KR100888197B1 - Portable charging apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 휴대용 충전장치는 축을 중심으로 회전하며, 영구자석 및 자력유도수단을 포함하는 회전자; 상기 회전자의 상기 영구자석과 상기 자력유도수단 사이에 배치되는 코일을 포함하는 고정자;를 포함하는 휴대용충전장치로서, 상기 회전자는 편심되어 상기 휴대용충전장치의 진동에 따라 회전운동하며 이러한 회전운동에 의한 유도기전력에 의해 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.Portable charging device according to the present invention rotates about an axis, the rotor including a permanent magnet and magnetic induction means; And a stator including a coil disposed between the permanent magnet of the rotor and the magnetic induction means, wherein the rotor is eccentric and rotates according to the vibration of the portable charging device. It is characterized by charging the battery by the induced electromotive force.
충전장치 Charging device
Description
도 1 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 외관을 보인 정면도이다.1 is a front view showing the appearance of a portable charging device according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 내부를 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the inside of the portable charging device according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 코일 및 지지수단을 보인 정면도이다.3 is a front view showing the coil and the support means of the portable charging device according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 간격유지부재를 보인 측면도이다.Figure 4 is a side view showing a gap maintaining member of the portable charging device according to the present invention.
도 5 는 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 회전자를 보인 단면도이다.5 is a sectional view showing a rotor of the portable charging device according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 회전자를 도 5의 A-A선을 따라서 본 정면도이다.6 is a front view of the rotor of the portable charging device according to the present invention along the line A-A of FIG.
도 7 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 영구자석배열을 보인 정면도이다.7 is a front view showing a permanent magnet array of the portable charging device according to the present invention.
도 8 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 자력유도수단을 보인 정면도 및 측면도이다.8 is a front view and a side view showing a magnetic induction means of the portable charging device according to the present invention.
도 9 는 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 회로결선을 보인 회로도이다.9 is a circuit diagram showing a circuit connection of the portable charging device according to the present invention.
도 10 은 본 발명에 의한 휴대용충전장치에 의하여 형성되는 자로를 보인 개념도이다.10 is a conceptual view showing a magnetic path formed by the portable charging device according to the present invention.
도 11 은 본 발명과 대비되는 실시예에 의하여 형성되는 자로를 보인 개념도이다.11 is a conceptual diagram showing a magnetic path formed by the embodiment in contrast to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 영구자석, 4 : 코일1: permanent magnet, 4: coil
8 : 축, 10 : 질량부재8: shaft, 10: mass member
15 : 충전접점, 18 : 배터리홈15: charging contact, 18: battery groove
본 발명은 휴대폰용 배터리의 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행할 때 발생되는 진자(振子)의 운동력을 이용하여 소형 발전기를 구동시키고 이때 발생되는 전류를 사용하여 배터리를 충전시켜 배터리를 보다 장기간 사용할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.The present invention relates to a charging device for a mobile phone battery, and more particularly, to drive a small generator using the kinetic force of the pendulum generated when walking and to charge the battery using the current generated at this time It relates to an invention which can be used for a long time.
일반적으로 배터리는 현대사회에서의 일반적인 에너지원으로 사용되는 축전지(蓄電池:storage battery)를 말하는 것으로서 주로 양(+)과 음(-)의 전극판과 전해액으로 구성되어 있고, 화학작용에 의해 직류기전력을 발생하여 전원으로 사용할 수 있도록 되어 있는 것으로서 휴대폰용 배터리는 성능이 양호하면서도 장시간 사용할 수 있는 리튬-이온 내지는 니켈-카드뮴 알칼리축전지를 많이 사용한다.Generally, a battery refers to a storage battery that is used as a general energy source in modern society. It is mainly composed of positive and negative electrode plates and electrolytes, and is a direct current electromotive force. As it is to be used as a power source to generate a battery for a mobile phone is a good performance for a long time use a lot of lithium-ion or nickel-cadmium alkaline batteries.
그러나, 휴대폰용 배터리가 한번 충전에 의하여 장시간 사용할 수 있는 고성능의 배터리라 하더라도 배터리는 충전 및 방전반응을 되풀이함에 따라 주간의 활동 시간에 휴대폰의 사용으로 인하여 배터리가 방전되면 야간의 비활동 시간에는 필히 배터리를 충전해야 하는 등의 불편한 점이 있었다.However, even if the cell phone battery is a high-performance battery that can be used for a long time by charging once, the battery repeats the charging and discharging reactions. There was an inconvenience, such as the need to charge the battery.
특히, 휴대폰의 사용자가 영업활동을 하거나 외부에서 많은 업무를 수행함에 따라 휴대폰의 사용량이 매우 많은 경우에는 한 개의 배터리로는 그 사용량을 충당할 수 없는 관계로 별도의 배터리를 함께 휴대한 상태에서 배터리가 방전되면 교체하여 사용해야하는 등의 폐단이 있었다.In particular, if the user of the mobile phone is very active due to the sales activity or a lot of work outside, the battery cannot be used by a single battery because the battery cannot be used. When it was discharged, there was a closed end such that it should be replaced and used.
따라서, 휴대폰의 사용량이 매우 많은 사용자라 하더라도 업무시간 동안 한 개의 배터리로 충분히 사용할 수 있는 휴대폰용 배터리의 제안이 절실히 요구되었다.Therefore, even if the user of the mobile phone usage is very high, there is an urgent need for a proposal for a mobile phone battery that can be used sufficiently with one battery during business hours.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 보행 또는 기타 진동 시에 발생되는 편심회전자의 운동력을 이용하여 소형 발전기를 구동시키고 이때 발생되는 전류를 사용하여 배터리를 충전시켜 배터리를 보다 장기간 사용할 수 있는 휴대폰용 배터리의 충전장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention is to solve the above problems, the object is to drive a small generator using the kinetic force of the eccentric rotor generated during walking or other vibration and to charge the battery using the current generated at this time It is to provide a charging device for a mobile phone battery that can be used for a long time.
본 발명에 의한 휴대용충전장치는 축을 중심으로 회전하며, 영구자석 및 자력유도수단을 포함하는 회전자; 상기 회전자의 상기 영구자석과 상기 자력유도수단 사이에 배치되는 코일을 포함하는 고정자;를 포함하는 휴대용충전장치로서, 상기 회전자는 편심되어 상기 휴대용충전장치의 진동에 따라 회전운동하며 이러한 회전운동에 의해 상기 코일에 발생하는 유도기전력에 의해 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.Portable charging device according to the present invention rotates about an axis, the rotor comprising a permanent magnet and magnetic induction means; And a stator including a coil disposed between the permanent magnet of the rotor and the magnetic induction means, wherein the rotor is eccentric and rotates according to the vibration of the portable charging device. It is characterized in that for charging the battery by the induced electromotive force generated in the coil.
또한, 상기 영구자석의 양측면에는 두개의 코일이 배치되고, 상기 두 코일의 외측에는 각각 자력유도수단이 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, two coils are disposed on both side surfaces of the permanent magnet, and magnetic induction means are disposed outside the two coils, respectively.
또한, 상기 회전자는 상기 축을 중심으로 회전하는 원통형의 회전자베이스를 더 포함하며, 상기 영구자석 및 상기 자력유도수단은 상기 회전자베이스의 외주면에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the rotor further comprises a cylindrical rotor base for rotating around the axis, the permanent magnet and the magnetic induction means is characterized in that it is installed on the outer peripheral surface of the rotor base.
또한, 상기 회전자의 하부에는 질량부재가 설치되어 상기 회전자의 무게중심을 편심시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the lower portion of the rotor is characterized in that the mass member is installed to eccentric the center of gravity of the rotor.
또한, 상기 회전자 및 고정자가 내부에 설치되는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the rotor and the stator is characterized in that it further comprises a housing installed therein.
또한, 상기 하우징에는 배터리가 착탈가능하게 장착되는 배터리홈이 형성되고, 배터리에 전기적으로 접속되는 충전접점 또는 커넥터가 설치되는 것을 특징으로 한다. In addition, the housing is formed with a battery groove in which the battery is detachably mounted, characterized in that the charging contact or connector electrically connected to the battery is installed.
또한, 상기 하우징에는 상기 코일에서 발생한 유도전류를 정류하는 양파정류기, 전압을 균일하게 공급하기 위한 정전압레귤레이터 및 과충전방지회로가 설치되는 전장실이 형성되는 것을 특징으로 한다.The housing may include an onion rectifier rectifying the induced current generated in the coil, a constant voltage regulator for uniformly supplying voltage, and an electric charge chamber in which an overcharge prevention circuit is installed.
또한, 상기 코일은 직렬로 배치되는 복수개로 형성되며, 상기 영구자석은 모두 16개의 극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the coil is formed of a plurality arranged in series, the permanent magnet is characterized in that all 16 poles are alternately arranged.
본 발명의 구체적인 실시예는 다음과 같다.Specific embodiments of the present invention are as follows.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 외부를 이루는 하우징(14, 19)에는 외면 중앙부에 배터리홈(18)이 형성된다. 이는 충전하고자 하는 배터리가 내부에 끼워질 수 있도록 상부에 착탈식의 걸림부재(17)가 설 치되며, 하측에는 충전접점(15)이 형성된다. 따라서 일반적으로 휴대전화 등에 사용되는 납작한 형태로 형성되는 배터리가 배터리홈(18)에 끼워져 충전될 수 있게 되는 것이다. 또한, 충전접점(15)에 배터리를 끼워 충전하는 방식 이외에도 케이블을 이용하여 휴대용 기기에 휴대용충전장치를 직접 연결될 수 있도록 하우징(19)의 최하부에는 커넥터(19a)가 형성된다. 하우징(14, 19)의 크기는 가로 65mm, 세로 75mm, 두께 28mm이다. 또한 배터리는 휴대전화의 주배터리, 보조배터리, 디지털카메라, 디지털비디오카메라, MP3 등에 사용되는 배터리를 사용한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
따라서, 사용자는 배터리를 배터리홈(18)에 삽입하여 충전이 완료되면 이를 휴대용 기기에 장착하는 방법 또는 커넥터(19a)와 휴대용 기기를 케이블로 직접 연결하여 휴대용 기기에 장착된 배터리에 충전하는 방법 중 하나를 선택할 수 있다.Therefore, when the user inserts the battery into the
하우징(14, 19) 내부에는 발전을 위한 여러가지 부품들이 설치되며, 하우징(14, 19)은 배터리홈(18)이 형성되는 전방하우징(19)과 이와 결합되는 후방하우징(14)으로 이루어진다. 하우징(14, 19) 내부의 중앙부 후측으로는 축(8)이 설치된다. 이 축(8)은 일반적인 원통형의 축(8)이며 하우징(14, 19) 내부의 뒤쪽이 고정되어 앞쪽으로 연장된다.Various components for power generation are installed in the
축(8)에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 회전자가 설치된다. 회전자는 회전자베이스(2), 영구자석(1), 자력유도수단(6), 베어링(7)을 포함한다. 원통형의 회전자베이스(2)는 회전자를 이루는 다른 구성요소들이 설치되는 기본 구성요소로서 중앙에는 베어링(7)이 설치되는 중공이 형성된다. 베어링(7)은 축(8)을 중심으로 회전자베이스(2)가 회전할 때의 마찰을 최소화시키기 위한 것으로 축(8)과 맞닿 는다.The
회전자베이스(2)의 외측면 중앙에는 영구자석(1)이 방사상으로 설치된다. 그리고 영구자석(1)의 하측에는 질량부재(10)가 설치되어 회전자의 무게중심이 축(8) 상에 위치하지 않고 축(8)으로부터 하측에 형성되도록 한다. 이렇게 무게중심이 편심되므로 사용자가 이 휴대용충전장치를 휴대한 상태에서 보행할 경우, 휴대용충전장치에 진동이 가해지게 되고, 그에 따라 회전자가 요동한다. 이러한 회전자의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸어 배터리에 충전하는 것이 본 발명에 의한 휴대용충전장치의 특징인 것이다.The
영구자석(1)은 도 7에 도시한 바와 같이 N극과 S극이 교차하여 방사상으로 형성되며 두개의 면을 가지며, 재료는 NdFeB이다. 높은 가우스의 자석이므로 제품의 소형화와 경량화에 도움이 된다. 이러한 영구자석(1) 구조의 구체적인 설명은 후술한다.As shown in FIG. 7, the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 회전자베이스(2)는 2개의 조각으로 나눌 수 있고 이들이 체결부재(3)에 의하여 결합되어 있는데, 이 들이 접합면 외주부위에는 홈이 형성되어 그 홈에 영구자석이 클램핑되며 접착제에 의하여 고정된다.As shown in Figs. 5 and 6, the
도 2에 도시된 바와 같이, 회전자베이스(2)의 외측 양단부에는 자력유도수단(6)이 설치된다. 자력유도수단(6)은 도 8에 도시한 바와 같이 원반형으로 형성되며, 그 중앙부에 축수공(6a)이 형성된다. 축수공(6a)의 외주에는 수직으로 절곡된 원통형의 절곡부(6b)가 형성되고, 또한 그 축수공(6a)의 외측에는 방사상으로 배치되는 복수의 체결공(6c)이 형성된다. 이 체결공(6c)을 통하는 체결부재(3, 9, 도 2 참조)에 의하여 자력유도수단(6)이 회전자베이스(2)에 고정된다. 그리고 절곡부(6b)는 회전자베이스(2)의 중공부에 끼워지게됨으로써 더욱 견고하게 조립된다. 이러한 자력유도수단(6)의 작용에 대하여는 도 10 및 도 11을 이용하여 후술한다.As shown in FIG. 2, magnetic induction means 6 are provided at both ends of the outer side of the
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 휴대용충전장치는 하우징(14, 19)에 고정되는 고정자를 포함하는데, 고정자는 지지수단(5)과 간격유지부재(13, 16) 및 코일(4)을 포함한다.In addition, as shown in Figure 2, the portable charging device according to the present invention includes a stator fixed to the housing (14, 19), the stator is a support means (5), the space holding members (13, 16) and the coil It includes (4).
지지수단(5)은 도 3에 도시한 바와 같이 대략 사각형의 면을 갖는 판으로 이루어지며, 지지수단(5) 중앙의 약간 상측에는 통공(5b)이 형성되어 그 통공(5b)을 통하여 회전자가 설치된다. 또한 지지수단(5)의 테두리 부분에는 다수의 결합공(5a)이 형성된다. 이 결합공(5a)에는 도 4에 도시한 간격유지부재(16)가 설치된다. 간격유지부재(16)는 가운데가 빈 원통형으로 형성되어 2개의 지지수단(5) 사이가 일정한 거리를 갖도록 지지한다. 2개의 지지수단(5)에는 각각 코일(4)이 설치되며, 코일(4)이 설치된 측이 서로 마주보도록 배치된다.The support means 5 is made of a plate having a substantially rectangular face as shown in FIG. 3, and a through
도 2에 도시한 바와 같이 지지수단(5)과 코일(4)은 영구자석(1)과 자력유도수단(6)의 사이에 배치된다. As shown in FIG. 2, the support means 5 and the
하우징(14, 19) 내부의 최하부에는 전장실(11)이 형성된다. 전장실(11)에는 상기한 기계부품으로부터 발생한 전기에너지를 배터리에 사용할 수 있는 에너지로 변환시키는 다수의 회로소자들이 내장된다. 이러한 회로소자들의 구성은 도 9에 구체적으로 도시되어 있다. An
이하에서는, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 의한 휴대용충전장치에 서 회전자의 기계적 에너지를 전기에너지로 가공하여 충전하는 과정을 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 7 to 11, a process of processing and charging mechanical energy of a rotor by electric energy in a portable charging device according to the present invention will be described.
전술한 바와 같이 영구자석(1)은 2개의 면을 가지며 방사상으로 배치된다. 도 7을 참조하면, 수개의 영구자석(1)은 N극과 S극이 교대로 배열되며, 또한 제1영구자석면(1a)에 대응하는 제2영구자석면(1b)은 서로 대응되는 영구자석(1)의 극성이 반대의 극성을 갖게 된다. 즉, 제1영구자석면(1a)에서 N극의 배면에 형성되는 제2영구자석면(1b)의 극성은 S극을 띄게 된다. 이에 따라 영구자석(1)은 모두 16개의 극을 갖게 된다.As described above, the
도 9에서도 도시한 바와 같이 이러한 영구자석은 반대되는 극성이 서로 교대로 배열된다. 코일(4)은 개개의 코일(4)이 모두 직렬을 이루도록 배치된다. 도 9에서 도시한 상태에서 양파정류기를 기준으로 상측에서 코일(4)과 연결되는 결선을 따라가보면 이는 계속 N극에 대응하는 코일(4)을 따라 코일(4)들을 직렬로 연결해주는 것을 알 수 있으며, 또한 이 N극에 대응하는 코일(4)을 모두 통과한 후에는 다시 S극에 대응하는 코일(4)들만을 따라 직렬로 연결되는 것을 알 수 있다. 이러한 코일(4) 구성에 의하여 발전기결선회로로부터 발생하는 전압을 최대로 끌어올릴 수 있게 되는 것이다. 영구자석(1)이 회전함에 따라 N극에 대응하는 코일(4)들은 모두 S극에 대응되고 S극에 대응하는 코일(4)들은 N극에 대응되는 등 코일(4)에 대응되는 영구자석(1)의 극성이 교차됨에 따라 유도기전력이 발생한다.As shown in FIG. 9, the permanent magnets are alternately arranged with opposite polarities. The
한편, 도 10에는 영구자석(1)과 코일(4) 및 자력유도수단(6)에 의하여 형성되는 자로가 도시되어 있다. 또한, 본 발명에 의한 실시예와 비교하기 위한 비교례로서 도 11에도 자로가 도시되어 있다. 본 발명에 의한 코일(4)에는 내부에 코어가 설치되지 않는 반면에, 비교례에 의한 코일(22)에는 코어(24)가 설치되어 있다. 비교례에서와 같이 코어(24)가 있는 경우에는 큰 힘을 가해야만 회전자가 회전하는 반면에 본 발명에 의한 실시예에서와 같이 코어가 없는 경우에는 큰 힘을 가하지 않고도 회전자가 회전할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의한 실시예에 의하면 비교례에 비하여 회전자를 작게 만들 수 있으므로 소형화 및 경량화를 이루면서도 발전이 가능하게 되는 것이다. Meanwhile, FIG. 10 shows a magnetic path formed by the
자력유도수단(6)은 영구자석(1)으로부터 나오는 자력이 코일(4)을 통해 원활하게 유도되도록 한다. 또한, 자력유도수단(6)의 내부를 통과한 자속은 모두 영구자석(1)으로 돌아가는 것이므로 자력유도수단(6)는 동시에 자로가 외부로 유출되는 것을 방지하는 기능도 수행하게 된다. 본 발명에 의한 휴대용충전장치는 사용자가 휴대할 것을 목적으로 구성된 것이므로, 사용자가 휴대용충전장치를 주머니나 가방 등에 자기장에 취약한 물건들 예를 들어, 마그네틱 카드나 기타 휴대용 전자기기 등과 함께 넣는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에 자기장이 휴대용충전장치 외부로 누출된다면 이러한 자기장에 취약한 물건에 손상을 입히는 경우가 발생할 수 있는 것이다. 따라서, 자력유도수단(6)는 자로차폐수단으로서 작용함으로서 휴대성 및 안전성을 보장하는 역할을 한다.The magnetic induction means 6 allows the magnetic force from the
다시 도 9를 참조하면, 편심된 회전자가 진동에 의하여 소정의 각도 범위에서 회전하게 되면 코일(4)에 유도기전력이 발생하여 유도전류가 흐르게 된다. 이러한 전류는 교류로 생성되므로 이를 양파정류기에서 정류하여 직류로 변환한다. 직류로 변환된 전류는 휴대용충전장치에 가해지는 진동에 따라 전압이 불규칙적으 로 형성되므로 이를 정전압레귤레이터를 통하여 전압 레벨을 조정하여 주고 또한, 마지막으로 지나치게 충전이 되는 것을 방지하기 위한 과충전방지회로를 지나 충전접점(15)을 통해 배터리로 공급된다. Referring back to FIG. 9, when the eccentric rotor rotates in a predetermined angle range due to vibration, induced electromotive force is generated in the
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 휴대용충전장치에 의하면, 보행을 하거나 운동을 할 때의 운동에너지를 전기에너지로 전환하여 휴대용충전장치에 저장할 수 있게 되므로 야외활동 등을 할 때 배터리가 방전되어 곤란을 겪는 것을 방지할 수 있게 된다.As described in detail above, according to the portable charging device according to the present invention, since the kinetic energy when walking or exercising can be converted into electrical energy and stored in the portable charging device, the battery is discharged during outdoor activities. This can prevent trouble.
또한, 영구자석과 코일을 컴팩트하게 하우징에 조립할 수 있게됨으로써 크기 및 무게를 작게하여 휴대성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the permanent magnet and the coil can be compactly assembled in the housing, thereby reducing the size and weight, thereby improving portability.
또한, 자기장이 휴대용충전장치 외부로 누출되는 것을 방지함으로써 안정성 및 휴대성을 보장할 수 있는 효과가 있다.In addition, by preventing the magnetic field from leaking to the outside of the portable charging device, there is an effect that can ensure the stability and portability.
Claims (8)
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-
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Patent Citations (1)
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KR200392651Y1 (en) * | 2005-05-10 | 2005-08-17 | 오현택 | The generator which generates electricity with no power supply |
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