Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A (대한기계학회논문집A)

The Korean Society of Mechanical Engineers (대한기계학회)
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Electro-Mechanical Modeling and Performance Analysis of Floating Wave Energy Converters Utilizing Yo-Yo Vibrating System

요요 진동시스템을 이용한 가동물체형 파력 발전 시스템의 기계-전기 통합해석 모델링 및 성능 해석

  • Sim, Kyuho (Dept. of Mechanical System Design Engineering, Seoul Nat'l Univ. of Sci. & Tech.) ;
  • Park, Jisu (Dept. of Mechanical System Design Engineering, Seoul Nat'l Univ. of Sci. & Tech.) ;
  • Jang, Seon-Jun (Innovation KR)
  • 심규호 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ;
  • 박지수 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ;
  • 장선준 (이노베이션케이알 신기술사업팀)
  • Received : 2014.09.05
  • Accepted : 2014.10.23
  • Published : 2015.01.01
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Abstract

This paper proposes a floating-type wave energy conversion system that consists of a mechanical part (yo-yo vibrating system, motion rectifying system, and power transmission system) and electrical part (power generation system). The yo-yo vibrating system, which converts translational input to rotational motion, is modeled as a single degree-of-freedom system. It can amplify the wave input via the resonance phenomenon and enhance the energy conversion efficiency. The electromechanical model is established from impedance matching of the mechanical part to the electrical system. The performance was analyzed at various wave frequencies and damping ratios for a wave input acceleration of 0.14 g. The maximum output occurred at the resonance frequency and optimal load resistance, where the power conversion efficiency and electrical output power reached 48% and 290 W, respectively. Utilizing the resonance phenomenon was found to greatly enhance the performance of the wave energy converter, and there exists a maximum power point at the optimum load resistance.

요요 진동시스템을 이용한 파력발전 장치의 모델링 및 성능해석을 수행하였다. 본 연구의 파력발전 시스템은 기계적 요소인 요요진동 시스템, 모션정류 시스템, 동력전달 시스템과 전기적 요소인 발전시스템으로 구성된다. 특히 요요 진동시스템을 적용하여 파랑의 입력을 회전운동으로 변환하였으며 입력되는 파랑의 크기가 공진현상에 의해 증폭되어 높은 에너지 변환효율을 갖도록 구성되었다. 기계적 시스템과 전기적 시스템의 임피던스 연결(Impedance matching)을 통해 기계-전기 통합 해석 모델을 수립하였다. 일정 입력 가속도 0.14g 에서 다양한 파랑 주파수와 시스템 감쇠비에 대한 수치적 성능 해석을 진행하였다. 최대 전기적 출력은 공진주파수에서 부하저항이 최적 부하 조건을 만족할 때 발생하였으며, 이때 최대 전기 출력은 290W, 발전 효율은 48%이다. 해석 결과를 통해 공진 현상을 이용하여 파력발전장치의 출력을 크게 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

Keywords

References

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