KR100968379B1 - 기능성 자가발전 신발 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능성 자가신발에 관한 것으로서, 일정한 두께의 밑창이 구비된 신발에 있어서, 상기 밑창의 내부에 설치되고, 길이방향으로 통공된 이동통로가 형성된 케이스부; 상기 케이스부의 외주면에 순방향과 역방향이 교번되게 연결된 코일이 권선되어, 유도되는 전압을 증가시키는 코일부; 상기 이동통로에 길이방향으로 슬라이딩되는 영구자석으로 형성된 가동자석부; 상기 가동자석부의 이동에 의해 상기 코일부에 유도된 전압이 정류되는 전파정류부; 상기 전파정류부에 의해 정류된 전압을 증폭시키는 자려식 부스트 컨버터부; 상기 자려식 부스트 컨버터부에서 증폭된 전압을 충전시키는 충전회로부; 상기 충전회로부에서 전압을 공급받아 LED를 발광하여 신발의 내부를 멸균하는 LED 구동부;를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 하여, 보행운동과 같은 일상 생활에서 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 신발 내부를 멸균할 뿐 아니라, 외부 기기를 충전을 할 수 있으며, 제작단가가 낮고, 구성이 간단하여 제작이 용이한 효과가 있다.
자가발전, 신발, 코일, 3섹션, 멸균, 충전

Description

기능성 자가발전 신발{an independent power shoes for multipurpose}
본 발명은 기능성 자가발전 신발에 관한 것으로서, 특히 반복적인 보행에 따라 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환, 축적하여, 필요시 자외선 LED 부하에 전류를 흘려 신발 내부를 멸균시켜, 쾌적한 족부건강을 유지시켜주고, 충전된 전압으로 외부장치를 구동 또는 충전하는 기능성 자가발전 신발에 관한 것이다.
최근에는 건강과 미용에 대한 관심의 증가, 스마트 기술 응용에 대한 국민적 관심 증대 및 신발과 IT산업의 융합과 웰빙산업 호조에 힘입어 신발과 관련한 족부건강에도 관심이 집중되고 있으며, 보행시에 발생하는 운동에너지를 전기에너지화하는데 많은 노력을 기울이고 있다.
신발의 자가발전 기술은 신발 밑창에 장착되어야 하는 근본적인 사이즈 문제점으로 인해 압전소자가 많이 이용되고 있으나, 내구성이 약하여 금속을 덧대어 강도를 높여야 하고 소자 자체의 비용과 제작단가가 높아 실용성에 문제가 있으며 보행시 출력전류가 미소하여 RF 신호발생과 같은 미소출력 신호처리 시스템에 국한적으로 응용되고 있다.
그리고, 신발 밑창 내부에 발전기를 장착하여 에너지를 발생하는 자가발전기 도 제시된 바 있으나 부피가 크고 힘전달 메커니즘이 복잡하여 신뢰성과 소음발생과 같은 문제가 있다.
대한민국 특허청 등록실용신안 공보 제0238217호에서는 자가발전기가 장착된 신발이 제안되었다.
도 1은 종래의 기술에 따른 자가발전기가 장착된 신발의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 자가발전기가 장착된 신발은 신발굽(4) 내부에 수용되는 보빈(2b), 상기 보빈(2b)의 외주면에 권취되는 코일(2a),보빈(2b) 내부에 슬라이딩되도록 수납되는 가동마그네트(2d), 외부 진동시 상기 가동마그네트(2d)에 탄성력을 제공하도록 보빈(2b) 내부에 수납되는 탄성부재(2c), 상기 코일(2a)의 양단에 접속되어 코일(2a)에 유도되는 기전력을 전원으로서 적합한 상태로 조정하는 전원조정회로(11), 및 상기 전원조정회로(11)를 거친 유도전류를 충전하는 2차전지(12)로 구성되어 코일(2a)이 권취된 보빈(2b) 내부의 가동마그네트(2d)가 외력에 의해 움직이면, 탄성부재(2c)로부터 탄성력이 가해져서 보빈(2b)에 시변자계(time-dependent magnetic field)가 가해지므로 코일(2a)의 양단에서 유도기전력이 발생하게 된다. 이러한 유도기전력은 전원조정회로(11)를 거치면서 승압 및 정류된 후 전원조정회로와 접속된 컨넥터(14)를 통해 덮개(13)으로 덮힌 2차전지(12)에 충전된다.
이러한 구성을 통해, 종래의 기술에 따른 자가발전기가 장착된 신발은 보행시 코일에 대한 가동마그네트(2d)가 높은 주파수로 진동하여 발전효율을 높일 수 있고, 각종 수분으로 인한 자연방전 현상을 방지할 수 있는 장점이 있는 반면에, 제한된 탄성력으로 인해 슬라이딩 되는 가동마그네트(2d)의 이동 범위가 작아 출력전압이 미미하여, LED와 같은 외부기기와 연결되어 구동하거나 충전시 효율이 낮고, 탄성부재(2c)의 탄성력이 쉽게 떨어져, 신뢰성이 낮고, 지속적으로 탄성부재(2c)를 교체해야하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 신발 밑창 내부에 3섹션 코일이 상호 역방향으로 권선된 자가발전부를 장착함으로써, 운동에너지를 전기에너지로 변환되는 출력의 전압을 높여 자외선 LED의 출력을 높여 신발 내부를 멸균시키는 자가발전 신발을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충분한 양의 에너지를 충전하여, 연결된 외부기기에 충전할 수 있는 기능성 자가발전 신발을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 일정한 두께의 밑창이 구비된 신발에 있어서, 상기 밑창의 내부에 설치되고, 길이방향으로 통공된 이동통로가 형성된 케이스부; 상기 케이스부의 외주면에 순방향과 역방향이 교번되게 연결된 코일이 권선되어, 유도되는 전압을 증가시키는 코일부; 상기 이동통로에 길이방향으로 슬라이딩되는 영구자석으로 형성된 가동자석부; 상기 가동자석부의 이동에 의해 상기 코일부에 유도된 전압이 정류되는 전파정류부; 상기 전파정류부에 의해 정류된 전압을 증폭시키는 자려식 부스트 컨버터부; 상기 자려식 부스트 컨버터부에서 증폭된 전압을 충전시키는 충전회로부; 상기 충전회로부에서 전압을 공급받아 LED를 발광하여 신발의 내부를 멸균하는 LED 구동부;를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
여기서, 본 발명은, 상기 케이스부의 양단과 결합되고, 완충자석이 내측에 형성된 완충덮개부;가 형성되어, 상기 가동자석부가 상기 케이스부의 양단에 도달할 때, 자석의 역극성으로 충격이 흡수되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은, 상기 충전회로부와 연결되어 충전된 전압으로 외부기기를 충전할 수 있는 USB단자;가 더 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은, 상기 충전회로부에 충전되는 전압을 모니터링하고, 과방전되지 않도록 전압을 검출하여 LED의 구동 전압을 자동으로 차단하는 원칩 마이크로컨트롤러부;가 더 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 코일부는, 상기 케이스부의 중앙부에서 상기 케이스부의 전체 길이의 1/5의 길이로 3번 교번되어 권선되는 코일로 이루어진 것이 바람직하다.
여기서, 상기 자려식 부스트 컨버터부는, 상기 LED구동부의 자외선 LED의 개수만큼 인덕터의 권선수를 조정하여 출력전압을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의한 본 발명은, 일상생활에서 간편하게 제작가능한 자가발전부를 신발의 밑창에 설치하여 보다 높은 출력 전압을 발생한 후, 충전하여, 신발 내 장착된 자외선 LED를 구동하여 신발 내부를 멸균시키고, 휴대용 손전등의 조명용 LED 또는 군화의 열선 등과 같은 외부기기를 충전하거나 구동시키는 전원으로 이용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자가발전부를 제작시 단가가 낮고, 사용부품 개수가 적어 구성이 간단하여 제작이 간단한 효과가 있으며, 불필요한 충전배터리의 낭비와 투기에 따른 환경오염을 방지하고, 정격전압이 다양한 충전 충전배터리를 인덕터 값 의 조절만으로 적절히 충전시킬 수 있고, 간편한 스위치 조작으로 사용조작이 간단한 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발의 저면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 자가발전부의 전체 회로시스템 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 신발의 밑창(1)에 장착된 자가발전부(10)는 케이스부(100), 상기 케이스부(100)의 외주부에 순방향과 역방향으로 교번하여 코일이 권선되는 코일부(200), 상기 케이스부(100) 내부를 이동하는 가동자석부(300), 상기 케이스부(100) 양 끝단을 덮는 완충덮개부(400), 상기 코일부(200)와 가동자석부(300)에 의해 발생된 전력을 정류하는 전파정류부(20), 정류된 전력을 충전하는 충전회로부(50) 및 LED 구동부(80)로 구성된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 케이스부(100)는 원통형의 플라스틱 재질로 이루어지고, 신발의 밑창(1)에 내장될 수 있는 일정한 길이 L로 형성되고, 상기 케이스부(100)의 내측에는 길이방향으로 통공된 공간인 이동통로(110)가 원통형으로 형성된다.
다음으로 상기 코일부(200)는 후술할 가동자석부(300)가 코일을 지날 때 발 생하는 쇄교자속이 최대값을 유지하기 위해서 가급적 영구자석에 가깝게 권선해야하며, 코일간 상호간섭을 막기 위해 상기 케이스부(100)의 외측을 섹션별로 나누어 중앙부에 복수개의 코일(210, 230, 250)이 상호 역방향으로 권선된다.
여기서, 상기 코일부(200)는 상기 케이스부(100)의 양단은 케이스부 길이의 1/5인 L/5길이 만큼 각각 남겨두고, 중앙부는 각 코일의 길이가 상호 역방향으로 L/5씩 3섹션의 코일이 권선된다.
본 발명에서, 상기 코일부(200)는 3섹션 코일로 이루어져 있는데, 제 1코일(210), 제 2코일(230) 및 제 3코일(250)인 세부분으로 구분되고, 각 코일은 각각 다른 방향으로 교번되어 직렬권선되므로, 유도전압이 서로 상쇄되지 않고 합해지는 방향을 유지하도록 하며, 유도전압의 피크값과 실효값을 증가시키기 위해 신발 밑창(1) 내부에 장착될 수 있는 한도 내에서 코일의 턴수를 증가시키도록 한다.
다음으로, 가동자석부(300)는 희토류 자석으로 상기 이동통로(110)를 슬라이딩하면서, 상기 코일부(200)에 유도전류가 발생되도록 한다. 이러한 가동자석부(300)는 길이가 각 코일 길이(L/5)의 2/3의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 가동자석부(300)는 보행시 밑창부터 바닥에 닿고 다시 토우부를 드는 원리를 이용하면 가동자석부(300)의 슬라이딩 동작을 유발하기 수월하여, 상기 코일부(200)에 쉽게 전압을 유도시킬 수 있도록 한다.
다음으로, 완충덮개부(400)는, 상기 케이스부(100)의 직경과 같은 직경인 원판형태의 아크릴판 중앙에 상기 가동자석부(300) 크기(직경 및 길이)의 1/3 이하의 크기를 갖는 희토류 자석인 완충자석(410)으로 이루어지며, 상기 완충자석(410)은 상기 완충덮개부(400)의 내측에 부착되며, 상기 케이스부(100)의 양단부와 결합된다.
따라서, 상기 완충덮개부(400)의 이동통로(110)를 통해 상기 가동자석부(300)가 상기 케이스부(100)의 양단부에 도달할 때, 상기 완충덮개부(400)에 부착된 완충자석(410)의 역극성으로 인해 자기베어링 효과가 발생하여 상기 가동자석부(300)와 완충자석(410) 간의 충격이 흡수되며 이때 발생하는 자석간 떨림에 의한 자석진동 때문에 코일에 미소전압이 추가로 유도되어 전기에너지가 확보되어 전체적인 출력에너지 증가를 얻을 수 있다.
다음으로 전파정류부(20)는, 일반적인 4개의 다이오드로 구성된 전파정류회로로 구성되며 자가발전부(10)에서 발생된 교류전압을 직류로 변환하여 슈퍼커패시터부(30)에서 충분히 평활시켜 흔들림 없는 정전압을 유지하게 한다.
여기서, 상기 슈퍼커패시터부(30)는 보행시 상기 가동자석부(300)가 이동되어 상기 코일부(200)에 발생되는 교류전압의 흔들림을 충분히 흡수할 수 있는 고용량의 컨덴서가 적용되며 부하변동시에도 안정된 전압을 자려식 부스트 컨버터부(40)에 공급할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 자려식 부스트 컨버터부의 구성도이다.
다음으로 자려식 부스트 컨버터부(40)와 충전회로부(50)를 살펴보기로 한다. 상기 자려식 부스트 컨버터부(40)는 입력된 직류전압을 적당한 크기로 증폭하여 상 기 충전회로부(50)를 거쳐 충전배터리(55)에 충전되도록 각 한 개씩의 표면실장형 인덕터(L1, L2), 저항(R), 트랜지스터(Q), 다이오드(D), 커패시터(C)로 구성된다.
상기 자려식 부스트 컨버터부(40)는 일반 시중에서 쉽게 입수가능한 SMD 파워인덕터와 트랜지스터를 활용하여 설계되는데, 최초에 입력전압이 투입되면 L2와 R을 통해 주 스위치 Q의 베이스에 전류가 공급되어 Q가 온(on)되면서 발진동작이 이루어지며 인덕터 내부에 2겹으로 권선된 L1과 L2간의 극성반전에 따라 지속적인 Q의 온오프 동작이 반복된다.
따라서, Q의 오프(off) 동작시 마다 L1에 축적된 에너지는 다이오드를 거쳐 커패시터 양단에 직류전압을 발생하게 되며 이 전압은 또 하나의 다이오드 D'과 저항 R'을 거쳐 충전회로부(50)의 충전배터리(55)에 충전되며 스위치를 켜기 전까지는 계속 충전배터리(55)에 에너지가 축적되고, 평활회로와 간이 충전회로를 거쳐 보행시 충전배터리(55)를 지속적으로 충전한다.
그리고, 정전압 레귤레이터부(60)는 충전배터리(55) 전압의 출력시(스위치 온(on)시) 3.6V의 전압을 3V로 변환한 정전압을 출력하여 안정된 전압을 얻을 수 있다.
이렇게 안정화된 전압은 원칩 마이크로컨트롤러부(70)와 LED 구동부(80)의 구동전원으로 이용되고, 충전회로부(50)를 통해 충전된 전압이 신발의 토우에 설치된 자외선 LED의 구동전원으로 이용되거나, 신발 측면에 형성된 USB 포트를 통해 휴대폰과 같은 휴대용 전자기기를 긴급 충전시킬 수 있으므로 전력공급이 어려운 아웃도어에서도 그 성능을 발휘할 수 있다.
즉, 보행시 충전된 전압은 퇴근 후, 각 가정에서 스위치를 켜두면 적정 시간동안 자외선 LED를 구동하게 되어 하루 중 발생한 신발 내부의 습기로 인한 곰팡이균과 각종 세균들을 박멸하게 되어 신발 내부가 멸균되며, USB 포트단자를 통해 외부기기의 충전을 할 수 있다.
마지막으로, LED 구동부(80)는 자려식 부스트 컨버터부와 정전류 구동회로부로 이루어진다.
자려식 부스트 컨버터부에서는 직렬연결된 자외선 LED의 개수만큼 인덕터의 권선수를 조정하여 출력전압을 조절하고, 상기 정전압 레귤레이터부(60)에서 출력되는 전압을 증폭하여 적정한 구동전압이 공급되도록 한다.
상기 정전류 구동회로부에서는 LED 부하전류를 모니터링하여 설정전류 값 이상이 흐르면 자동적으로 차단시켜 직렬연결된 자외선 LED가 안정된 발광과 장수명을 유지하도록 트랜지스터와 저항을 이용한 정전류 구동회로로 이루어지며, 본 발명에서는 LED에 흐르는 전류를 검출하여 20mA를 초과할 때, 트랜지스터를 턴 오프시켜 전류를 차단하는 동작을 반복적으로 수행하여 LED에는 항상 20mA가 흐르게 되어 균일한 휘도가 발산된다.
다음으로 원칩 마이크로컨트롤러부(70)는 내장 A/D변환기 기능이나 리셋기능을 이용하여 충전배터리(55) 전압을 항상 감시하게 되며 충전배터리(55) 전압이 셀당 방전 종료전압 이하로 저하되지 않도록 2.7V 정도에서 부하를 차단하게 되므로 충전배터리(55) 과방전을 방지할 수 있게 된다.
또한 내부의 타이머 기능을 이용하여 스위치 온(on)시 5분간 자외선 LED를 구동하여 신발의 토우부분에 LED 램프가 점등되어 자외선을 조사하여 멸균동작을 수행하도록 설정된다.
이때, 스위치가 온(on)이 된 상태에서만 LED 점등이 가능하며, 충전배터리(55) 전압 모니터링, 과방전 방지회로 및 LED 점등시간 설정 등이 가능한 타이머가 연결되어 작동되는 시간을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 원칩 마이크로컨트롤러부의 구성도이다.
도시된 바와 같이, LED 구동부(80)는 전술한 자려식 부스트 컨버터부(40)를 그대로 적용하여 입력전압을 증폭한 뒤 직렬연결된 LED의 구동전압으로 이용한다.
즉, 본 발명은 원칩 마이크로컨트롤러부(70)에서 발생한 신호로 구동되는 Q를 통해 흐르는 전류를 에미터 부분의 R로 검출하여 20mA 이상이 되면 상단의 Q'을 구동하여 자려식 부스트 컨버터부(40)의 트랜지스터를 오프시키게 되어 LED에 전원이 차단되는 동작을 하게 되므로 전류는 항상 20mA 정도를 유지하게 되는 정전류 구동방식을 취하게 되고, 충전전압을 모니터링하여 필요시 부하회로를 차단시켜 충전배터리(55) 과방전을 방지하며, 설정된 시간동안만 LED를 점등시키는 타이머 동작을 수행한다.
이러한 LED 구동부(80)을 통해 본 발명은, 필요시 적정시간 동안 자외선 LED 부하에 전류를 흘려 실발 내부의 멸균동작을 행함으로써 쾌적한 족부건강을 유지시 켜 줄 수 있다.
이하에서는 상기 코일부(200)와 가동자석부(300)에 의해 발생되는 유도전압 발생원리에 대해 살펴보기로 한다.
상기 가동자석부(300)는 상기 코일부(200)가 권선된 상기 케이스부(100)의 이동통로(110)에 진입할 때, 쇄교자속이 증가하므로 양의 유도전압이 발생되고, 가동자석부(300)가 코일부(200) 속에 완전히 들어가게 되면 코일에 쇄교하는 전체 자속은 일정해 지므로 유도전압이 영이 되며, 가동자석부(300)가 코일부(200)의 이동통로(110)를 빠져나올 때 쇄교자속이 감소하므로 음의 유도전압이 코일부(200)에 유도된다.
이러한 한 주기의 유도전압은 쇄교자속의 변화량이 없는 코일의 중앙부에서는 유도전압을 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 가동자석부(300)의 이동에 의해 발생되는 자속이 권선된 코일에 완전히 포함되어 코일에 유도되는 전압이 0이 되지 않도록, 코일길이를 설계하여 출력되는 유도전압의 실효값이 최대가 될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 가동자석부(300)에서 발생하는 쇄교자속의 변화가 일정한 공간에서 더 많이 발생할 수 있도록 코일 길이를 제한하여 구성되며, 이를 고려하여 상기 케이스부(100)에 권선된 코일부(200)의 각 코일의 길이는 가동자석부(300) 길이의 1.5배가 바람직하다.
여기서 3섹션 코일 방식에서는 코일을 상기 케이스부(100)에 권선시에 각 코 일은 서로 반대 방향으로 감겨서 직렬연결되어야 하는데, 같은 방향으로 감기면 각 코일에서 발생하는 유도전압이 서로 상쇄되어 출력 전압의 실효값이 상당히 감소해 버리며, 충전효과가 떨어지기 때문이다.
따라서, 본 3섹션 코일 방식에서는 각 코일을 역방향으로 감아 직렬연결하므로 각 코일의 유도전압이 상쇄되지 않고 서로 합해지게 되며, 가동자석부(300)가 코일간 연결부를 지날 때마다 발생하는 유도전압은 제 1코일 입구단과 제 3코일코일 출구단을 지나갈 때 발생하는 유도전압보다 2배 정도의 진폭을 가지게 되며, 2주기의 유도전압 파형이 출력되므로 전체적인 유도전압의 실효값과 출력전력 밀도가 1코일 방식에 비해 2배 이상의 크기를 가지게 된다.
또한, 코일에서 발생하는 유도전압은 권선 턴수에 비례하여 증가하며, 본 실험에서는 0.1mm 직경의 코일을 사용하여 권선하였으며, 코일당 1800회의 턴수를 가지는데, 이는 교류 유도전압이 정류되어 자려식 부스트 컨버터부(40)와 충전회로부(50)를 거친 출력전압이 개방회로 상태에서 충전배터리의 정격전압값 이상이 되어야 하므로 적절히 선택한 결과이다
도 8은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 멸균기능이 있는 자가발전신발내 유도전압 그래프이다.
도시된 바와 같이, 도 8의 파형은 가동자석부(300)가 상기 케이스부(100) 내부의 이동통로(110)를 통과할 때마다 3섹션 코일 양단에서 발생하는 유도전압 파형을 나타낸다.
각 파형의 양쪽 끝에 있는 진폭이 낮은 전압성분은 가동자석부가 양단에 있는 완충자석(410)과 작용할 때 발생하는 유도전압 성분이며, 각 파형의 가운데에 있는 진폭이 조금 큰 2주기 파형은 3섹션 코일을 통과할 때 발생하는 유도전압 성분을 나타낸다.
상기 가동자석부(300)가 상기 제 1코일(210)의 입구와 상기 제 3코일의 출구를 통과할 경우에 비해 진폭이 큰 유도전압이 발생하며, 이는 코일간 연결부를 지날 때 발생하는 유도전압성분들이 합해져서 그 크기가 증가한다.
이하에서는 가동자석부(300)에 의해 방향이 일정한 경우의 코일에 유도되는 유도전압과 방향이 다른 코일에 유도되는 유도전압을 비교하기로 한다.
<표 1>

비교항목
기존방식
본 발명

코일부 개수
1개
3개

영구자석이 코일을 한번 통과할 때 유도전압 파형
1주기 출력
2주기 출력

출력 전력밀도
(출력전압 실효값)
1을 기준으로 할 때
2배 이상

권선법
CW 혹은 CCW
CW와 CCW와 CW(3권선직렬연결)
<표 1>은 기존방식과 본 발명의 구성을 비교하여 나타내었다. 표 1에 나타난 바와 같이, 기존방식에 의한 코일부(200)에서는 코일 1개가 시계방향(CW), 또는 반시계방향(CCW)인 한 방향으로 상기 케이스부(100)에 권선되고, 내부의 이동통로(110)를 통해 가동자석부(300)가 통과되는데, 코일 일측의 입구로 들어올 때, 양의 유도전압이 발생하고, 코일 타측의 출구로 나올 때, 음의 유도전압이 코일에 발생하여, 가동자석부(300)가 코일부(200)를 한번 통과하면 1주기의 정현파 유도전압이 출력된다.
다음으로 본 발명에 따른 코일부(200)는 코일이 3개로 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)으로 조합되어 인접한 코일이 같은 방향으로 권선되지 않도록 구성된다.
이렇게 3섹션으로 구분된 코일은 각각 제 1코일(210), 제 2코일(230), 제 3코일(250)로 이루지며, 상기 제 1코일(210)의 입구로 상기 가동자석부(300)가 들어올 때, 양의 유도전압이 발생하며, 출구로 나갈 때는 음의 유도전압이 발생하여 기존 방식에 의한 코일부와 동일하게 양의 유도전압에서 시작해서 음의 유도전압으로 이루어지는 1주기 유도전압이 발생된다.
그리고, 제 2코일(230)의 입구로 상기 가동자석부(300)가 들어올 때에는 코일의 권선방향이 반대이므로, 가동자석부(300)에 의해 음의 유도전압이 발생하고, 상기 가동자석부(300)가 제 2코일(230)의 출구로 나갈 때에는 양의 유도전압이 발생하여, 음의 유도전압에서 시작해서 양의 유도전압으로 이루어지는 1주기 유도전압이 발생된다.
그리고, 제 3코일(250)의 입구로 상기 가동자석부(300)가 들어올 때에는 제 1코일(210)과 같이 양의 유도전압에서 시작해서 음의 유도전압으로 이루어지는 제 1주기 유도전압이 발생된다.
제 1코일(210)에서 제 2코일(230)로 가동자석부(300)가 이동시 코일간 유도전압이 합해져서 기존 방식에서 유도되는 전압의 2배 이상인 양의 유도전압이 발생되고, 제 2코일(230)에서 제 3코일(250)로 가동자석부(300)가 이동시 기존방식의 2배 이상인 음의 유도전압이 발생되어 기존 방식에 비해 유도전압 실효값이 증가하게 된다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다
도 1은 종래의 기술에 따른 자가발전기가 설치된 신발의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발의 저면도.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 자가발전부의 전체 회로시스템 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전부 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 자려식 부스트 컨버터부의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 기능성 자가발전 신발내 원칩 마이크로컨트롤러부의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 멸균기능이 있는 자가발전신발내 유도전압 그래프.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1 : 밑창 10 : 자가발전부
20 : 전파정류부 30 : 슈퍼커패시터부
40 : 자려식 부스트 컨버터부 50 : 충전회로부
55 : 충전배터리 60 : 정전압 레귤레이터부
70 : 원칩 마이크로컨트롤러부 80 : LED 구동부
100 : 케이스부 110 : 이동통로
200 : 코일부 210 : 제 1코일
230 : 제 2코일 250 : 제 3코일
300 : 가동자석부 400 : 완충덮개부
410 : 완충자석 R : 저항
Q : 트랜지스터 D : 다이오드
C : 커패시터 L1 L2: 표면실장형 인덕터
VDC : 발전전압이 정류된 직류전압 Vbat : 충전배터리 전압
Vcc : 정전압 레귤레이터의 출력전압

Claims (6)

  1. 일정한 두께의 밑창(1)이 구비된 신발에 있어서,
    상기 밑창(1)의 내부에 설치되고, 길이방향으로 통공된 이동통로(110)가 형성된 케이스부(100);
    상기 케이스부(100)의 외주면에 순방향과 역방향이 교번되게 연결된 코일이 권선되어, 유도되는 전압을 증가시키는 코일부(200);
    상기 이동통로(110)에 길이방향으로 슬라이딩되는 영구자석으로 형성된 가동자석부(300);
    상기 가동자석부(300)의 이동에 의해 상기 코일부(200)에 유도된 전압이 정류되는 전파정류부(20);
    상기 전파정류부(20)에 의해 정류된 전압을 증폭시키는 자려식 부스트 컨버터부(40);
    상기 자려식 부스트 컨버터부(40)에서 증폭된 전압을 충전시키는 충전회로부(50);
    상기 충전회로부(50)에서 전압을 공급받아 LED를 발광하여 신발의 내부를 멸균하는 LED 구동부(80);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 자가발전 신발
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스부(100)의 양단과 결합되고, 완충자석이 내측에 형성된 완충덮개부(400);가 형성되어, 상기 가동자석부(300)가 상기 케이스부(100)의 양단에 도달되면 자석의 역극성으로 충격이 흡수되는 것을 특징으로 하는 기능성 자가발전 신발.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 충전회로부(50)와 연결되어 충전된 전압으로 외부기기를 충전할 수 있는 USB단자;가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 자가발전 신발.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 충전회로부(50)에 충전되는 전압을 모니터링하고, 과방전되지 않도록 전압을 검출하여 LED의 구동 전압을 자동으로 차단하는 원칩 마이크로컨트롤러부(70);가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 자가발전 신발.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코일부(200)는,
    상기 케이스부(100)의 중앙부에서 상기 케이스부(100)의 전체 길이의 1/5의 길이로 3번 교번되어 권선되는 코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 기능성 자가발전 신발.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 자려식 부스트 컨버터부(40)는,
    상기 LED구동부(80)의 자외선 LED의 개수만큼 인덕터의 권선수를 조정하여 출력전압을 조절하는 기능성 자가발전 신발.
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