KR101130285B1

KR101130285B1 - 해양 모바일 전력공급 장치

Info

Publication number: KR101130285B1
Application number: KR1020090134969A
Authority: KR
Inventors: 임춘택
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-03-26
Also published as: KR20110078218A

Abstract

본 발명은 해양 모바일 급전장치 및 집전장치에 관한 것으로서, 해양 이동 선박에 자기유도방식으로 전력을 공급하는 해양 모바일 급전장치 및 이로부터 집전하여 해양 이동 선박에 전력을 공급하는 해양 모바일 집전장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 해양을 이동하는 선박 등의 이동체에 해저 급전장치로부터 자기유도방식으로 전력을 공급하게 됨에 따라, 선박의 동력원으로 쓰이는 화석원료의 사용을 줄이게 되어 바다의 환경오염을 감소시키고, 또한 항상 연료를 채워야 하는 부담없이 해저 인프라로부터 안정적으로 전력을 공급받으며 운항할 수 있다.

해양, 모바일, 급전장치, 집전장치

Description

해양 모바일 전력공급 장치{POWER SUPPLY AND COLLECTOR APPARATUS FOR MARINE MOBILE OBJECT}

일반적으로 차량은 화석연료를 이용하여 구동되어 왔으나 이 경우, 엔진을 구동하기 위해 연소되고 난 후 차량의 외부로 배출되는 배기가스는 대기 오염이나 지구 온난화 등의 환경 문제의 원인이 되고 있어, 이를 해결하기 위해 배터리에 의한 전기 자동차가 개발되어 왔고, 또한 배터리의 용량의 한계 문제 등으로 인해, 도로에 설치된 급전장치로부터 전력을 공급받아 충전하는 온라인 전기자동차 시스템이 꾸준히 제안되어 오고 있다.

그러나 이러한 효율적이 온라인 급전 시스템은 도로 운송 시스템에만 연구되어 왔을 뿐, 대기 오염이나 지구 온난화 등의 환경 문제 등에 있어 예외일 수 없는 해양 운송에는 전혀 적용되어 오지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 해양을 이동하는 선박 등의 이동체에 해저 급전장치로부터 자기유도방식으로 전력을 공급하게 됨에 따라, 선박의 동력원으로 쓰이는 화석원료의 사용을 줄이게 되어 바다의 환경오염을 감소시키고, 또한 항상 연료를 채워야 하는 부담없이 해저 인프라로부터 안정적으로 전력을 공급받으며 운항할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 해양 이동 선박에 자기유도방식으로 전력을 공급하는 급전장치는, 해저에 일정경로를 따라 연장되는 급전레일; 상기 급전레일을 따라, 급전레일 위에 수직으로 설치되어 내부에 급전선을 수용하는 급전선 수용관; 상기 급전선 수용관 내부에 배치되어 교류전력을 공급하는 급전선; 급전레일의 좌우 양단에 수직으로 세워진 방수벽; 및 상기 방수벽 내부의 공간 상부를 덮도록 상기 양 방수벽에서 안쪽으로 부착되어 급전레일 중앙부에서 밀착되며, 상기 방수벽에 수직한 방향으로 급전레일 중앙부로 복원되기 위한 탄성력을 가지는 탄성부재로 구성되는 방수덮개를 포함한다.

상기 급전선 수용관은 한 쌍이 설치되고, 각 급전선 수용관에는 서로 반대방향의 전류가 흐르는 급전선이 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 해양 모바일 급전장치로부터 전력을 공급받는 집전장치는, 급전레일을 따라 이동하며, 내부에 급전선이 통과하는 공간(이하 '급전선 공간'이라 한다)을 구비하도록 절곡된 형태의 집전코어; 상기 집전코어에 감겨지는 1개 이상의 집전코일; 해양 모바일 급전장치로부터 유도된 전력을 해양 이동체의 에너지 저장장치로 전달하는 연결부재; 및 상기 집전코어 및 집전코일을 내부에 수용하여 보호하는 집전장치 하우징(housing)을 포함한다.

상기 집전코어 내부에는, 코어벽을 포함하여, 두 개의 급전선 공간을 구비할 수 있다.

상기 방수덮개는, 양 방수덮개가 밀착되는 지점에, 해양 모바일 집전장치가 통과할 수 있도록 롤러(roller)를 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 해양 이동 선박에 자기유도방식으로 전력을 공급하는 급전장치는, 해저에 일정경로를 따라 연장되고, 경로진행방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 복수 개의 자극을 구비하는 급전코어; 경로진행방향을 따라 서로 이웃하는 상기 급전코어의 자극이 다른 극성을 갖도록 배치되는 급전선; 및 해수의 유입을 차단하여 급전장치를 보호하는 하우징(housing)을 포함한다.

상기 급전코어는, 경로진행방향에 수직인 폭이 상기 자극간 간격의 2분의 1 이하인 것이 바람직하다.

상기 급전선은, 각 자극에 일정회수 감겨지고, 각 자극의 좌측면과 우측면을 교대로 통과하는 하나의 급전선으로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 해양 모바일 급전장치로부터 전력을 공급받는 집전장치는, 급전레일을 따라 이동하며, 급전코어 자극간 간격과 동일한 간격이 되도록 'ㄷ'자 형태로 절곡된 형태의 집전코어; 상기 집전코어에 감겨지는 1개 이상의 집전코일; 해양 모바일 급전장치로부터 유도된 전력을 해양 이동체의 에너지 저장장치로 전달하는 연결부재 및 상기 집전코어 및 집전코일을 내부에 수용하여 보호하는 집전장치 하우징(housing)을 포함한다.

상기 집전장치는, 상기 집전장치 하우징 좌우 면에 구비되어 상기 해양 모바일 집전장치를 이동시키는 무한궤도 이동체를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 해양을 이동하는 선박 등의 이동체에 해저 급전장치로부터 자기유도방식으로 전력을 공급하게 됨에 따라, 선박의 동력원으로 쓰이는 화석원료의 사용을 줄이게 되어 바다의 환경오염을 감소시키고, 또한 항상 연료를 채워야 하는 부담없이 해저 인프라로부터 안정적으로 전력을 공급받으며 운항할 수 있게 하는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 측면에서 바라본 도면이다.

바다(10)에서 운행하는 선박 등의 해양 이동체(300)는 해저에 설치된 급전장치(100)로부터 전력을 공급받아 이를 에너지 원으로 하여 운행한다. 즉, 해양 이동체(300)는 연결부재(240)에 의해 연결된 집전장치(200)와 함께 이동하며, 집전장치(200)는 급전장치(100)가 설치된 급전레일(150)을 따라 이동한다. 급전레일(150, 도 3 참조)은 해저 지반에 세워진 레일 구조물(410) 위에 설치된다. 집전장치(200)는 급전장치(100)로부터 자기유도 방식으로 전력을 공급받아, 이를 연결부재(240)를 통하여 이동체(300)에 포함된 배터리 등의 에너지 저장장치에 전달하고, 이동체(300)는 이를 에너지로 사용하여 바다를 운행하게 된다.

도 2는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 정면에서 바라본 도면이다.

본 도면의 실시예는 집전장치(200)의 집전코어가 'E'자형인 경우를 나타내며, 그 구성요소에 대하여는 이하에서 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 급전장치와 집전장치의 구성을 정면에서 바라본 도면이다.

급전장치(100)는 급전레일(150), 급전선 수용관(111, 121), 급전선(112, 122) 및 급전선 지지대(113, 123)를 구비하며, 집전장치(200)는 집전코어(210), 집전선(221, 222) 및 집전장치 하우징(housing)(230)을 구비한다.

급전레일(150) 위에는 급전선 지지대(113, 123)가 세워지고, 그 위에는 급전선 수용관(111, 121)이 설치된다. 급전선 수용관(111, 121) 내부에는 급전선(112, 122)이 급전레일(150) 경로를 따라 연장되도록 배치된다.

'E'자형의 집전코어(210) 내부에는 이 급전선(112, 122)이 통과하는 공간(211, 212)이 존재하고, 두 급전선(112, 122)에는 서로 반대방향의 전류가 흐른다. 이 전류로부터 집전코어(210)에 자기장이 형성되고, 그 자기장에 의해 집전선(221, 222)에 전류가 유도되어, 유도된 전류가 연결부재(240)를 통해 해양 이동체(300) 내의 배터리 등과 같은 에너지 저장장치에 전력을 전달하여 충전을 시키게 된다.

본 도면에는 급전코어가 따로 존재하지 않는다. 그러나 본 도면에 도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 'E'자형의 집전코어(210) 하부에 그 집전코어(210)와 대칭되는(마주보는) 'E'자형의 급전코어가 존재하고 두 급전선이 그 급전코어 위에 설치될 수도 있다.

도 4는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 급전장치(100)와 이를 둘러싸고 있는 방수 장치를 정면에서 바라본 도면이다.

급전레일(150) 좌우에 수직으로 방수벽(510, 530)이 존재하고, 양쪽 방수벽 (510, 530) 상부에 안쪽으로 방수덮개(520, 540)가 설치된다. 이 방수덮개(520, 540)는 위로부터의 바닷물이 급전장치 내부공간(160)으로 들어오는 것을 막아준다.

이 경우, 해양 이동체(300)에 연결되어 급전레일을 따라 이동하는 집전장치(200)가 이동하려면, 두 방수덮개(520, 540)가 좌우로 펼쳐져야 한다. 이때 바닷물이 급전장치 내부공간(160)으로 들어오는 것을 막으려면 두 방수덮개(520, 540)는 집전장치(200)의 외부 하우징(230)에 단단히 밀착된 상태로 좌우로 펼쳐져야 하며, 집전장치(200)가 통과한 후에는 즉시 두 방수덮개(520, 540)가 원위치에서, 즉 중앙부에서 서로 밀착하도록 되돌아와야 한다. 이를 위해 두 방수덮개(520, 540)는 중앙부로 복원되는 탄성력을 가지는 재질이어야 한다. 예를 들어 본 도면에서와 같이 용수철(521, 541)과, 이를 내포하는 탄성재질의 물질(522, 542)로 구성될 수 있다. 집전장치(200)의 통과시 마찰력을 줄이기 위해 두 방수덮개(520, 540)의 단부에는 롤러(523, 543)가 설치될 수 있다.

도 5는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치(200)가 방수덮개 사이를 통과하는 경우, 이를 정면에서 바라본 도면이다.

도 4의 두 방수덮개(520, 540)의 단부에 구비된 두 롤러(523, 543) 사이로 집전장치(200)가 진입한 상태를 나타낸다. 두 방수덮개(520, 540)는 용수철(521, 541)이 수축됨에 따라 좌우로 밀려있되, 집전장치(200)의 하우징(230) 좌우 표면에 단단히 밀착되어 바닷물의 유입을 방지한다.

도 6은 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치(200)가 방수덮개 사이를 통과하는 경우, 이를 위에서 내려다 본 평면도이다. 즉, 도 5의 경우를 위에서 바라본 모습이다. 집전장치(200)는 화살표 방향(60)으로 진행하고 있다. 집전장치(200)가 진입한 부분(61)은 양쪽의 방수덮개(520, 540)가 도 5의 정면도에서도 본 바와 같이 바깥쪽으로 수축되어 있으며, 이미 통과한 부분(62)은, 두 방수덮개(520, 540)가 용수철 등의 탄성력에 의해 복원되어 다시 중앙부에서 밀착되어 있다.

도 7은 해양 모바일 급전장치와 집전장치의 다른 실시예로서의 구성을 나타낸 도면이다.

본 도면에는 급전장치(700)와 집전장치(800)를 측면에서 바라본 형태(1)와, 급전장치(700)를 위에서 바라본 형태(2)가 도시되어 있다. 급전장치(700)의 급전코어(710)에는 진행경로를 따라 다수의 자극(720)이 구비되어 있고, 각 자극은 N극 과 S극이 교대로 발생하도록 급전선(730)이 자극과 자극 사이를 지그재그 형태로 지나도록 배치되어 있는데, 이는 측면도(1) 및 평면도(2)에서 확인할 수 있다. 급전코어는 자극과 일체로 되어 있으며, 이에 따라 이후에는 '급전코어'라 할 때 본 도면의 급전코어(710)와 자극(720)을 일체로 하여 지칭하는 것으로 한다. 도 7의 급전장치(700)는 도 10에서 보는 바와 같이 정면에서 바라본 단면이 'I'자형이므 로, I자형 급전장치라 부르기로 한다. 상기 급전코어(710)는, 경로진행방향에 수직인 폭이 상기 자극간 간격, 즉 자극 중심간 간격의 2분의 1 이하인 것이 바람직하다

도 7과 같이 집전장치(800)의 집전코어(810) 양단의 자극(820)과 급전장치(700)의 자극(720)의 위치가 일치할 때 집전장치에 자기유도됨으로써, 집전코어(810)에 감겨진 집전코일(830)에 전류가 흐르며, 이로부터 집전장치와 연결부재를 통하여 연결된 해양 이동체에 전력이 전달되게 된다.

도 8은 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치(800)가 급전장치 위에서 이동하는 방식의 일 실시예를 측면에서 바라본 도면이다.

급전장치(700)는 하우징(750)에 의해 둘러싸여 있고, 집전장치(800)도 하우징(860, 도 10 참조)에 내포되어 있다. 집전장치(800)는, 그 하우징 좌우 면에 구비된 무한궤도 이동체(850)에 의해 앞으로 전진하게 된다. 이는 탱크의 캐터필러(caterpillar)와 동일한 원리로 작동하는 것이며 각 부분의 바퀴(851)의 작동에 의해 화살표 방향으로 회전하며 앞으로 전진하게 하며, 급전장치(700)와 집전장치(800) 사이에 바닷물이 스며드는 것을 차단할 수 있다.

도 9는 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치가 급전장치 위에서 이동하는 방식의 다른 실시예를 측면에서 바라본 도면이다.

집전장치(800)를 내포하는 하우징(870)이 급전장치(700)를 내포하는 하우 징(750)에 밀착되어 미끄러지며 화살표 방향으로 이동하며, 급전장치(700)와 집전장치(800) 사이에 바닷물이 스며드는 것을 차단할 수 있다.

도 10은 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 정면에서 바라본 도면이다. 도 8의 경우, 즉 집전장치(800)가, 집전장치(800)의 하우징(860) 좌우 면에 구비된 무한궤도 이동체(850)에 의해 이동하는 경우의 정면도를 나타낸다. 급전장치(700)의 자극은 I자형임이 명백히 드러나 있으며, 레일 구조물(760)에 의해 지지되는 하우징(750)에 내포되어 있다.

급전장치(700)에서 집전장치(800)로 자기유도된 전류에 의해 발생되는 전력이 연결부재(880)를 통하여 해양 이동체(900)의 에너지 저장장치로 전달되게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 측면에서 바라본 도면.

도 2는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 정면에서 바라본 도면.

도 3은 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 급전장치와 집전장치의 구성을 정면에서 바라본 도면.

도 4는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 급전장치와 이를 둘러싸고 있는 방수 장치를 정면에서 바라본 도면.

도 5는 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치가 방수덮개 사이를 통과하는 경우, 이를 정면에서 바라본 도면.

도 6은 도 1의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치가 방수덮개 사이를 통과하는 경우, 이를 위에서 내려다 본 평면도.

도 7은 해양 모바일 급전장치와 집전장치의 다른 실시예로서의 구성을 나타낸 도면.

도 8은 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치가 급전장치 위에서 이동하는 방식의 일 실시예를 측면에서 바라본 도면.

도 9는 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 집전장치가 급전장치 위에서 이동하는 방식의 다른 실시예를 측면에서 바라본 도면.

도 10은 도 7의 실시예에 따른 해양 모바일 전력공급 장치의 전체 구성을 정 면에서 바라본 도면.

Claims

해양 이동 선박에 자기유도방식으로 전력을 공급하는 급전장치로서,

해저에 일정경로를 따라 연장되는 급전레일;

상기 급전레일을 따라, 급전레일 위에 수직으로 설치되어 내부에 급전선을 수용하는 급전선 수용관;

상기 급전선 수용관 내부에 배치되어 교류전력을 공급하는 급전선;

급전레일의 좌우 양단에 수직으로 세워진 방수벽; 및

상기 방수벽 내부의 공간 상부를 덮도록 상기 양 방수벽에서 안쪽으로 부착되어 급전레일 중앙부에서 밀착되며, 상기 방수벽에 수직한 방향으로 급전레일 중앙부로 복원되기 위한 탄성력을 가지는 탄성부재로 구성되는 방수덮개

를 포함하는 해양 모바일 급전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 급전선 수용관은 한 쌍이 설치되고,

각 급전선 수용관에는 서로 반대방향의 전류가 흐르는 급전선이 설치되는 것

을 특징으로 하는 해양 모바일 급전장치.
청구항 1의 해양 모바일 급전장치로부터 전력을 공급받는 집전장치로서,

급전레일을 따라 이동하며, 내부에 급전선이 통과하는 공간(이하 '급전선 공간'이라 한다)을 구비하도록 절곡된 형태의 집전코어;

상기 집전코어에 감겨지는 1개 이상의 집전코일;

해양 모바일 급전장치로부터 유도된 전력을 해양 이동체의 에너지 저장장치로 전달하는 연결부재; 및

상기 집전코어 및 집전코일을 내부에 수용하여 보호하는 집전장치 하우징(housing)

을 포함하는 해양 모바일 집전장치.
청구항 3에 있어서,

상기 집전코어 내부에는,

코어벽을 포함하여, 두 개의 급전선 공간을 구비하는 것

을 특징으로 하는 해양 모바일 집전장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 방수덮개는,

양 방수덮개가 밀착되는 지점에, 해양 모바일 집전장치가 통과할 수 있도록 롤러(roller)

를 구비하는 것을 특징으로 하는 해양 모바일 급전장치.
해양 이동 선박에 자기유도방식으로 전력을 공급하는 급전장치로서,

해저에 일정경로를 따라 연장되고, 경로진행방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 복수 개의 자극을 구비하는 급전코어;

경로진행방향을 따라 서로 이웃하는 상기 급전코어의 자극이 다른 극성을 갖도록 배치되는 급전선; 및

해수의 유입을 차단하여 급전장치를 보호하는 하우징(housing)

을 포함하는 해양 모바일 급전장치.
청구항 8에 있어서,

상기 급전코어는,

경로진행방향에 수직인 폭이 상기 자극간 간격의 2분의 1 이하인 것

을 특징으로 하는 해양 모바일 급전장치.
청구항 8에 있어서,

상기 급전선은,

각 자극에 일정회수 감겨지고, 각 자극의 좌측면과 우측면을 교대로 통과하는 하나의 급전선으로 구성되는 것

을 특징으로 하는 해양 모바일 급전장치.
청구항 8의 해양 모바일 급전장치로부터 전력을 공급받는 집전장치로서,

급전레일을 따라 이동하며, 급전코어 자극간 간격과 동일한 간격이 되도록 'ㄷ'자 형태로 절곡된 형태의 집전코어;

상기 집전코어에 감겨지는 1개 이상의 집전코일;

해양 모바일 급전장치로부터 유도된 전력을 해양 이동체의 에너지 저장장치로 전달하는 연결부재; 및

상기 집전코어 및 집전코일을 내부에 수용하여 보호하는 집전장치 하우징(housing)

을 포함하는 해양 모바일 집전장치.
청구항 11에 있어서,

상기 집전장치 하우징 좌우 면에 구비되어 상기 해양 모바일 집전장치를 이동시키는 무한궤도 이동체

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 모바일 집전장치.