KR100926186B1 - Module type electric generator and the electric generating method using vibration energy - Google Patents
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Abstract
Description
본원 발명은 자석을 이용하여 자기장을 형성한 후 상기 자기장내에서 코일을 진동운동하게 함으로써 전기를 얻고자 하는 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2개의 자석 사이에 위치한 코일이 외부에서 전해지는 진동에 의해 흔들려 같이 진동하면서 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 고효율의 모듈형 발전기에 대한 것이다.The present invention relates to a generator to obtain electricity by vibrating a coil in the magnetic field after forming a magnetic field using a magnet, and more particularly, the coil located between two magnets is transmitted to the vibration transmitted from the outside. By shaking and vibrating together for a high efficiency modular generator, characterized in that to generate electricity.
발전기란 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로서 일반적으로 전자기 유도현상을 이용한다. 물의 위치에너지나 열에너지를 회전에너지로 변환하고 자석과 코일 간의 회전에 의해 발생하게 되는 전류를 모아 전기를 얻는 것이다.A generator is a device that converts mechanical energy into electrical energy and generally uses electromagnetic induction. It converts potential energy or thermal energy of water into rotational energy and collects electric current generated by rotation between magnet and coil to obtain electricity.
이중 진동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치는 자석과 코일 중 하나 또는 두개 모두 진동시킴으로써, 자기장에 대한 코일의 위치변화에 따라 전기를 얻는 장치로서, 일반적인 발전기에 비해 소형으로 제공될 수 있음이 특징이다.The device for converting the double vibration energy into electrical energy is a device that obtains electricity by changing the position of the coil with respect to the magnetic field by vibrating one or both of the magnet and the coil, and can be provided in a smaller size than a general generator. .
종래 진동에너지를 이용한 발전기의 구조를 살펴보면, 특허출원 1999년 제 041415호에는 원통형의 케이스 중앙 외주측면에 코일을 감고 자석이 용수철과 같은 탄성부재에 의해 하우징 내부 공간 중앙에 위치하도록 하여, 하우징에 진동이 가해지면 자석이 하우징 내부에서 진동하면서 자기장이 흔들림에 따라 코일에 전류가 흐르도록 유도하는 기술사상이 개시되어 있고, 특허출원 1998년 제21385호에는 중앙에 위치하는 자석에서 가장 많은 자기력이 발생하는 N극과 S극의 위치에 대응되는 외부 하우징의 위치에 각각 코일을 감는 기술사상이 개시되어 있으며, 실용신안등록출원 2004년 제21170호에는 원통형 하우징 양 끝단에 각각 자석을 부착하고 그 사이에 위치하는 내부 자석이 양끝단의 자석과 각각 같은 극을 마주보게 함으로써 척력에 의해 내부 자석이 양끝단의 자석과 충돌하지 않고 하우징 내부 중앙에 위치하도록 하는 기술사상이 개시되어 있다.Looking at the structure of the generator using the conventional vibration energy, patent application No. 041415, the coil is wound around the outer peripheral side of the center of the cylindrical case and the magnet is positioned in the center of the inner space of the housing by an elastic member such as a spring, vibration in the housing When this is applied, the magnet is vibrated inside the housing and a technical idea is disclosed to induce a current to flow in the coil as the magnetic field is shaken. Patent application No. 21385 discloses that the most magnetic force is generated in the centrally located magnet The technical idea of winding coils in the positions of the outer housings corresponding to the positions of the north pole and the south pole is disclosed, and Utility Model Application No. 21170, 2004, attaches magnets to both ends of the cylindrical housing and is located therebetween. When the inner magnets face the same poles as the magnets at both ends, the inner magnets Disclosed is a technical idea to be located in the center of the housing without colliding with the magnets at both ends.
그러나 기존의 진동에너지를 이용한 발전기는 그 효율면에서 만족스러운 결과를 얻기가 힘들었는바, 주로 소형으로 제조되는데다 자석을 이용함에 있어 전자석보다는 자력이 약한 영구자석을 이용하게 되고, 하우징의 외부에 코일이 권취되므로 코일의 권취수(N)를 높이기에 비효율적이기 때문이다.However, the generator using the existing vibration energy was difficult to obtain satisfactory results in terms of efficiency, and mainly manufactured in a small size, and in the case of using a magnet, a permanent magnet having weak magnetic force was used rather than an electromagnet. This is because the winding is inefficient in increasing the winding number N of the coil.
특히 발전량을 높이기 위해 자석이 진동하는 기존의 진동발전기를 다수 개 배열하여 구성하였을 때, 발전기 내의 자석이 타 발전기 자석의 자력 영향을 받아 움직임이 제한되어 발전효율이 저하되는 문제점이 발생한다. In particular, when a plurality of existing vibration generators in which a magnet vibrates to increase the amount of power generation is configured, the magnet in the generator is affected by the magnetic force of other generator magnets, the movement is limited, the power generation efficiency decreases.
반대로 코일이 진동하는 형태의 진동발전기는 하우징 내부에 코일이 권취되므로 코일의 권취수를 효율적으로 높일 수 있으며, 다수의 발전기가 배열되더라도 코일의 움직임이 자력에 의해 영향을 받지 않아 발전효율이 저하되는 문제가 발생 하지 않는다.On the contrary, in the vibrating generator in which the coil vibrates, the coil is wound inside the housing, thereby effectively increasing the number of windings of the coil. Even when a large number of generators are arranged, the coil's movement is not affected by the magnetic force, and thus the generation efficiency is lowered. The problem does not occur.
본원은 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 발전기에 있어서, 종래 진동에너지를 이용한 발전기의 구조를 더욱 개선하여 보다 효율적으로 전기에너지를 생성하는 모듈형 발전기를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.The present invention has a purpose of providing a modular generator for generating electrical energy more efficiently by further improving the structure of the generator using the vibration energy in the generator for generating electrical energy using vibration energy.
또한 본원은 발전기를 모듈(module)형으로 제작하여 본원에서 제공하는 발전기를 직렬 또는 병렬로 다수개 연결하여 사용하더라도 발전기 내부 자석간의 간섭없이 효과적으로 전기를 얻을 수 있도록 하여 상품화가 가능한 모듈형 발전기를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.In addition, the present application provides a modular generator that can be commercialized by making the generator in a module type to effectively obtain electricity without interference between magnets inside the generator even when using a plurality of generators provided in the present application in series or parallel. It has a purpose.
이하 본원에서는 속이 빈 원통형의 케이스 상단과 하단에 각각 자석이 위치하고 코일이 권취된 진동부가 상기 강자성체 축에 끼워지며 케이스 상단과 하단의 자석과 진동부 사이에는 각각 용수철이 삽입되어 진동부가 케이스 내부 중앙에서 진동 가능하도록 구성되는 모듈형 발전기에 관한 기술사상이 개시된다.In the present application, a magnet is placed at the top and bottom of the hollow cylindrical case, and a vibrating part wound around the coil is fitted to the ferromagnetic shaft. Disclosed is a technical idea of a modular generator configured to be vibrable.
또한 케이스 내부 중심축에 강자성체 축이 설치되고, 상기 강자성체 축은 코일이 권취된 진동부의 중심을 관통하여 끼워지며 강자성체 축의 양 끝단은 케이스 상단과 하단의 자석과 인접하여 맞닿도록 하여 자기력을 더욱 밀집시킴으로써 보다 효율적으로 전기를 얻을 수 있는 고효율 모듈형 발전기에 관한 기술사상이 개시된다.In addition, a ferromagnetic shaft is installed in the central shaft of the case, and the ferromagnetic shaft is inserted through the center of the vibrating part in which the coil is wound, and both ends of the ferromagnetic shaft are brought into close contact with the magnets at the top and bottom of the case to further increase magnetic force. Disclosed is a technical idea of a high efficiency modular generator capable of efficiently obtaining electricity.
본원에서는 외부에서 전해지는 진동에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 발전기를 제공하고자 하는 것으로, 그 구성은 속이 빈 통 형태의 케이스(15)와 상기 케이스의 상단과 하단에서 서로 마주보는 극이 같은 극이 되도록 설치되는 자석(20A, 20B)과 상기 자석을 케이스에 고정시키는 자석고정부(21A, 21B)와 상기 케이스의 내부 중앙에 위치하면서 코일(41)이 권취되어 있는 진동부(40)와 상기 자석고정부(21A, 21B)와 진동부(40) 사이에 각각 끼워지는 스프링(50A, 50B)을 포함하여 구성됨으로써, 외부로부터 충격이나 진동이 전해졌을 때 같은 극이 마주보는 두 자석(20A, 20B)간의 척력에 의해 변화가 크게 형성된 자기장 사이로 진동부(40)가 움직여 진동하면서 전기를 생성하도록 하는 진동 에너지를 이용한 모듈형 발전기를 통하여 본원의 목적을 달성할 수 있다.The present invention is to provide a generator for converting into electrical energy by using the vibration energy transmitted from the outside, the configuration is a pole of the hollow barrel-
상기 자석고정부(21A, 21B) 사이에는 상기 진동부(40)의 중심축을 관통하는 봉 형태의 축(30)이 설치되어, 스프링의 이탈을 방지하고 진동부가 상기 축에 안내되어 상하로 움직이면서 전기를 생성하도록 하는 기술구성이 추가될 수 있고, 상기 축(30)은 강자성체 축(31)으로 이루어지고 상기 강자성체 축(31)의 양 끝단이 자석과 직접 닿도록 함으로써 자기장을 집중시키고 발전효율을 높이도록 제공될 수 있으며, 또는 상기 축(30)은 강자성체 축(31)으로 이루어짐으로써 자기장을 집중시키고 발전효율을 높여주는 구조로 제공될 수 있다.A rod-
또한 본원에서 제공되는 모듈형 발전기에서 외부 케이스(15)는 자기장을 차단하는 자기장 차폐막 재질로 제공됨으로 자기장이 발전기 내부로 더욱 집중되도록 제공되는 구성으로 발전효율을 높일 수 있다.In addition, in the modular generator provided herein, the
이하 본원의 기술사상을 구체적으로 구현하기 위한 실시 예와 실험결과들은 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'란 기재에서 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments and experimental results for concretely implementing the technical idea of the present application will be described in detail in the description 'details for carrying out the invention'.
본원에서 제공하는 모듈형 발전기는 종래의 영구자석과 코일을 이용한 진동에너지 발전장치와 비교하였을 때, 더 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.The modular generator provided herein can produce electricity more efficiently when compared with a vibration energy generator using a conventional permanent magnet and coil.
특히 모듈타입으로 제공됨으로써 발전기 각각을 독립적으로 사용하는 것보다 다수개의 발전기를 직렬/병렬로 연결하여 사용할 수 있어 보다 많은 전기를 생산할 수 있게 된다.In particular, by providing a modular type, it is possible to use a plurality of generators in series / parallel than to use each generator independently to produce more electricity.
본원에서 제공하는 모듈형 발전기는 진동이 심한 기계장치의 위, 파도에 의해 출렁이는 선박 등 외부로부터 진동이 지속적으로 전해지는 곳이라면 쉽게 설치하여 전기를 얻을 수 있으며, 효율이 높아 사람의 손으로 쥐고 흔들었을 때에도 소량의 전기를 얻을 수 있어 현대인들이 자주 사용하는 핸드폰이나 휴대용 전자장비의 긴급 충전장치로도 용이하게 사용할 수 있을 것이다.Modular generator provided herein can be easily installed in the place where vibration is continuously transmitted from the outside, such as on a vibrating mechanical device, a ship swelling by waves, and the efficiency is high with human hands Even when you hold it and shake it, you can get a small amount of electricity, which can be easily used as an emergency charging device for mobile phones or portable electronic devices that are used frequently by modern people.
본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시내용을 기재하기에 앞서, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 본원발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본 명세서에 기재된 예시 는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Prior to describing the embodiments of the invention for embodying the technical idea of the present application, the terms or words used in the specification or claims of the present application should not be interpreted as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the protection of the present application. The scope should be construed as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention, the examples described herein are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present application, the present application It will be appreciated that there may be various equivalents and variations that can replace them in time.
이하 본원의 기술사상을 바람직하게 구현한 구체적인 실시 예와 실험결과를 첨부된 도면을 겸하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter will be described in detail with reference to the accompanying drawings the specific embodiments and experimental results that preferably implement the technical spirit of the present application.
도 1은 본원에서 제공하는 모듈형 발전기의 외형을 도시한 사시도로서, 본원에서 제공하는 모듈형 발전기(10)의 외형은 일반적인 건전지 모양과 유사하다. 생성된 전기는 발전기의 상단과 하단에 각각 양극(11)과 음극(12, 도 2a에 도시)으로 설치되어 외부로 전류를 송출하고, 송출된 전류는 별도의 충전장치(미도시)로 들어가 저장할 수 있게 된다.1 is a perspective view showing the appearance of the modular generator provided herein, the appearance of the
본원 발전기의 외형이 반드시 일반 건전지의 형태를 따라야 할 이유는 없으나 실생활에서 많이 쓰이고 있는 일반 건전지의 외형을 따름으로써 사용자가 익숙하게 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.The appearance of the generator does not necessarily have to follow the shape of the general battery, but there is an advantage that the user can be used in series or in parallel by accustomed to the appearance of the common battery that is used a lot in real life.
도 2a는 본원 발전기의 기본적인 내부구조를 도시한 내부사시도이고, 도 2b는 그 단면도이다.Figure 2a is an internal perspective view showing the basic internal structure of the generator of the present application, Figure 2b is a cross-sectional view thereof.
발전기의 외형을 이루는 케이스(15)는 상단과 하단이 뚫린 원통형태로 제공되고, 케이스의 상단과 하단에는 각각 자석(20A, 20B)이 위치하며, 상기 자석을 케이스에 고정시키기 위한 자석고정부(21A, 21B)가 자석을 내장하는 구조로 설치되고, 상기 자석고정부(21A, 21B) 사이 케이스 내부 중앙에는 코일(41)이 권취된 진동부(40)가 위치하되, 상기 진동부는 자석고정부와 각각 스프링(50A, 50B)으로 연 결되어 있음을 나타내고 있다.The
상기 케이스(15)는 보통 원통형으로 제공되는 것이 바람직하나 다각형통 형태로 제공되는 것도 무방하며, 자석(20A, 20B)과 자석고정부(21A, 21B), 진동부(40)의 외형은 케이스의 외형을 따라 케이스가 원통이면 원통형으로, 다각형통이면 다각형통 형태로 제공된다.The
이때 상기 케이스(15)가 자기장 차폐막 역할을 하도록 구성하면 자기장이 외부로 뻗어나가지 못하고 발전기 내부로 집중되는 효과를 얻을 수 있다.In this case, if the
즉 케이스의 내면에 퍼말로이나 센더스트를 도금하거나 코팅하여 자기장 차폐막을 생성하게 되면 외부로 자기장의 영향이 미치는 것을 최소화할 수 있다.That is, when the magnetic field shielding film is formed by plating or coating permallo or sendust on the inner surface of the case, the influence of the magnetic field can be minimized to the outside.
상기 자석(20A, 20B)은 영구자석이 사용되며 특히 두 자석(20A, 20B)간에 서로 같은 극이 마주보도록 배치한다. 도 2와 같이 상단에서부터 NS-SN 으로 자석의 S극이 서로 마주보도록 연결하거나 또는 SN-NS 로 자석의 N극이 서로 마주보도록 연결하여 두 자석 간에 척력이 발생하도록 하는 것을 특징으로 한다.Permanent magnets are used for the
두 자석 간에 척력이 발생하면 두 자석 사이 중앙 진동부(40)의 위치에 자기장이 서로 밀어내는 형상으로 형성되어 코일이 권취된 진동부가 진동할 때 더 많은 전류가 흐를 수 있게 된다.When repulsive force is generated between the two magnets, the magnetic fields are pushed to each other at the position of the
상기 자석고정부(21A, 21B)는 내부로 자석을 내장하고 케이스의 상단과 하단에 고정되도록 설치된다. 자석고정부는 속이 빈 통 형태로 캡(22)을 열어 내부로 자석을 넣고 캡을 닫음으로서 자석을 내장시킬 수 있으며, 또한 캡(22)에는 스프링고정부(23)가 볼록하게 형성되어 스프링을 고정시킬 수 있게 하는 것이 바람직하 다.The
상기 진동부(40)는 자석고정부와 스프링(50A, 50B)으로 연결되어 케이스(15) 중앙의 위치에 자리잡게 된다. 진동부의 중앙에는 코일(41)이 권취되어 있으며 비록 도시되지는 않았으나 상기 코일의 한쪽 끝은 케이스 상단의 양극(11)과 연결되고 타측 끝은 케이스 하단의 음극과 연결되어 생성된 전기를 외부로 송출할 수 있도록 구성된다.The
또한 상기 진동부(40)의 상부와 하부로 각각 스프링고정부(42)가 볼록하게 형성되어 스프링을 고정시키도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
상기 스프링(50A, 50B)은 자석고정부와 진동부 사이에 위치하며 자석고정부의 스프링고정부(23)와 진동부의 스프링고정부(42)에 각각 끼워져 이탈을 방지한다. 두 스프링(51A, 50B)은 동일한 스프링으로 하여 같은 스프링상수와 길이, 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다.The
도 2c는 케이스를 제외한 내부구조 분해사시도이고, 도 2d는 모듈형 발전기 내부 구성품을 조립한 조립사시도이다. 두 자석(20A, 20B) 사이에서 코일(41)이 감긴 진동부(40)가 외부로부터 전해지는 진동에 의해 움직이면서 코일에 전류가 흐르게 되어 전기를 생성할 수 있음을 나타내고 있으며, 스프링(50A, 50B)에 의해 진동부가 자유롭게 상하왕복운동을 할 수 있게 한다.Figure 2c is an exploded perspective view of the internal structure excluding the case, Figure 2d is an assembled perspective view of the modular generator internal components assembled. Between the two
그러나 외부의 진동에 의한 진동부의 움직임은 상하로만 움직이는 것이 아니라 좌우로도 움직이게 되며 또한 강한 충격이나 진동에 의해 스프링이 빠진다거나 하는 경우가 발생할 수 있으며, 더욱 높은 효율로 전기를 얻기 위해서는 진동부가 상하로만 움직이도록 하면서 스프링의 이탈을 방지하도록 할 필요가 있다.However, the movement of the vibrator due to external vibration not only moves up and down, but also moves from side to side. Also, the spring may be pulled out by a strong shock or vibration, and in order to obtain electricity with higher efficiency, the vibrator only moves up and down. It needs to be able to move and prevent the spring from coming off.
도 3은 축이 추가된 모듈형 발전기의 내부 구조를 도시한 것으로서, 도 3a는 내부사시도를 도 3b는 단면도를 나타내고 있다. 자석고정부의 캡(22A, 22B)에 축을 지지하는 축지지부(24)가 추가로 형성되고, 축(30)이 진동부(40)를 관통하여 상단의 자석고정부(21A)와 하단의 자석고정부(21B)를 연결되도록 구성된다. 이때 축(30)은 케이스 내부 중심축의 위치에 있도록 하는 것이 바람직하다.Figure 3 shows the internal structure of the modular generator with the shaft added, Figure 3a is an internal perspective view and Figure 3b is a sectional view. A
축(30)이 추가로 구성된 모듈형 발전기에서는 진동부(40)가 상하로만 움직일 수 있어 더욱 효율적으로 전기를 생성할 수 있으며, 스프링의 이탈을 방지하여 제품의 내구성을 높일 수 있다.In the modular generator further configured with a
특히 상기 축(30)이 철과 같은 강자성체 금속재질로 이루어지게 되면 진동부를 지나가는 자기장이 더욱 밀집되는 효과를 얻을 수 있다.In particular, when the
도 4는 금속으로 이루어지는 강자성체 축(31)이 자석과 맞닿아 있는 구조를 도시한 단면도로서, 자석고정부(21A, 21B)의 캡(22)의 중앙에 구멍이 뚫려 강자성체 축(30)의 양 끝단이 각각의 자석(20A, 20B)와 인접하여 맞닿는 구성을 나타내고 있다.FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure in which a
도 5는 본원의 모듈형 발전기를 다수 개 연결할 때 직렬 또는 병렬로 바람직하게 연결하는 방법을 예시한 예시도이다. 본원 발전기를 다수 개 연결할 때에는 서로 다른 형태의 발전기를 직렬/병렬로 연결하는 것이 바람직하다. 즉 자석의 S극이 마주보도록 배치된 발전기(SS발전기, 10S)에 또 다른 발전기를 직렬이나 병렬로 연결할 때에는 자석의 N극이 마주보도록 배치된 발전기(NN발전기, 10N)를 연결함으 로써 연결된 발전기 간에 척력이 일어나지 않도록 하면서 발전기 내부 자기장 간의 간섭을 줄일 수 있게 된다.Figure 5 is an exemplary view illustrating a method of preferably connecting in series or in parallel when a plurality of modular generators of the present application. When connecting a plurality of generators of the present invention, it is preferable to connect the generator of different types in series / parallel. That is, when another generator is connected in series or parallel to the generator (SS generator, 10S) arranged so that the S pole of the magnet faces each other, the generator connected by connecting the generator (NN generator, 10N) arranged so that the N pole of the magnet faces each other. It can reduce the interference between magnetic fields inside the generator while preventing repulsion from occurring in the liver.
또한 모듈형 발전기에서 생산한 전기는 외부에 별도로 마련된 충전장치(60)로 송출하여 보관하도록 한다. 이때 본원의 모듈형 발전기를 직렬 및/또는 병렬로 연결함으로써 충전장치의 특성, 최대 충전한도와 충전시간을 자유롭게 조절할 수 있음을 나타내고 있다.In addition, the electricity produced by the modular generator is to be sent to and stored in the charging
도 6부터 도 8까지는 자석배열에 따른 자기장의 분석 시뮬레이션 결과를 도시한 것으로써 본원의 진동에너지를 이용한 모듈형 발전기가 얼마나 효과적인지를 나타내기 위하여 첨부하였다.6 to 8 show the results of the analysis simulation of the magnetic field according to the magnet array, attached to show how effective the modular generator using the vibration energy of the present application.
도 6은 강자성체 축이 없는 상태에서 두 자석(20A, 20B)간의 자기장을 분석한 그래프로서, 도 6a와 6b는 서로 다른 극을 마주보고 있는 상태(NS-NS)에서의 자기장 분석 그래프이고, 도 6c와 도 6d는 서로 같은 극이 마주보고 있는 상태(NS-SN)에서의 자기장 분석 그래프이다.FIG. 6 is a graph analyzing magnetic fields between two
도 6a 및 도 6b와 같이 서로 다른 극을 마주보고 있는 상태에서는 진동부가 위치하는 발전기 중앙에서 자기장이 볼록하게 떠있게 되어 진동부가 자기장 내에 위치하지 않으므로 코일이 권취된 진동부가 자석 사이에서 진동하여도 자기력선의 변화가 적어 발전 효율이 낮으나, 도 6c 및 도 6d와 같이 서로 같은 극을 마주보고 있는 상태에서는 발전기 내부 자기장이 중앙에서 급격히 변화하게 되므로 중앙에서 코일이 권취된 진동부가 움직일 때 자기력선의 변화가 상대적으로 훨씬 크다는 것을 알 수 있다.In the state facing the different poles as shown in FIGS. 6A and 6B, the magnetic field is convexly floating in the center of the generator where the vibration unit is located, and thus the vibration unit is not located in the magnetic field. Although the power generation efficiency is low due to the small change of, the magnetic field lines are relatively changed when the vibration part wound around the coil moves in the center in the state that the magnetic field inside the generator changes rapidly in the center as shown in FIGS. 6C and 6D. It can be seen that much larger.
그러나 자기력선이 진동부가 위치할 가운데에 이르기 전에 밖으로 휘어져 버리므로 진동부가 작게 진동할 때에는 효과적인 전기 생산이 어렵다.However, since the line of magnetic force is bent out before reaching the center of the vibrating portion, it is difficult to effectively produce electricity when the vibrating portion vibrates small.
도 7은 두 자석(20A, 20B) 사이에 강자성체 축을 연결하거나 또는 연결하지 않음으로써 변화하는 자기장의 상태를 비교 분석한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing and analyzing a state of a magnetic field which is changed by connecting or not connecting a ferromagnetic axis between two
도 7a는 강자성체 축이 없는 상태에서 자석의 극성이 서로 다른 극이 마주보도록 배치(NS-NS)되었을 경우의 자기장 분석 그래프이고 도 7b는 도 7a와 동일하게 자석의 극성이 배치되고 강자성체 축이 연결된 상태에서의 자기장 분석 그래프로서, 서로 다른 극이 마주보도록 배치된 상태에서는 강자성체 축이 있을 때 발전기 내부의 자기력선이 균일한 직선을 이루어 발전효율이 오히려 더 낮은 상태가 됨을 나타내고 있다.FIG. 7A is a magnetic field analysis graph when the polarities of the magnets are arranged opposite to each other (NS-NS) in the absence of the ferromagnetic axis, and FIG. 7B is the same as that of FIG. 7A, in which the magnets are arranged and the ferromagnetic axes are connected. As a graph of magnetic field analysis in a state, when the poles are arranged to face each other, the magnetic field lines inside the generator form a uniform straight line when there is a ferromagnetic axis, and thus the power generation efficiency is lower.
즉, 자석이 서로 다른 극이 마주보는 경우에는 강자성체 축에 의해 자기장이 진동부쪽으로 집중되지만 진동부의 진동방향과 자기장 방향이 평행하여 진동부가 아무리 진동하여도 자기장의 변화가 매우 적어 발전효율이 매우 낮게 된다.In other words, when the magnets face different poles, the magnetic field is concentrated toward the vibrating part by the ferromagnetic axis, but the vibration direction and the magnetic field direction are parallel to the vibrating part. do.
도 7c는 강자성체 축이 없는 상태에서 자석의 극성이 서로 같은 극이 마주보도록 배치(NS-SN)되었을 경우의 자기장 분석 그래프이고 도 7d는 도 7c와 동일하게 자석의 극성이 배치되고 강자성체 축이 연결된 상태에서의 자기장 분석 그래프로서, 강자성체 축이 분산된 자기력선을 중앙으로 안내하여 중앙 위치에서 급격한 자기장 변화가 일어나게 함으로써 발전효율을 높이게 됨을 알 수 있다.FIG. 7C is a magnetic field analysis graph when the poles of the magnets are arranged to face each other with the same polarity (NS-SN) in the absence of the ferromagnetic axis. FIG. 7D is the same as that of FIG. 7C. As a magnetic field analysis graph in the state, it can be seen that the rapid magnetic field change occurs at the central position by guiding the magnetic field lines in which the ferromagnetic axes are dispersed to increase the power generation efficiency.
즉, 서로 같은 극을 마주보아 척력이 발생할 때에는 강자성체 축에 의해 자기장이 진동부쪽으로 집중되고, 또한 축의 중앙에서 진동부의 진동방향과 수직한 방향으로 자기장이 형성되어 진동부의 진동에 따라 자기장의 변화가 매우 커 발전효율이 매우 크다는 것을 알 수 있다.That is, when repulsive force occurs when facing the same poles, the magnetic field is concentrated toward the vibrating part by the ferromagnetic axis, and the magnetic field is formed in the direction perpendicular to the vibrating direction of the vibrating part at the center of the shaft, so that the magnetic field changes according to the vibration of the vibrating part. It can be seen that the generation efficiency is very large.
위의 시뮬레이션 결과로 두 자석이 서로 같은 극끼리 마주보면서 그 사이에 강자성체 축이 연결되고 두 자석 사이 가운데에서 코일이 권취된 진동부가 스프링에 의해 진동하도록 구성되는 본원의 모듈형 발전기가 발전 효율이 가장 높다는 것을 알 수 있다.As a result of the above simulation, the modular generator of the present invention, in which two magnets face each other with the same poles and a ferromagnetic shaft is connected between them, and a vibrating portion in which a coil is wound between the two magnets, is vibrated by a spring. It is high.
도 8은 강자성체 축이 추가로 구성된 본원의 모듈형 발전기를 직렬로 연결할 경우 도 5에서와 같이 서로 다른 형태의 발전기를 연결하는 것이 바람직한 이유를 설명하고 있다.FIG. 8 illustrates why it is preferable to connect generators of different types as in FIG. 5 when the modular generators of the present application in which the ferromagnetic shaft is further configured are connected in series.
도 8a는 같은 형태의 발전기를 직렬 연결한 상태, 즉 S극 끼리 자석이 마주보는 발전기 2개를 직렬로 배열한 경우에서의 자기장을 분석한 것이고, 도 8b는 다른 형태의 발전기를 직렬 연결한 상태, 즉 S극끼리 자석이 마주보는 발전기 1개와 N극끼리 자석이 마주보는 발전기 1개를 직렬로 배열한 경우에서의 자기장을 분석한 것이다.FIG. 8A is a state in which generators of the same type are connected in series, that is, a magnetic field is analyzed when two generators facing each other with S-poles are arranged in series. FIG. 8B is a state in which other generators are connected in series. In other words, the magnetic field is analyzed when one generator in which S poles face each other and one generator in which N poles face each other are arranged in series.
도 8a와 도 8b에서 나타난 바와 같이 두 경우 모두 진동부가 위치할 강자성체 축의 중앙 위치에 진동부의 진동방향과 수직이 되도록 자기장이 형성되어 있어 발전 효율이 높다는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 8A and FIG. 8B, in both cases, a magnetic field is formed at a center position of the ferromagnetic shaft where the vibration unit is to be located so as to be perpendicular to the vibration direction of the vibration unit.
그러나 도 8a와 같이 같은 형태의 발전기 2개를 연결할 경우에는 발전기 간의 연결부에서 자석의 극성이 같은 극끼리 근접하게 되어 척력이 작용하고 이는 발전기간의 연결성을 저하시키는 요인이 된다.However, when connecting two generators of the same type as shown in Figure 8a, the poles of the magnets are close to each other in the connection portion between the generators and the repulsive force acts, which is a factor that reduces the connection between the generators.
도 8b와 같이 S극이 마주보는 발전기와 N극이 마주보는 발전기를 연결할 경우에는 발전기간의 연결부에서 자석의 다른 극성이 근접하게 되어 인력이 작용하고 이는 발전기간의 연결성을 오히려 높여 쉽게 떨어지지 않게 된다.When connecting the generator facing the S pole and the generator facing the N pole as shown in FIG. 8B, different polarities of the magnets are closer to each other in the connection portion between the generators, which causes the attraction between the generators. .
결국 S극이 마주보는 발전기와 N극이 마주보는 발전기를 교대로 연결할 때, 발전 효율도 높고 발전기의 연결성도 높다는 것을 알 수 있다.After all, when alternatingly connecting the generator facing the S pole and the generator facing the N pole, it can be seen that the generation efficiency is high and the connectivity of the generator is high.
도 1은 본원에서 제공하는 모듈형 발전기의 외형을 도시한 사시도.1 is a perspective view showing the appearance of a modular generator provided herein.
도 2는 모듈형 발전기의 기본적인 내부구조를 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the basic internal structure of a modular generator.
도 3은 축이 추가로 구성되는 모듈형 발전기를 도시한 사시도.3 is a perspective view of a modular generator further configured with a shaft;
도 4는 강자성체 축이 자석과 맞닿아 있는 구조를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing a structure in which the ferromagnetic axis is in contact with the magnet.
도 5는 모듈형 발전기를 직렬 또는 병렬로 연결하는 방법을 도시한 예시도.5 is an exemplary view showing a method of connecting a modular generator in series or in parallel.
도 6 내지 도 8는 다양한 조건에 따른 자기장의 변화를 비교 분석한 그래프.6 to 8 are graphs comparing and analyzing changes in magnetic fields according to various conditions.
******** 도면의 주요 부호에 대한 설명 **************** Description of the main signs in the drawings ********
10 : (모듈형)발전기 10S : SS발전기10: (Modular)
10N : NN발전기 11 : 양극10N: NN generator 11: anode
12 : 음극 15 : 케이스12: cathode 15: case
20A, 20B : 자석 21A, 21B : 자석고정부20A, 20B:
22 : 캡 23 : (자석고정부)스프링고정부22: Cap 23: (Magnetic High Government)
24 : 축지지부 25 : 철판24: shaft support 25: iron plate
30 : 축 31 : 철축30: shaft 31: iron shaft
40 : 진동부 41 : 코일40: vibration portion 41: coil
42 : (진동부)스프링고정부 50A, 50B : 스프링42: (vibration part)
60 : 충전장치60: charging device
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