • the rotational force of the tenth rotation member 910 is transmitted to the rotation shaft RA of the second A reciprocating member 200A through the eleventh rotation member 911 and the 2-3 rotation force transmission member 923, and furthermore, A second A reciprocating member along the rotary member 912, the 2-4 rotational force transmission member 924, the thirteenth rotation member 913, the fourteenth rotation member 914 and the 2-5 rotational force transmission member 925 ( It is transmitted to the rotating shaft RA of 200A).
  • the first interlocking unit 900A and the second interlocking unit 900B are formed in a symmetrical structure with each other, and the second interlocking unit 900B controls the rotational force of the second conversion unit 400 by the first reciprocating member 100A and the first interlocking unit 900B.
  • the rotational force transmission process of transmitting to the rotation shaft RA of the 1B reciprocating member 100B also has the same mechanism.
  • the rotational force of the first conversion unit 300 and the second conversion unit 400 repeats the increase and decrease in a substantially sinusoidal form in proportion to the rotation speeds X and Y shown in FIG. 8, and the first conversion unit 300.
  • the first conversion unit 300 may be moved in a section in which the rotation force of the first conversion unit 300 is large.
  • a part of the rotational force is used to control the pitch of the 2A reciprocating member 200A and the 2B reciprocating member 200B, and a part of the rotational force of the second conversion unit 400 in a section in which the rotational force of the second conversion unit 400 is large. Is used for the pitch control of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B, thereby reducing the energy used for the pitch control of the reciprocating members 100A, 100B, 200A, and 200B.
  • a part of the rotational force of the first conversion unit 300 is used for the pitch control of the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B in a section in which the rotational force of the first conversion unit 300 is large, 2
  • a part of the rotational force of the second conversion unit 400 is used for the pitch control of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B in a section in which the rotational force of the conversion unit 400 is large
  • the first conversion is performed.
  • the difference between the rotational force and the rotational speed between the unit 300 and the second conversion unit 400 is reduced, thereby delivering a more uniform rotational motion to the rotational axis RA of the power generation unit 700.
  • 15 to 18 illustrate that the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B reciprocate with a quarter difference in phase compared to the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B. The state of use is shown.
  • the phase difference of the second A reciprocating member 200A and the second B reciprocating member 200B is one-fourth of the phase difference between the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B.
  • the direction of rotation of the first rotary members 312 and 333 and the second A reciprocating member 200A and 2B reciprocating according to the reciprocating motion of the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B.
  • the rotation directions of the rotation shaft RA of the member 200B are the same, as shown in FIGS. 15 to 18, the first A reciprocating member 100A and the first B reciprocating member 100B are the second A reciprocating member 200A.
  • the reverse rotation member 930 is shown between the seventh rotation member 907 and the eighth rotation member 908 as the reversing means in the rotational direction. That is, the seventh rotation member 907 is connected to the reverse rotation member 930 and the 2-1 rotational force transmission member 921, the reverse rotation member 930 is engaged with the eighth rotation member 908 to rotate by The direction of rotation is reversed.
  • the reverse rotation member 930 and the eighth rotation member 908 may be provided as pulleys (or sprockets) having gear teeth engaged with each other.
  • the 2-1th rotational force transmission member 921 rotates with the seventh rotation member 907 and the eighth rotation with a crossed belting method, which is a belt hook method in which the rotational directions of both pulleys are reversed.
  • the member 908 may also be connected.
  • the passive multiple repetitive lift-type power generation device (1) which minimizes the energy loss caused by the friction with the fluid flow and the vibration accordingly ( 1) can be provided.
  • the kinetic energy of the 1A reciprocating member 100A and the 1B reciprocating member 100B and the 2A reciprocating member 200A and the 2B reciprocating member 200B is transmitted to the power generation unit 700 by a mechanical transmission configuration.
  • a passive multiple repetitive lift type generator 1 configured to prevent energy loss due to frictional heat generated by using a hydraulic device.
  • the transfer force of the rotational motion by the reciprocating motion of the 1B reciprocating member 100B and the 2B reciprocating member 200B is transmitted to the first converting unit 310 through the second converting unit 320, thereby providing a reciprocating member (
  • the torque of the main power shaft 500 can be increased even if the shape of 100A, 100B, 200A, 200B is not variably modified or the size is not increased, and if the additional reciprocating member and the conversion unit are further connected, the main power shaft 500 It is possible to provide a passive multiple iterative power generation device (1) made to increase the torque of the step by step.
  • the reciprocating member (100A, 100B, 200A, 200B) It is possible to provide a passive multiple iterative power generation apparatus (1) made to minimize the energy used to control the pitch of, 200B.
  • the passive multiple repeated lift-type power generation apparatus by reducing the length of the swing member within the entire kinetic energy transmission section, the energy loss caused by friction with the fluid flow and thereby vibration is minimized, 1A
  • the kinetic energy of the reciprocating member, the 1B reciprocating member, and the 2A reciprocating member and the 2B reciprocating member is transmitted to the power generation unit by a mechanical transmission configuration, thereby preventing energy loss due to frictional heat generated by using the hydraulic device.
  • the invention is an industrially available invention because the possibility of marketing or operating the applied device is not only sufficient for the use of the related technology as well as the possibility of practically making it clear as it overcomes the limitations of the existing technology.

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Abstract

수동 다중 반복승강식 발전장치가 개시된다. 본 발명의 수동 다중 반복승강식 발전장치는, 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 발전장치에 있어서, 유체 내에 서로 이격되어 배치되고, 유체에 의한 상승, 하강력 또는 유동에너지에 의해 각각 왕복운동하는 제1A 왕복부재, 제2A 왕복부재, 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재; 상기 제1A 왕복부재 및 제1B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제1 변환유닛; 상기 제2A 왕복부재 및 제2B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제2 변환유닛; 상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛의 회전운동에 의해 회전운동하는 주동력축; 및 상기 주동력축의 회전운동을 전달받아 전력을 생산하는 발전유닛을 포함하고, 상기 주동력축의 회전운동은 상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛으로 전달되지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수동 다중 반복승강식 발전장치
본 발명은 수동 다중 반복승강식 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유동하는 유체 내에서 유체의 유동에너지에 의해 승강 및 하강을 반복하여 전력을 생산하도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치에 관한 것이다.
조류발전(潮流發電)은 해수의 흐름을 이용해 발전하는 방식으로서, 해안에 방파제를 설치하여 조수간만의 차이를 이용하여 발전하는 조력발전과 달리, 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식이다.
조류발전은 방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 비용이 적게 들고, 선박 다니기가 자유로우며, 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않아 환경친화적인 것으로 평가된다.
이와 관련하여 미국 공개특허공보 제2013-0202407호에는 OSCILLATING HYDROFOIL, TURBINE, PROPULSIVE SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING ENERGY가 개시되어 있으며, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호의 유압기반 동력전달장치는 세로방향의 포스트와, 포스트에서 가로방향으로 연장된 형태로 구비되어 유체의 흐름에 의해 회전하며 포스트의 길이방향을 따라 이동하는 제1 수중익 및 제2 수중익으로 구성된다.
미국 공개특허공보 제2013-0202407호의 유압기반 동력전달장치는, 보다 구체적으로, 포스트의 내부에 마련되어 제1 수중익이 왕복이동함에 따라 작동하는 제1 유압실린더와, 제1 유압실린더와 마찬가지로 포스트의 내부에 마련되어 제2 수중익이 왕복이동함에 따라 작동하는 제2 유압실린더를 포함하여 이루어진다. 제1 유압실린더 및 제2 유압실린더는, 제1 수중익 및 제2 수중익이 선형적으로 왕복이동함에 따라 내부 유체의 이동에 의해 발생하는 운동에너지를 기계적 일로 변환시켜 전력을 생산하게 된다.
상술한 바와 같은, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호는 유체의 흐름에 의한 포일 한 쌍의 순환회전운동을 이용하여 샤프트를 회전시키는 종래 터빈장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호에 기재된 종래 터빈장치의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 크랭크 샤프트와 연결되어 포일 한 쌍의 순환회전운동을 샤프트에 전달하는 길쭉한 형태의 로드가 순환운동하는 과정에서 유체의 흐름과 마찰함에 따라 에너지 손실이 발생하게 되는 문제가 있었다.
둘째, 길쭉한 형태의 로드에 작용하는 유체역학적 힘에 의해 터빈장치에 진동이 발생하게 되고, 이와 같은 진동에 의해 회전부마다 마련되는 베어링의 수명이 감소하게 되는 문제가 있었다.
셋째, 포일 한 쌍이 180도의 고정된 위상차를 형성함에 따라 순환회전의 상사점 및 하사점에서 동시에 운동에너지의 미전달포인트를 형성하여 샤프트의 회전속도에 기복이 심한 문제점이 있었다.
미국 공개특허공보 제2013-0202407호는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 유압기반의 동력전달장치를 제시하고 있으나, 유압장치에서 지속적으로 생성될 수밖에 없는 마찰열에 의해 제1 수중익 및 제2 수중익의 운동에너지가 상당부분 손실되는 문제가 있었다.
따라서, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호와 같이 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있으면서도, 동시에 미국 공개특허공보 제2013-0202407호에서 기재하고 있는 종래 터빈장치의 문제점을 해결할 수 있는 발전장치의 개발에 대한 요구가 제기되고 있었다.
또한, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호를 포함하는 종래의 조류발전장치는 작동되는 과정 내내 포일의 피치 제어가 지속적으로 이루어져야 하나, 포일의 피치 제어에 사용되는 에너지는 조류발전장치의 발전량을 낮추는 요인으로 작용하므로 포일의 피치 제어에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
아울러, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호를 포함하여 포일의 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 종래의 발전장치에서, 포일의 양쪽 면에 작용하는 양력의 크기는 포일의 고정된 크기 및 형태에 의해 일정한 범위 내에서 더 이상 증가하지 않으며, 포일의 형태를 가변적으로 변형시키려면 추가적인 동력이 소모되고 포일의 크기를 무한정 증가시킬 수도 없어 포일의 크기 및 형태를 변수로 하여 포일의 왕복운동에 의한 발전기의 토크를 증가시키는 데에는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은, 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지하면서, 동시에 유체 흐름과의 마찰에 의해 발생하는 에너지 손실 및 이에 따른 진동이 최소화되고, 또한 운동에너지가 연속적으로 전달되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 포일의 형태를 가변적으로 변형시키거나 크기를 증가시키지 않더라도 주동력축의 토크를 단계적으로 증가시킬 수 있도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공하는 것이다.
아울러, 포일의 피치 제어에 사용되는 에너지가 최소화되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 발전장치에 있어서, 유체 내에 서로 이격되어 배치되고, 유체에 의한 상승, 하강력 또는 유동에너지에 의해 각각 왕복운동하는 제1A 왕복부재, 제2A 왕복부재, 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재; 상기 제1A 왕복부재 및 제1B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제1 변환유닛; 상기 제2A 왕복부재 및 제2B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제2 변환유닛; 상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛의 회전운동에 의해 회전운동하는 주동력축; 및 상기 주동력축의 회전운동을 전달받아 전력을 생산하는 발전유닛을 포함하고, 상기 주동력축의 회전운동은 상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛으로 전달되지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치에 의하여 달성된다.
상기 제1 변환유닛과 상기 주동력축을 연결하는 제1 원웨이클러치; 및 상기 제2 변환유닛과 상기 주동력축을 연결하는 제2 원웨이클러치를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 원웨이클러치 및 제2 원웨이클러치는 상기 주동력축 상에 형성되도록 이루어질 수 있다.
상기 제2 원웨이클러치와 결합되는 제1 기어; 상기 제1 기어와 연동하여 회전하는 제2 기어; 및 상기 제2 변환유닛 및 제2 기어와 함께 회전하는 보조동력축을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 원웨이클러치와 결합되는 제1 풀리; 및 상기 제1 변환유닛과 상기 제1 풀리가 연동하여 회전하도록 연결하는 제1 벨트를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 벨트는 장력유지장치에 의해 가압되고, 상기 장력유지장치는, 상기 제1 변환유닛과 상기 제1 풀리 사이에 형성되는 고정부재; 및 중앙부가 상기 고정부재에 회전가능하게 결합되고, 상기 중앙부의 양쪽에는 상기 제1 벨트에 접촉하는 롤러가 각각 회전가능하게 결합된 가압부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 원웨이클러치와 결합되는 제2 풀리; 및 상기 제2 변환유닛과 상기 제2 풀리가 연동하여 회전하도록 연결하는 제2 벨트를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 주동력축에는 플라이 휠이 결합될 수 있다.
상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛 각각은, 상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하는 제1 변환부; 상기 제1 변환부의 양방향 회전운동을 일방향 회전운동으로 변환하는 제2 변환부; 및 상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하고, 상기 제1 변환부에 연결되는 제3 변환부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 변환부는, 일단부가 상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재와 회전축 결합하는 제1 스윙부재; 상기 제1 스윙부재의 타단부와 결합하고, 상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재의 왕복운동과 연동하여 양방향으로 회전하는 제1 회전부재; 상기 제1 회전부재와 이격되어 배치되고, 상기 제2 변환부와 함께 회전하는 제2 회전부재; 및 상기 제1 회전부재의 회전력을 제2 회전부재로 전달하는 회전력전달부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 변환부는, 상기 제2 회전부재에 의해 양방향으로 회전하는 제1 양방향회전기어 및 제2 양방향회전기어; 상기 제1 양방향 회전기어와 맞물려 회전하는 제1 아이들러기어; 상기 제1 아이들러기어와 함께 회전하는 제2 아이들러기어; 출력축에 결합되고, 상기 제2 양방향 회전기어와 맞물려 회전하는 제1 출력기어; 상기 출력축에 결합되고, 상기 제2 아이들러기어와 맞물려 회전하는 제2 출력기어; 상기 제1 출력기어와 출력축을 연결하는 제3 원웨이클러치; 및 상기 제2 출력기어와 출력축을 연결하는 제4 원웨이클러치를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제3 변환부는, 일단부가 상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재와 결합하는 제2 스윙부재; 상기 제2 스윙부재의 타단부와 결합하고, 상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재의 왕복운동과 연동하여 양방향으로 회전하는 제3 회전부재; 상기 제3 회전부재와 이격되어 배치되고, 상기 제1 회전부재와 연결되는 제4 회전부재; 및 상기 제3 회전부재와 제4 회전부재를 연결하는 회전력전달부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 변환유닛의 회전력전달부의 회전력을 상기 제2A 왕복부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및 상기 제2 변환유닛의 회전력전달부의 회전력을 상기 제1A 왕복부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 스윙부재의 길이를 전체 운동에너지 전달구간 내에서 축소화함으로써, 유체 흐름과의 마찰에 의해 발생하는 에너지 손실 및 이에 따른 진동이 최소화되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 제1A 왕복부재와 제1B 왕복부재 및 제2A 왕복부재와 제2B 왕복부재의 운동에너지가 기구적 전달구성에 의해 발전유닛으로 전달됨으로써, 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지하도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 제1A 왕복부재 및 제1B 왕복부재의 왕복운동에 의한 회전운동의 합력을 제2 변환부를 통해 제1 변환부로 전달함으로써, 왕복부재의 형태를 가변적으로 변형시키거나 크기를 증가시키지 않더라도 주동력축의 토크를 증가시킬 수 있으며, 추가적인 왕복부재 및 변환부를 더 연결하면 주동력축의 토크를 단계적으로 증가시킬 수 있도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공할 수 있게 된다.
아울러, 제1 연동유닛 및 제2 연동유닛을 형성하여 회전력의 여유분을 왕복부재의 피치 제어에 사용함으로써, 왕복부재의 피치 제어에 사용되는 에너지가 최소화되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 다중 반복승강식 발전장치의 전체사시도.
도 2는 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 설치상태를 나타내는 정면도.
도 3은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 제1 왕복부재 및 제1 변환유닛을 나타내는 사시도.
도 4 및 도 5는 도 3의 제1 왕복부재 및 제1 변환유닛의 작동상태를 나타내는 정면도.
도 6 및 도 7은 도 3의 제1 변환유닛의 작동상태를 나타내는 사시도.
도 8은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 회전속도를 나타내는 선도.
도 9는 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 토크를 나타내는 선도.
도 10은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 주동력축, 보조동력축 및 발전유닛의 작동상태를 나타내는 사시도.
도 11 내지 도 18은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 제1 연동유닛 및 제2 연동유닛에 의한 회전력의 전달구조를 나타내는 개략도.
* 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 *
1 : 수동 다중 반복승강식 발전장치 100A : 제1A 왕복부재
200A : 제2A 왕복부재 100B : 제1B 왕복부재
200B : 제2B 왕복부재 300 : 제1 변환유닛
400 : 제2 변환유닛 500 : 주동력축
600 : 보조동력축 700 : 발전유닛
800 : 장력유지장치 S : 출력축
900A : 제1 연동유닛 900B : 제2 연동유닛
310 : 제1 변환부 320 : 제2 변환부
311 : 제1 스윙부재 321 : 제1 양방향회전기어
312 : 제1 회전부재 322 : 제2 양방향회전기어
313 : 제2 회전부재 323 : 제1 아이들러기어
314 : 회전력전달부 324 : 제2 아이들러기어
510 : 제1 풀리 325 : 제1 출력기어
520 : 제1 벨트 326 : 제2 출력기어
530 : 제1 기어 327 : 제3 원웨이클러치
540 : 제1 원웨이클러치 328 : 제4 원웨이클러치
550 : 제2 원웨이클러치 329 : 출력풀리
560 : 플라이휠 330 : 제3 변환부
610 : 제2 풀리 331 : 제2 스윙부재
620 : 제2 벨트 332 : 제3 회전부재
630 : 제2 기어 333 : 제4 회전부재
810 : 고정부재 334 : 회전력전달부재
820 : 가압부재 314A : 제5 회전부재
907 : 제7 회전부재 314B : 제6 회전부재
908 : 제8 회전부재 314C : 제1-1 회전력전달부재
909 : 제9 회전부재 314D : 제1-2 회전력전달부재
910 : 제10 회전부재 SH1 : 제1 지지샤프트
911 : 제11 회전부재 SH2 : 제2 지지샤프트
912 : 제12 회전부재 SH3 : 제3 지지샤프트
913 : 제13 회전부재 R : 롤러
914 : 제14 회전부재
921 : 제2-1 회전력전달부재
922 : 제2-2 회전력전달부재
923 : 제2-3 회전력전달부재
924 : 제2-4 회전력전달부재
925 : 제2-5 회전력전달부재
930 : 역회전부재
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 수동 다중 반복승강식 발전장치는, 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지하면서, 동시에 유체 흐름과의 마찰에 의해 발생하는 에너지 손실 및 이에 따른 진동이 최소화되고, 또한 운동에너지가 연속적으로 전달되도록 이루어진다.
또한, 포일의 형태를 가변적으로 변형시키거나 크기를 증가시키지 않더라도 주동력축의 토크를 단계적으로 증가시킬 수 있도록 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 다중 반복승강식 발전장치의 전체사시도, 도 2는 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 설치상태를 나타내는 정면도, 도 3은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 제1 왕복부재 및 제1 변환유닛을 나타내는 사시도, 도 4 및 도 5는 도 3의 제1 왕복부재 및 제1 변환유닛의 작동상태를 나타내는 정면도, 도 6 및 도 7은 도 3의 제1 변환유닛의 작동상태를 나타내는 사시도, 도 8은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 회전속도를 나타내는 선도, 도 9는 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 토크를 나타내는 선도, 도 10은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 주동력축, 보조동력축 및 발전유닛의 작동상태를 나타내는 사시도, 도 11 내지 도 18은 도 1의 수동 다중 반복승강식 발전장치의 제1 연동유닛 및 제2 연동유닛에 의한 회전력의 전달구조를 나타내는 개략도.
본 발명의 수동 다중 반복승강식 발전장치는 유동하는 유체 내에서 유체의 유동에너지에 의해 승강 및 하강을 반복하여 전력을 생산하도록 이루어진다. 여기에서, 유동하는 유체는 액체 및 기체를 포함하는 넓은 의미로 이해되는 것이 바람직하나, 본 발명의 일 실시예에서는 해수의 흐름을 이용해 발전하는 조류발전에 사용되는 것으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)는 제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A), 제2B 왕복부재(200B), 제1 변환유닛(300), 제2 변환유닛(400), 주동력축(500), 보조동력축(600) 및 발전유닛(700)을 포함하여 구성된다.
제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)는 유체 내에 배치되어 유체에 의한 상승, 하강력 또는 유동에너지에 의해 왕복운동하는 구성으로서, 조류의 흐름방향으로 서로 이격되어 배치된다.
조류의 흐름은 해수 내 가로세로 좌표에 따라 속도 및 방향에 차이가 있을 수 있는데, 제1A 왕복부재(100A)와 제2A 왕복부재(200A) 그리고 제1B 왕복부재(100B)와 제2B 왕복부재(200B)가 조류의 흐름 방향으로 각각 이격 배치되어, 흐름 뒤쪽에 있는 왕복 부재가 앞쪽 왕복 부재에 의해 일부 흐름이 막히지만, 앞쪽 부재에서 발생되는 와류에 의해 운동에너지가 늘어나는 효과가 있어, 각각 주동력축(500) 측으로 전달하는 운동에너지의 크기 및 속도가 크게 다르지는 않다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)는 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 측면에서 보면 유선형이다. 그리고 제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 전단부는 그것의 후단부보다 더 두껍다. 조류의 흐름을 따라 전단부는 후단부에 대해 상류에 배치된다. 다시 말해서 제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)는 전단부 쪽에서 후단부 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 발전장치(1) 가동시, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 경사각(α)이 동일하게 조정됨으로써 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 동시에 상하로 왕복운동하게 된다.
보다 구체적으로, 전단부가 후단부보다 더 높아지게 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 경사각이 동시에 조정되면 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 함께 위로 상승하게 되며, 반대로 후단부가 전단부보다 더 높아지게 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 경사각이 조정되면 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 함께 아래로 하강하게 된다.
도시되지는 않았으나, 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 경사각 조정도 동일한 방식으로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 변환유닛(300)은 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)와 연결되어 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 구성으로서, 제1 변환부(310), 제2 변환부(320) 및 제3 변환부(330)를 포함하여 이루어진다.
제1 변환부(310)는 제1A 왕복부재(100A)의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하여 제2 변환부(320)에 전달하기 위한 것으로서, 제1 스윙부재(311), 제1 회전부재(312), 제2 회전부재(313) 및 회전력전달부(314)를 포함한다.
제1 스윙부재(311)는 길다란 로드(rod) 형태로 이루어진다. 제1 스윙부재(311)의 일단부는 제1A 왕복부재(100A)에 링크 결합되며, 제1 스윙부재(311)의 타단부는 제1 회전부재(312)를 지지하는 제1 지지샤프트에 고정 결합된다. 따라서 제1 스윙부재(311)는 제1A 왕복부재(100A)의 왕복운동에 연동하여 상하 반복적으로 스윙운동을 하게 된다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 제1 스윙부재(311)에는 제1A 왕복부재(100A)의 경사각(α)을 조정하는 모터(M)가 결합된다.(도 11 내지 도 14 참조) 모터(M)의 바디는 제1 스윙부재(311)의 일단부에 고정되고 모터(M)의 회전축은 제1A 왕복부재(100A)에 결합된다. 모터(M)는 제어부의 제어에 의해 시계방향 및 반시계방향으로 왕복회전됨으로써 제1A 왕복부재(100A)의 경사각을 조정하게 된다.
제1 회전부재(312)는 제1 지지샤프트에 고정 결합되어 제1 지지샤프트 회전시 함께 회전하게 된다. 제1 회전부재(312)는 풀리(pulley)로 구비된다. 제1 회전부재(312)는 제1 스윙부재(311)의 반복적인 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 반복 회전한다. 상기 풀리-벨트 구조는 링크 구조 혹은 체인-스프라켓으로 변경 가능하다.
제2 회전부재(313)는 제1 회전부재(312)와 이격 배치된다. 보다 구체적으로, 제2 회전부재(313)는 제1 회전부재(312)로부터 상방으로 일정 거리 떨어져 배치된다. 따라서 제2 회전부재(313)는 제1 회전부재(312)와 달리 수면위(혹은 수중 배치되더라도 기관실 내 공기 중)에 배치된다. 제2 회전부재(313)는 제1 회전부재(312)와 마찬가지로 풀리로 구비된다.
회전력전달부(314)는 제1 회전부재(312)의 양방향 회전을 제2 회전부재(313)에 전달하기 위한 구성으로서, 제1 변환유닛(300)의 회전력을 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축에 전달하는 제1 연동유닛(900A)이 결합된다.(도 11 내지 도 14 참조)
도 3에는 용이한 이해를 위해 회전력전달부(314)가 제1 회전부재(312) 회전력을 장력을 통해 제2 회전부재(313)로 전달하는 하나의 벨트로 도시되었으나, 제1 연동유닛(900A)이 결합되면 제5 회전부재(314A), 제6 회전부재(314B), 제1-1 회전력전달부재(314C) 및 제1-2 회전력전달부재(314D)를 포함하여 구성된다. 이에 대한 자세한 설명은 제1 연동유닛(900A)의 설명과 함께 후술하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제3 변환부(330)는 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하여 제1 변환부(320)에 전달하기 위한 것으로서, 제2 스윙부재(311), 제3 회전부재(312), 제4 회전부재(313) 및 회전력전달부재(334)를 포함한다.
제2 스윙부재(331)는 길다란 로드(rod) 형태로 이루어진다. 제2 스윙부재(331)의 일단부는 제1B 왕복부재(100B)에 링크 결합되며, 제2 스윙부재(331)의 타단부는 제3 회전부재(332)를 지지하는 제2 지지샤프트에 고정 결합된다. 따라서 제2 스윙부재(331)는 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 연동하여 상하 반복적으로 스윙운동을 하게 된다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 제2 스윙부재(331)에는 제1B 왕복부재(100B)의 경사각(α)을 조정하는 모터(M)가 결합된다.(도 11 내지 도 14 참조) 모터(M)의 바디는 제2 스윙부재(331)의 일단부에 고정되고 모터(M)의 회전축은 제1B 왕복부재(100B)에 결합된다. 모터(M)는 제어부의 제어에 의해 시계방향 및 반시계방향으로 왕복회전됨으로써 제1B 왕복부재(100B)의 경사각을 조정하게 된다.
제3 회전부재(332)는 제2 지지샤프트에 고정 결합되어 제2 지지샤프트 회전시 함께 회전하게 된다. 제3 회전부재(332)는 풀리(pulley)로 구비된다. 제3 회전부재(332)는 제2 스윙부재(331)의 반복적인 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 반복 회전한다. 상기 풀리-벨트 구조는 링크 구조 혹은 체인-스프라켓으로 변경 가능하다.
제4 회전부재(333)는 제1 회전부재(312)와 함께 제1 지지샤프트에 고정 결합되어 제1 회전부재(312)와 함께 회전하게 된다. 제4 회전부재(333)는 제3 회전부재(332)와 마찬가지로 풀리로 구비된다.
회전력전달부재(334)는 제3 회전부재(332)의 양방향 회전을 제4 회전부재(333)에 전달하기 위한 것으로, 제3 회전부재(332) 및 제4 회전부재(333)를 감싸도록 배치된다. 회전력전달부재(334)는 장력을 통해 회전력을 전달하는 벨트(belt)로 구비된다.
제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 따른 제1 변환부(310) 및 제3 변환부(330)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 선단부가 후단부보다 더 높아지도록 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 경사각이 동시에 조정되면, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)는 조류의 흐름으로부터 동시에 상승력을 받게 되며, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)는 동시에 위로 상승하게 된다.
이에 따라 제1A 왕복부재(100A)에 링크 결합된 제1 스윙부재(311)와 제1B 왕복부재(100B)에 링크 결합된 제2 스윙부재(331)는 동시에 위로 스윙 운동하게 된다. 제1 스윙부재(311)가 고정 결합된 제1 지지샤프트 및 제2 스윙부재(331)가 고정 결합된 제2 지지샤프트는 반시계 방향으로 동시에 회전하며, 제1 지지샤프트에 고정 결합된 제1 회전부재(312)와 제4 회전부재(333)는 제2 지지샤프트에 고정 결합된 제3 회전부재(332)와 함께 반시계방향으로 회전하게 된다.
제3 회전부재(332)의 회전력은 회전력전달부재(334)에 의해 제4 회전부재(333)에 전달되고, 제4 회전부재(333)의 회전력은 제1 지지샤프트에 전달된다. 또한 제1 지지샤프트에는 제1A 왕복부재(100A)의 왕복운동에 의한 회전력이 전달됨에 따라, 제1 회전부재(312)에는 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 의한 회전력의 합력이 전달되고, 제1 회전부재(312)의 회전력은 회전력전달부(314)를 통해 제2 회전부재(313)에 전달됨으로써 제2 회전부재(313) 역시 반시계 방향으로 회전된다.
이처럼 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 동시에 상승함으로써 제1 변환부(310) 및 제3 변환부(330)는 제2 회전부재(313)를 통해 반시계 방향의 회전운동을 출력한다.
도 5를 참조하면, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 후단부가 그것의 전단부보다 더 높아지도록 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 경사각이 동시에 조정되면, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)는 조류로부터 하강력을 동시에 받게 된다.
따라서 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)는 동시에 아래로 하강하며, 이에 따라 제1A 왕복부재(100A)에 링크 결합된 제1 스윙부재(311)와 제1B 왕복부재(100B)에 링크 결합된 제2 스윙부재(331)는 동시에 아래로 스윙 운동한다.
제1 스윙부재(311)가 고정 결합된 제1 지지샤프트 및 제2 스윙부재(331)가 고정결합된 제2 지지샤프트는 시계 방향으로 동시에 회전하며, 제1 지지샤프트에 고정결합된 제1 회전부재(312)와 제4 회전부재(333)는 제2 지지샤프트에 고정 결합된 제3 회전부재(332)와 함께 시계방향으로 회전하게 된다.
제3 회전부재(332)의 회전력은 회전력전달부재(334)에 의해 제4 회전부재(333)에 전달되고, 제4 회전부재(333)의 회전력은 제1 지지샤프트에 전달된다. 또한 제1 지지샤프트에는 제1A 왕복부재(100A)의 왕복운동에 의한 회전력이 전달됨에 따라, 제1 회전부재(312)에는 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 의한 회전력의 합력이 전달되고, 제1 회전부재(312)의 회전력은 회전력전달부(314)를 통해 제2 회전부재(313)에 전달됨으로써 제2 회전부재(313) 역시 시계 방향으로 회전된다.
이처럼 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 동시에 하강함으로써 제1 변환부(310) 및 제3 변환부(330)는 제2 회전부재(313)를 통해 시계 방향의 회전운동을 출력한다.
즉, 발전장치(1)의 가동시 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)는 상하 방향의 왕복운동을 동시에 반복하며, 제1 변환부(310) 및 제3 변환부(330)는 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동의 합력을 양방향(시계 방향 및 반시계 방향) 회전운동으로 변환하여 출력한다.
도시되지는 않았으나, 제1C 왕복부재와 제4 변환부가 더 설치될 수 있다.
제4 변환부는 제1C 왕복부재의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하여 제3 변환부에 전달하기 위한 것으로서, 제3 스윙부재, 제5' 회전부재, 제6' 회전부재 및 회전력전달부재를 포함한다.
제5' 회전부재는 제3' 지지샤프트에 고정 결합되어 제3' 지지샤프트 회전시 함께 회전하게 된다. 제6' 회전부재는 제3 회전부재(332)와 함께 제2 지지샤프트에 고정 결합되어 제3 회전부재(332)와 함께 회전하게 된다. 회전력전달부재는 벨트로 구비되어 제5' 회전부재의 양방향 회전을 제6' 회전부재에 전달한다.
제1D 왕복부재와 제5 변환부가 더 설치될 수도 있으며, 이와 같이 왕복부재와 변환부가 더 설치되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 왕복부재가 추가적으로 설치되는 개수(n)에 비례하여 주동력축(500)의 토크(T)를 단계적으로 증가시킬 수 있다.
제2 변환부(320)는 제1 변환부(310)에 의해 출력된 양방향 회전운동을 전달받아 일방향의 회전운동으로 변환하여 출력한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 변환부(320)는 제1 샤프트에 장착된 제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)와, 제2 샤프트에 장착된 제1 아이들러기어(323) 및 제2 아이들러기어(324)와, 출력축(S)에 장착된 제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)와, 출력축(S)과 제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326) 사이에 각각 배치된 제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)와, 출력축(S)의 일측 단부에 장착된 출력풀리(329)를 포함하여 구성된다.
제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)는 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는 동일 형상의 평기어(spur gear)로 구비되어 제1 샤프트에 고정 결합된다. 제1 변환부(310)의 제2 회전부재(313)도 제1 샤프트에 고정 결합되어 있으므로, 제2 회전부재(313)가 양방향으로 회전운동함에 따라 제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)도 양방향으로 회전운동을 하게 된다.
제1 아이들러기어(323) 및 제2 아이들러기어(324)는 동일한 개수의 기어 이를 갖는 동일 형상의 평기어로 구비되어 제2 샤프트에 고정 결합된다. 제1 아이들러기어(323)는 제2 양방향회전기어(322)와 맞물려서, 제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)가 회전하면 제1 아이들러기어(323) 및 제2 아이들러기어(324)는 반대방향으로 회전하게 된다.
제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)는 동일한 개수의 기어 이를 갖는 동일 형상의 평기어로 구비된다. 제1 출력기어(325)는 제3 원웨이클러치(327)를 통해 출력축(S)에 장착되고, 제2 출력기어(326)는 제4 원웨이클러치(328)를 통해 출력축(S)에 장착된다. 제1 출력기어(325)는 제1 양방향 회전 기어에 바로 맞물리며, 제1 양방향 회전 기어와 반대 방향으로 회전하게 된다. 제2 출력기어(326)는 제2 아이들러 기어에 맞물리며, 제2 양방향회전기어(322)와 동일한 방향으로 회전하게 된다.
제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)는 제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)와 출력축(S) 사이에 배치되어 출력축(S)에 고정결합된다. 제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)는 제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)의 반시계 방향(이하, 제1 방향) 회전은 출력축(S)에 전달하지만 제1 방향에 반대되는 시계 방향(이하, 제2 방향) 회전은 출력축(S)에 전달하지 않는다.
제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)는 제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)에 의해 제1 방향 회전시에는 출력축(S)을 동일 방향으로 구동하지만 제2 방향 회전시에는 헛돌게 되며, 이에 따라 출력축(S)은 단방향 회전운동을 출력하게 된다.
전술한 제2 변환부(320)의 동작에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1A 왕복부재(100A)와 제1B 왕복부재(100B)가 상승할 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 변환부(310)는 제2 회전부재(313)를 통해 제1 방향의 회전운동을 출력한다. 제1 변환부(310)의 제2 회전부재(313)는 제1 샤프트에 고정 결합되어 있으므로, 제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)도 제1 방향으로 회전한다. 제2 양방향회전기어(322)에 제1 아이들러기어(323)가 맞물려 있으므로, 제1 아이들러기어(323) 및 제2 아이들러기어(324)는 제2 방향으로 회전한다. 제1 출력기어(325)는 제1 양방향 회전 기어에 맞물려 있으므로 제2 방향으로 회전하게 되고, 제2 출력기어(326)는 제2 아이들러 기어에 맞물려 있으므로 제1 방향으로 회전하게 된다.
제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)에 결합된 제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)는 제1 방향의 회전력만을 전달하므로, 제1 출력기어(325)의 제2 방향 회전력은 출력축(S)에 전달되지 않고, 제2 출력기어(326)의 제1 방향 회전력만 출력축(S)에 전달된다. 따라서, 출력축(S)은 제2 출력기어(326)로부터 전달된 제1 방향 회전력에 의해 제1 방향으로 회전하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1A 왕복부재(100A)와 제1B 왕복부재(100B)가 하강할 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 변환부(310)는 제2 회전부재(313)를 통해 제2 방향의 회전운동을 출력한다. 제1 변환부(310)의 제2 회전부재(313)는 제1 샤프트에 고정 결합되어 있으므로, 제1 양방향회전기어(321) 및 제2 양방향회전기어(322)도 제2 방향으로 회전한다. 그리고, 제2 양방향회전기어(322)에 제1 아이들러기어(323)가 맞물려 있으므로, 제1 아이들러기어(323) 및 제2 아이들러기어(324)는 제1 방향으로 회전한다. 제1 출력기어(325)는 제1 양방향 회전 기어에 맞물려 있으므로 제1 방향으로 회전하고, 제2 출력기어(326)는 제2 아이들러기어(324)에 맞물려 있으므로 제2 방향으로 회전하게 된다.
제1 출력기어(325) 및 제2 출력기어(326)에 결합된 제3 원웨이클러치(327) 및 제4 원웨이클러치(328)는 제1 방향의 회전력만을 전달하므로, 제1 출력기어(325)의 제1 방향 회전력은 출력축(S)에 전달되는 반면, 제2 출력기어(326)의 제2 방향 회전력은 출력축(S)에 전달되지 않는다. 따라서, 출력축(S)은 제1 출력기어(325)으로부터 전달된 제1 방향 회전력에 의해 제1 방향으로 회전하게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 변환유닛(400)은 제1 변환유닛(300)과 동일한 구조 및 작동 메카니즘을 갖으며, 주동력축(500)을 사이에 두고 서로 마주보는 형태로 배치된다. 제2 변환유닛(400)에 대한 자세한 설명은 제1 변환유닛(300)과 중복되므로 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 출력풀리(329)는 제1 변환유닛(300) 및 제2 변환유닛(400)의 출력축(S) 단부에 장착되어 출력축(S)의 단방향 회전운동을 주동력축(500) 측으로 전달하게 된다.
출력풀리(329)의 회전속도는, 도 8에 도시된 바와 같이, 사인파와 유사한 형태로 이루어지게 된다.
X는 제1 변환유닛(300)으로부터 주동력축(500)으로 전달되는 회전운동의 반주기 당 속도변화를 나타내고, Y는 제2 변환유닛(400)으로부터 주동력축(500)으로 전달되는 회전운동의 반주기 당 속도변화를 나타낸다.
제1A 왕복부재(100A)와 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동은 제1 변환유닛(300)을 거치고, 제2A 왕복부재(200A)와 제2B 왕복부재(200B)의 왕복운동은 제2 변환유닛(400)을 거쳐서 출력풀리(329)의 일방향 회전운동으로 전환되며, 제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)는 상사점과 하사점에서 운동방향이 전환됨에 따라 출력풀리(329)의 회전속도는 1회전(제1A 왕복부재(100A), 제1B 왕복부재(100B), 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 승강 1주기) 당 회전속도가 0인 제로포인트가 2점 존재하게 된다.
제1A 왕복부재(100A)와 제2A 왕복부재(200A)는 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 출력속도가 위상차를 형성하도록, 대략 4분의 1주기의 위상차를 형성하면서 승강하도록 이루어진다. 물론, 제1A 왕복부재(100A)와 제1B 왕복부재(100B)는 동시에 승강하고, 제2A 왕복부재(200A)와 제2B 왕복부재(200B)는 동시에 승강한다.
제1A 왕복부재(100A)와 제2A 왕복부재(200A)가 대략 4분의 1주기의 위상차를 형성하여 승강하게 되면, 어느 하나의 제로포인트가 다른 하나의 최고속도와 동일한 위상을 형성하게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 주동력축(500)에는, 회전속도의 크기가 서로 교번하는 제1 변환유닛(300) 및 제2 변환유닛(400)의 회전력 중 더 큰 회전력이 전달되도록, 제1 원웨이클러치(540) 및 제2 원웨이클러치(550)가 장착되어 이를 통해 제1 변환유닛(300) 및 제2 변환유닛(400)의 회전력이 전달된다.
주동력축(500) 및 보조동력축(600)에 대한 설명은 보다 용이한 이해를 위해 동시에 설명하고자 한다.
주동력축(500)은 제1 변환유닛(300) 및 제2 변환유닛(400)의 회전력을 발전유닛(700)으로 전달하기 위한 구성으로서, 제1 풀리(510), 제1 원웨이클러치(540), 제1 기어(530), 제2 원웨이클러치(550) 및 플라이휠(560)이 장착된다. 주동력축(500)의 일측 단부는 발전유닛(700)의 회전축과 결합된다.
보조동력축(600)은, 제2 변환유닛(400)에 의해 전달되는 회전력의 방향이 전환되어 주동력축(500)으로 전달되도록 주동력축(500)과 나란하게 제2 변환유닛(400)의 출력풀리(329)와 주동력축(500) 사이에 설치되며, 제2 풀리(610) 및 제2 기어(630)가 장착된다.
제1 변환유닛(300)의 회전력은 제1 풀리(510) 및 제1 원웨이클러치(540)를 거쳐서 주동력축(500)에 전달된다.
제1 풀리(510)는 제1 벨트(520)를 통해 제1 변환유닛(300)의 출력풀리(329)와 연결되어 주동력축(500)에 제1 변환유닛(300)의 제1 방향 회전력을 전달하며, 주동력축(500)의 회전운동이 제1 변환유닛(300)으로 전달되지 않도록 제1 원웨이클러치(540)를 통해 주동력축(500)에 연결된다.
제1 벨트(520)는 장력유지장치(800)에 의해 가압된다. 장력유지장치(800)는, 제1 풀리(510)와 출력풀리(329) 간 회전력 전달이 용이하도록 제1 벨트(520)의 긴장을 유지하기 위한 구성으로서, 고정부재(810) 및 가압부재(820)를 포함하여 구성된다.
고정부재(810)는 제1 변환유닛(300)과 제1 풀리(510) 사이에 형성되어, 가압부재(820)가 결합되는 베이스를 형성한다.
가압부재(820)는 중앙부가 고정부재(810)에 회전가능하게 결합되고, 중앙부의 양쪽에는 제1 벨트(520)에 접촉하는 롤러(R)가 각각 회전가능하게 결합된다. 한 쌍의 롤러(R)는 제1 풀리(510)를 동시에 가압하여 제1 풀리(510)의 긴장을 유지시키게 되며, 가압부재(820)는 제1 풀리(510)의 긴장도가 수동으로 조정되도록 고정부재(810)의 길이방향으로 이동가능하게 결합된다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 고정부재(810)에는 나사홀이 형성되고 가압부재(820)의 중앙부에는 관통공이 형성되어 볼트 등에 의해 회전가능하게 결합될 수 있다.
제1 원웨이클러치(540)는 제1 풀리(510)의 제1 방향 회전운동만을 주동력축(500)에 전달하게 된다.
한편, 제2 변환유닛(400)의 회전력은 제2 풀리(610), 제2 기어(630), 제1 기어(530) 및 제2 원웨이클러치(550)를 거쳐서 주동력축(500)에 전달된다.
제2 풀리(610)는 보조동력축(600)에 고정설치되고, 제2 벨트(620)를 통해 제2 변환유닛(400)의 출력풀리(329)와 연결되어 보조동력축(600)에 제2 변환유닛(400)의 제1 방향 회전력을 전달한다. 제2 풀리(610)도 제1 풀리(510)와 같이 장력유지장치(800)에 의해 가압된다.
이때, 동일한 구조로 이루어지는 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)이 주동력축(500)을 기준으로 서로 마주보도록 배치되므로, 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 회전방향은 서로 반대로 이루어지게 된다.
제2 기어(630)는 제2 풀리(610)와 함께 회전하도록 보조동력축(600)에 고정설치된다.
제1 기어(530)는 주동력축(500)의 회전운동이 제2 변환유닛(400)으로 전달되지 않도록 제2 원웨이클러치(550)를 통해 주동력축(500)에 연결되며, 보조동력축(600)에 장착된 제2 기어(630)와 맞물려서 제2 기어(630)의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다.
제1 기어(530)와 제2 기어(630)는, 제2 변환유닛(400)의 회전운동위상이 변하지 않고 주동력축(500)으로 전달되도록, 동일한 잇수로 이루어진다.
제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 회전운동이 주동력축(500)으로 전달되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 8을 참조하면, 제1A 왕복부재(100A)와 제2A 왕복부재(200A)는 대략 4분의 1주기의 위상차를 형성하면서 승강하고, 이에 따라 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 회전속도는 어느 하나의 제로포인트가 다른 하나의 최고속도와 동일한 위상을 형성하는 대략 사인파의 형태로서 주동력축(500)으로 전달된다.
A구간은, 제1 변환유닛(300)의 회전속도(X)가 제2 변환유닛(400)의 회전속도(Y)보다 높은 구간으로서, 제1 변환유닛(300)의 회전운동이 주동력축(500)으로 전달된다.
A구간에서는, 제1 변환유닛(300)의 회전속도(X)가 제2 변환유닛(400)의 회전속도(Y)보다 높으므로 제1 풀리(510)를 통해 전달되는 제1 변환유닛(300)의 회전력은 제1 원웨이클러치(540)를 통해 주동력축(500)으로 전달되며, 제2 변환유닛(400)의 회전속도는 제1 변환유닛(300)의 회전속도보다 낮으므로 제1 기어(530)를 통해 전달되는 제2 변환유닛(400)의 회전력은 제2 원웨이클러치(550)를 통해 주동력축(500)으로 전달되지 않게 된다.
B구간은, 제2 변환유닛(400)의 회전속도(Y)가 제1 변환유닛(300)의 회전속도(X)보다 높은 구간으로서, 제2 변환유닛(400)의 회전운동이 주동력축(500)으로 전달된다.
B구간에서는, A구간과는 반대로 제2 변환유닛(400)의 회전속도가 제1 변환유닛(300)의 회전속도보다 높으므로 제1 기어(530)를 통해 전달되는 제2 변환유닛(400)의 회전력은 제2 원웨이클러치(550)를 통해 주동력축(500)으로 전달되며, 제1 변환유닛(300)의 회전속도는 제2 변환유닛(400)의 회전속도보다 낮으므로 제1 풀리(510)를 통해 전달되는 제1 변환유닛(300)의 회전력은 제1 원웨이클러치(540)를 통해 주동력축(500)으로 전달되지 않게 된다.
C구간은, 다시 제1 변환유닛(300)의 회전속도가 제2 변환유닛(400)의 회전속도보다 높게 형성되는 구간으로서, A구간과 동일하게 제1 변환유닛(300)의 회전운동이 주동력축(500)으로 전달된다. C구간은 A구간과 연속된다.
Z는 주동력축(500)의 회전속도를 나타낸다. 주동력축(500)은 회전관성에 의해 제1 풀리(510) 및 제1 기어(530)의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하는 구간이 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 위상차를 갖는 사인파 사이에서 부분적으로 존재하게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 플라이휠(560)은 주동력축(500)의 회전관성이 증가하도록 주동력축(500)에 장착된다. 플라이휠(560)은 주동력축(500)의 회전시 관성모멘트(moment of inertia)를 증가시킴으로써 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)에 의해 주동력축(500)에 전달되는 불균일한 회전속도의 변동폭을 낮추게 된다.
도 8에서 P는 주동력축(500)에 플라이휠(560)이 장착된 상태에서 주동력축(500)의 회전속도(P)를 나타낸다. 주동력축(500)은 플라이휠(560)에 의해 균일한 속도로 회전할 수 있도록 하여 발전유닛(700)의 회전축에 안정된 회전운동을 전달하게 된다.
도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)는, 제1 연동유닛(900A) 및 제2 연동유닛(900B)을 포함하여 구성된다.
조류발전장치는 작동되는 과정 내내 모터에 의한 포일의 피치 제어가 지속적으로 이루어져야 하며, 포일의 피치 제어에 사용되는 에너지는 조류발전장치의 전체 발전량을 낮추는 요인으로 작용하므로 포일의 피치 제어에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)는, 제1 변환유닛(300)의 회전력을 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)으로 전달하는 제1 연동유닛(900A) 및 제2 변환유닛(400)의 회전력을 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 회전축(RA)으로 전달하는 제2 연동유닛(900B)을 포함하여 이루어짐으로써, 왕복부재(100A,100B,200A,200B)의 피치 제어에 사용되는 에너지를 절감하게 된다.
도 11 내지 도 14는 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)가 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)보다 4분의 1주기의 위상차로 앞서 왕복운동하는 사용상태를 도시하고 있다.
도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 연동유닛(900A) 및 제2 연동유닛(900B)이 형성된 경우, 회전력전달부(314)는 제5 회전부재(314A), 제6 회전부재(314B), 제1-1 회전력전달부재(314C) 및 제1-2 회전력전달부재(314D)를 포함하여 구성된다. 도 11 내지 도 14는 개략도로서 제5 회전부재(314A), 제6 회전부재(314B) 및 후술할 제7 회전부재(907)가 하나의 원 형태로 도시되었으나, 제3 지지샤프트(SH3)에 함께 결합되는 풀리 또는 스프로킷으로 이해되어야 한다.
제5 회전부재(314A) 및 제6 회전부재(314B)는 제1 회전부재(312)와 제2 회전부재(313) 사이에서 제3 지지샤프트(SH3)에 결합되어 함께 회전하는 풀리 또는 스프로킷으로 구비되며, 제1-1 회전력전달부재(314C)는 제1 회전부재(312)와 제5 회전부재(314A)를 장력을 통해 연결하는 벨트 또는 체인으로 구비되고, 제1-2 회전력전달부재(314D)는 제6 회전부재(314B)와 제2 회전부재(313)를 장력을 통해 연결하는 벨트 또는 체인으로 구비된다.
제1 연동유닛(900A)은, 제1 변환유닛(300)의 회전력을 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)으로 전달하는 다수의 회전부재 및 회전력전달부재로 이루어진다. 회전부재(907~914)는 풀리 또는 스프로킷으로 구비되며, 회전력전달부재(921~925)는 벨트 또는 체인으로 구비될 수 있다. 도 11 내지 도 14는 개략도로서 동일한 지지샤프트(SH1,SH2,SH3)에 결합되는 2 이상의 회전부재(907~914)가 하나의 원 형태로 도시되었으나, 동일한 지지샤프트(SH1,SH2,SH3)에 함께 결합되는 풀리 또는 스프로킷으로 이해되어야 한다.
제1 연동유닛(900A)의 제7 회전부재(907)는 제5 회전부재(314A) 및 제6 회전부재(314B)와 함께 제3 지지샤프트(SH3)에 결합되어 제5 회전부재(314A) 및 제6 회전부재(314B)와 함께 회전하며, 제2-1 회전력전달부재(921)를 통해 제2 변환유닛(400)의 제3 지지샤프트(SH3)에 회전가능하게 결합된 제8 회전부재(908)에 회전력을 전달한다. 제8 회전부재(908)는 제3 지지샤프트(SH3)에 베어링에 의해 회전가능하게 결합되어 제5 회전부재(314A), 제6 회전부재(314B) 및 제7 회전부재(907)의 회전력을 전달받지 않는다. 도 10에는 주동력축 밑을 지나 제7 회전부재(907)와 제8 회전부재(908)를 연결하는 제2-1 회전력전달부재(921)가 도시되어있다.
제9 회전부재(909)는 제8 회전부재(908)와 함께 제2 변환유닛(400)의 제3 지지샤프트(SH3)에 결합되어 제8 회전부재(908)의 회전력에 의해 회전하게 된다.
제10 회전부재(910), 제11 회전부재(911) 및 제12 회전부재(912)는 제2 변환유닛(400)의 제1 지지샤프트(SH1)에 베어링에 의해 회전가능하게 결합된다. 제10 회전부재(910), 제11 회전부재(911) 및 제12 회전부재(912)는 함께 회전하도록 서로 결합된다.
제9 회전부재(909)는 제10 회전부재(910)와 제2-2 회전력전달부재(922)를 통해 연동회전가능하게 결합되고, 제11 회전부재(911)는 제2A 왕복부재(200A)의 회전축(RA)과 제2-3 회전력전달부재(923)를 통해 연동회전가능하게 결합된다.
제13 회전부재(913) 및 제14 회전부재(914)는 제2 변환유닛(400)의 제2 지지샤프트(SH2)에 베어링에 의해 회전가능하게 결합된다. 제13 회전부재(913) 및 제14 회전부재(914)는 함께 회전하도록 서로 결합된다.
제12 회전부재(912)는 제13 회전부재(913)와 제2-4 회전력전달부재(924)를 통해 연동회전가능하게 결합되고, 제14 회전부재(914)는 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)과 제2-5 회전력전달부재(925)를 통해 연동회전가능하게 결합된다.
따라서, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 회전력은 제1 회전부재(312), 제1-1 회전력전달부재(314C), 제5 회전부재(314A), 제7 회전부재(907), 제2-1 회전력전달부재(921), 제8 회전부재(908), 제9 회전부재(909), 제2-2 회전력전달부재(922) 및 제10 회전부재(910)를 따라 전달된다.
제10 회전부재(910)의 회전력은, 제11 회전부재(911) 및 제2-3 회전력전달부재(923)를 통해 제2A 왕복부재(200A)의 회전축(RA)에 전달되고, 또한 제12 회전부재(912), 제2-4 회전력전달부재(924), 제13 회전부재(913), 제14 회전부재(914) 및 제2-5 회전력전달부재(925)를 따라 제2A 왕복부재(200A)의 회전축(RA)에 전달된다.
제1 연동유닛(900A)과 제2 연동유닛(900B)은 서로 대칭구조로 이루어지며, 제2 연동유닛(900B)이 제2 변환유닛(400)의 회전력을 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 회전축(RA)으로 전달하는 회전력 전달과정도 동일한 메커니즘으로 이루어진다.
제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400)의 회전력은, 도 8에 도시된 회전속도(X,Y)와 비례하여 대략 사인파 형태로 증감을 반복하며, 제1 변환유닛(300)의 회전력을 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)으로 전달하는 제1 연동유닛(900A)과, 제2 변환유닛(400)의 회전력을 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 회전축(RA)으로 전달하는 제2 연동유닛(900B)이 형성되면, 제1 변환유닛(300)의 회전력이 큰 구간에서는 제1 변환유닛(300)의 회전력의 일부를 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 피치 제어에 사용하고, 제2 변환유닛(400)의 회전력이 큰 구간에서는 제2 변환유닛(400)의 회전력의 일부를 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 피치 제어에 사용함으로써, 왕복부재(100A,100B,200A,200B)의 피치 제어에 사용되는 에너지를 절감하게 된다.
또한, 제1 변환유닛(300)의 회전력이 큰 구간에서 제1 변환유닛(300)의 회전력의 일부를 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 피치 제어에 사용하고, 제2 변환유닛(400)의 회전력이 큰 구간에서 제2 변환유닛(400)의 회전력의 일부를 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 피치 제어에 사용하게 되면, 제1 변환유닛(300)과 제2 변환유닛(400) 간 회전력 및 회전속도 차이가 감소하여 발전유닛(700)의 회전축(RA)에 더욱 균일한 회전운동을 전달하게 되는 이점이 있다.
도 15 내지 도 18은 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)보다 4분의 1주기의 위상차로 앞서 왕복운동하는 사용상태를 도시하고 있다.
도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)가 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)보다 4분의 1주기의 위상차로 앞서 왕복운동하는 경우에는, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 따른 제1 회전부재(312,333)의 회전방향과 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)의 회전방향이 서로 동일하지만, 도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)가 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)보다 4분의 1주기의 위상차로 앞서 왕복운동하는 경우에는, 제1A 왕복부재(100A) 및 제1B 왕복부재(100B)의 왕복운동에 따른 제1 회전부재(312,333)의 회전방향과 제2A 왕복부재(200A) 및 제2B 왕복부재(200B)의 회전축(RA)의 회전방향이 서로 반대가 되며, 따라서 제1 연동유닛(900A)에는 회전방향의 역전수단이 형성된다.
도 15 내지 도 18에는 회전방향의 역전수단으로 제7 회전부재(907)와 제8 회전부재(908) 사이에 역회전부재(930)가 도시되었다. 즉, 제7 회전부재(907)가 역회전부재(930)와 제2-1 회전력전달부재(921)로 연결되고, 역회전부재(930)는 제8 회전부재(908)와 서로 맞물려 회전함으로써 회전방향이 역전된다.
역회전부재(930) 및 제8 회전부재(908)는 서로 맞물리는 기어 이가 형성된 풀리(또는 스프로킷)로 마련될 수 있다. 물론, 회전방향의 역전수단으로는 제2-1 회전력전달부재(921)가 양측 풀리의 회전 방향이 반대로 되는 벨트걸이 방법인 크로스 벨트(crossed belting)로 제7 회전부재(907)와 제8 회전부재(908)를 연결할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 스윙부재(311,331)의 길이를 전체 운동에너지 전달구간 내에서 축소화함으로써, 유체 흐름과의 마찰에 의해 발생하는 에너지 손실 및 이에 따른 진동이 최소화되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)를 제공할 수 있게 된다.
또한, 제1A 왕복부재(100A)와 제1B 왕복부재(100B) 및 제2A 왕복부재(200A)와 제2B 왕복부재(200B)의 운동에너지가 기구적 전달구성에 의해 발전유닛(700)으로 전달됨으로써, 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지하도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)를 제공할 수 있게 된다.
아울러, 제1B 왕복부재(100B) 및 제2B 왕복부재(200B)의 왕복운동에 의한 회전운동의 합력을 제2 변환부(320)를 통해 제1 변환부(310)로 전달함으로써, 왕복부재(100A,100B,200A,200B)의 형태를 가변적으로 변형시키거나 크기를 증가시키지 않더라도 주동력축(500)의 토크를 증가시킬 수 있으며, 추가적인 왕복부재 및 변환부를 더 연결하면 주동력축(500)의 토크를 단계적으로 증가시킬 수 있도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)를 제공할 수 있게 된다.
아울러, 제1 연동유닛(900A) 및 제2 연동유닛(900B)을 형성하여 회전력의 여유분을 왕복부재(100A,100B,200A,200B)의 피치 제어에 사용함으로써, 왕복부재 (100A,100B,200A,200B)의 피치 제어에 사용되는 에너지가 최소화되도록 이루어지는 수동 다중 반복승강식 발전장치(1)를 제공할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 발명에 따른 수동 다중 반복승강식 발전장치에 의하면, 스윙부재의 길이를 전체 운동에너지 전달구간 내에서 축소화함으로써, 유체 흐름과의 마찰에 의해 발생하는 에너지 손실 및 이에 따른 진동이 최소화되며, 제1A 왕복부재와 제1B 왕복부재 및 제2A 왕복부재와 제2B 왕복부재의 운동에너지가 기구적 전달구성에 의해 발전유닛으로 전달됨으로써, 유압장치를 사용함에 따라 발생하는 마찰열에 의한 에너지 손실을 방지하도록 이루어지는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (13)

  1. 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 발전장치에 있어서,
    유체 내에 서로 이격되어 배치되고, 유체에 의한 상승, 하강력 또는 유동에너지에 의해 각각 왕복운동하는 제1A 왕복부재, 제2A 왕복부재, 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재;
    상기 제1A 왕복부재 및 제1B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제1 변환유닛;
    상기 제2A 왕복부재 및 제2B 왕복부재와 연결되고 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제2 변환유닛;
    상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛의 회전운동에 의해 회전운동하는 주동력축; 및
    상기 주동력축의 회전운동을 전달받아 전력을 생산하는 발전유닛을 포함하고,
    상기 주동력축의 회전운동은 상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛으로 전달되지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환유닛과 상기 주동력축을 연결하는 제1 원웨이클러치; 및
    상기 제2 변환유닛과 상기 주동력축을 연결하는 제2 원웨이클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 원웨이클러치 및 제2 원웨이클러치는 상기 주동력축 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 원웨이클러치와 결합되는 제1 기어;
    상기 제1 기어와 연동하여 회전하는 제2 기어; 및
    상기 제2 변환유닛 및 제2 기어와 함께 회전하는 보조동력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 원웨이클러치와 결합되는 제1 풀리; 및
    상기 제1 변환유닛과 상기 제1 풀리가 연동하여 회전하도록 연결하는 제1 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 벨트는 장력유지장치에 의해 가압되고,
    상기 장력유지장치는,
    상기 제1 변환유닛과 상기 제1 풀리 사이에 형성되는 고정부재; 및
    중앙부가 상기 고정부재에 회전가능하게 결합되고, 상기 중앙부의 양쪽에는 상기 제1 벨트에 접촉하는 롤러가 각각 회전가능하게 결합된 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 원웨이클러치와 결합되는 제2 풀리; 및
    상기 제2 변환유닛과 상기 제2 풀리가 연동하여 회전하도록 연결하는 제2 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주동력축에는 플라이 휠이 결합되는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 변환유닛 및 제2 변환유닛 각각은,
    상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하는 제1 변환부;
    상기 제1 변환부의 양방향 회전운동을 일방향 회전운동으로 변환하는 제2 변환부; 및
    상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재의 왕복운동을 양방향 회전운동으로 변환하고, 상기 제1 변환부에 연결되는 제3 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 변환부는,
    일단부가 상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재와 회전축 결합하는 제1 스윙부재;
    상기 제1 스윙부재의 타단부와 결합하고, 상기 제1A 왕복부재 및 제2A 왕복부재의 왕복운동과 연동하여 양방향으로 회전하는 제1 회전부재;
    상기 제1 회전부재와 이격되어 배치되고, 상기 제2 변환부와 함께 회전하는 제2 회전부재; 및
    상기 제1 회전부재의 회전력을 제2 회전부재로 전달하는 회전력전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 변환부는,
    상기 제2 회전부재에 의해 양방향으로 회전하는 제1 양방향회전기어 및 제2 양방향회전기어;
    상기 제1 양방향 회전기어와 맞물려 회전하는 제1 아이들러기어;
    상기 제1 아이들러기어와 함께 회전하는 제2 아이들러기어;
    출력축에 결합되고, 상기 제2 양방향 회전기어와 맞물려 회전하는 제1 출력기어;
    상기 출력축에 결합되고, 상기 제2 아이들러기어와 맞물려 회전하는 제2 출력기어;
    상기 제1 출력기어와 출력축을 연결하는 제3 원웨이클러치; 및
    상기 제2 출력기어와 출력축을 연결하는 제4 원웨이클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 변환부는,
    일단부가 상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재와 결합하는 제2 스윙부재;
    상기 제2 스윙부재의 타단부와 결합하고, 상기 제1B 왕복부재 및 제2B 왕복부재의 왕복운동과 연동하여 양방향으로 회전하는 제3 회전부재;
    상기 제3 회전부재와 이격되어 배치되고, 상기 제1 회전부재와 연결되는 제4 회전부재; 및
    상기 제3 회전부재와 제4 회전부재를 연결하는 회전력전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 변환유닛의 회전력전달부의 회전력을 상기 제2A 왕복부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및
    상기 제2 변환유닛의 회전력전달부의 회전력을 상기 제1A 왕복부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 다중 반복승강식 발전장치.
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