KR101003639B1

KR101003639B1 - 기어를 이용한 발전장치

Info

Publication number: KR101003639B1
Application number: KR1020090001566A
Authority: KR
Inventors: 문주연
Original assignee: 코스모스산업 주식회사
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-12-23
Also published as: KR20100082196A

Abstract

본 발명은 초기에 적은 힘을 입력하여 최대의 출력을 얻을 수 있도록 함으로서 고효율의 발전이 가능하도록 한 기어를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 유니트바디에 힌지 고정되어 커버로 마감되는 발전기어를 구비하는 발전기어유니트 다수 개를 맞물려 회전시키면서 발생 되는 힘을 발전기어가 전달받아 힌지 고정점을 기준으로 지레 운동할 때 발생하는 힘을 압전소자를 가압하여 발전을 수행하거나, 또는 일방향베어링을 가지는 피니언을 통하여 유니트샤프트를 회전시켜 회전력을 이용하여 발전을 수행할 수 있도록 한 것이다.

기어, 압전소자, 지레, 발전

Description

기어를 이용한 발전장치{AN ELECTRIC GENARATOR USE THE GEAR}

본 발명은 기어를 이용한 발전장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 기어가 서로 맞물려 회전하려고 할 때 발생하는 힘을 이용하여 발전(또는 동력의 추출)을 수행할 수 있도록 한 발전장치의 제공에 관한 것이다.

발전장치는 전기를 발생시키기 위한 것으로서 전기를 생산함에 있어 보다 효율성을 높이도록 하는 것이 최대의 관건이라 할 수 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 근자에 들어서는 많은 종류의 발전장치가 개발되어 사용되고 있는 실정이다.

예를 들어 초기에 소모되는 에너지를 최소한으로 하면서 최종 출력되는 에너지를 최대한으로 할 수 있도록 하기 위한 독립된 발전장치 또는 움직이는 물체나 장치 또는 승물에 직접 설치하여 물체나 장치 또는 승물의 변화 또는 변형을 이용하여 에너지를 얻을 수 있도록 하는 장치 등 다양한 형태의 발전장치들이 개발되고 있다.

또한, 기어를 이용한 발전장치도 다수 건이 출원되어 있으나, 그 형태가 다수개의 유성기어 또는 평기어 등을 이용하여 입력되는 측의 회전속도보다 출력되는 측의 회전속도를 증대시키도록 한 회전차이로 발전을 수행하도록 하는 타입의 것이 대부분이다.

상기와 같이 종래 기술에서는 기어를 이용한 발전장치의 경우 언급한 바와 같이, 여러 개의 기어의 회전비 차이를 이용하는 것이기 때문에 작동 과정에서 에너지의 손실이 과다하게 된다.

작동을 위하여 초기에 입력되는 힘을 전달받은 기어가 다수 개의 기어를 통하여 전달되면서 점차적으로 회전력이 증대하여 최종출력될 때에는 입력 때보다 높은 회전력을 얻을 수는 있으나, 입력 측과 출력 측 사이에 배치 또는 설치되는 기어(매개 또는 아이들 기어)의 경우에는 단순하게 동력을 전달하는 기능만 수행하기 때문이다.

즉, 입력 측과 출력 측 사이에 구비되는 기어의 경우 회전을 위한 마찰 등으로 인한 에너지 손실은 물론, 단순히 회전력 전달만 수행하고 여타의 에너지 등을 추출하지 못하게 되므로 2중으로 에너지를 소비 또는 낭비하게 되는 것이다.

이러한 이유에 의하여 입력 측과 출력 측의 회전차이를 많이 둘 경우에는 입력 측과 출력 측 사이에 개재되는 기어의 수가 증가하는 것은 물론, 이로 인하여 발전장치 전체의 부피가 커지면서 효율성이 저하되는 원인이 되는 등 여러 문제점이 발생하고 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 유니트바디에 힌지 고정되어 커버로 마감되는 발전기어를 구비하는 발전기어유 니트 다수 개를 맞물려 회전시키면서 발생 되는 힘을 발전기어가 전달받아 힌지 고정점을 기준으로 지레 운동할 때 발생하는 힘을 압전소자를 가압하여 발전을 수행하거나, 또는 일방향베어링을 가지는 피니언을 통하여 유니트샤프트를 회전시켜 회전력을 이용하여 발전을 수행할 수 있도록 함으로서 초기에 적은 힘을 입력하여 최대의 출력을 얻을 수 있도록 함으로서 고효율의 발전장치를 제공하고자 하는 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 아이들 상태로 회전하는 기어를 이용하여 발전을 수행하도록 함으로서 기어가 회전하는 과정에서 지속적인 발전작동을 수행하는 것은 물론, 기어 작동을 위하여 입력하는 동력원의 출력축을 통하여서도 에너지를 얻을 수 있도록 함으로서 최소한의 에너지를 이용하여 최대에너지를 출력하여 발전 효율성을 높일 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 예시적인 사시도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치를 도시한 평단면도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 A - A선을 따라서 취한 단면도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 B - B선을 따라서 취한 단면도, 도 5는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전 장치의 C부위를 발췌하여 도시한 사시도로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치(100)는, 유니트바디에 힌지 고정되어 커버로 마감되는 발전기어를 구비하는 발전기어유니트 다수 개를 맞물려 회전시키면서 발생 되는 힘을 발전기어가 전달받아 힌지 고정점을 기준으로 지레 운동할 때의 힘을 압전소자를 가압하여 발전을 수행하도록 한다.

또는, 발전기어의 내측에 일방향베어링을 가지는 피니언을 장착하여 발전기어가 지레 운동할 때의 힘을 피니언을 통하여 발생하는 회전력으로 유니트샤프트를 회전시켜 발전을 수행할 수 있도록 하는 것이 특징이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발전장치(100)는 서로 맞물려 회전하기 위한 기어로써, 베이스(101)의 전,후측에 세워지는 서포터(102) 사이에 다수 개의 발전기어유니트(105)를 서로 맞물리게 한 상태에서 다열로 구비한다.

상기 발전기어유니트(105)는 서포터(102)에 베어링을 개재하여 회전 자유롭게 구비되는 유니트샤프트(107)에 원판형태의 유니트바디(108)를 고정하고, 상기 유니트바디(108)에는 방사상으로 작동공간(109,110)을 병렬 또는 지그재그 또는 방사형으로 배열한다.

상기 작동공간(109,110)에는 인접한 발전기어유니트(105)와 서로 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 발전에 필요한 힘을 발생시키는 발전기어(111,112)를 배열하고, 상기 발전기어(111,112)는 유니트바디(108)와 결합 되는 커버(113)로 마감한다.

상기 발전기어(111,112)의 외측 부위(발전기어유니트의 중심에서 외측)는 힌 지핀(114)으로 유지하여 인접한 발전기어유니트(105)의 발전기어(111,112)와 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 움직일 수 있는 중심점(P)역할을 수행하도록 한다.

상기 힌지핀(114)의 내측 위치(발전기어유니트의 중심과 근접한 위치)에는 발전기어(111,112)의 움직임을 제한하여 인접한 발전기어(111,112)와 간섭현상이 일어나는 것을 방지하도록 형성하는 스톱홀(115)을 스톱핀(116)으로 단속하도록 한다.

상기 스톱홀(115)은 스톱핀(116) 보다 크게 형성하면서도 인접한 발전기어(111,112)와의 간섭이 없는 범위 내로 형성하여 제한범위를 결정하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

상기 발전기어(111,112)의 내측단 위치에는 유니트바디(108)와 커버(113) 사이에 형성되는 소자홀(117)에 개재되는 압전소자(118,119)를 중심점(P)을 기준으로 정방향 또는 역방향으로 지레대와 같이 움직이면서 가압하여 발전을 수행하도록 가압브리지(120)를 형성한다.

상기 가압브리지(120)에는 가압력을 전달하기 위한 압전소자(118,119)를 수용할 수 있도록 수용홀(121)을 형성하여 유동성을 방지할 수 있도록 통상적인 고정수단으로 고정하고, 상기 압전소자(118,119)는 하나 이상을 구비하여 한번에 많은 전기를 얻을 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 압전소자(118,119)와 압전소자(118,119) 사이와 가압브리지(120) 사이에는 장기간 사용에도 압전소자(118,119)가 손상되는 것을 방지하기 위한 패드(122)를 개재한다.

상기 발전기어유니트(105) 중 입력위치에는 초기 구동을 위한 동력을 제공할 수 있도록 전기모터 또는 풍력, 태양에너지 등으로부터 동력을 발생시키는 구동수단(125)과 연결되는 입력기어(126)를 맞물리게 하고, 각각의 발전기어유니트(105)가 방향을 전환하는 위치(도면상에서는 양측)에는 매개기어(127)를 설치하여 입력기어(126)의 동력을 지그재그 형태로 각각의 발전기어유니트(105)로 전달하도록 한다.

물론, 발전기어유니트(105)의 출력위치에는 구동수단(125)의 동력을 최종 전달받아 상실시키지 않고 압전소자와는 별도로 발전을 수행할 수 있는 출력축(130)을 구비하여도 된다.

상기 발전기어유니트(105)를 통하여 얻어지는 발전은 각각의 압전소자(118,119)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 유니트샤프트(107)를 통하여 배선을 인출하는 등의 통상적인 방식으로 취출할 수 있음은 당연할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치(100)의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

초기에는 다수개의 발전기어유니트(105)는 각각의 발전기어(111,112)가 서로 맞물린 상태에 있게 되며, 이러한 상태에서 구동수단(125)과 연결된 입력기어(126)로부터 회전력을 전달받아 인접한 발전기어유니트(105)를 회전시키고, 매개기어(127)를 통하여 방향이 전환되어 다음 열의 발전기어유니트(105)를 회전시키면서 최종적으로 출력축(130)을 통하여 구동수단(125)의 힘이 전달된다.

이와 같이 발전기어유니트(105)가 회전할 때에는 발전기어유니트(105)를 구성하는 발전기어(111,112)가 맞물려 회전하려는 힘이 발생 되어 각각의 발전기어(111,112)로 전달하게 되고, 이때 발전기어(111,112)는 지레대와 같은 원리로 작동하여 서로 맞물려 있는 발전기어(111,112)의 외측의 움직임은 작으나 내측의 움직임은 길게 된다.

이는 서로 맞물려 회전하는 발전기어(111,112)의 외측 부위는 유니트바디(108)에 힌지핀(114)으로 유지된 상태에 있고, 이 힌지핀(114)이 중심점(P)역할을 하면서 발전기어(111,112)의 외측 부위가 눌려지면 내측 부위는 중심점(P)을 기점으로 들려지는 형태가 되면서 외측 부위 보다 길게 힘이 전달된다.

이때, 발전기어(111,112)의 내측 부위는 스톱홀(115)에 스톱핀(116)으로 단속되어 있고, 스톱홀(115)의 크기는 인접한 발전기어(111,112)와 간섭되지 않을 정도의 유격을 가지므로 발전기어(111,112)의 지레와 같은 작동에 지장을 주지 않게 된다.

상기와 같이 발전기어(111,112)의 내측 부위가 중심점(P)을 기준으로 외측 부위와 반대 방향으로 움직이면서 발생시키는 힘은 유니트바디(108)와 커버(113)에 형성된 소자홀(117)에 개재된 압전소자(118,119)를 가압하게 되므로 발전을 수행하게 되는 것이다.

즉, 발전기어(111,112)의 내측의 가압브리지(120)에 형성되는 수용홀(121)에 압전소자(118,119)의 중앙부위가 위치하고 있고, 이러한 상태에서 발전기어(111,112)가 움직여 소자홀(117)에 개재된 압전소자(118,119)를 가압하게 되는 것이다.

이러한 과정에서는 수용홀(121)에 위치하는 압전소자(118,119)는 고정수단에 의하여 일정한 형태를 유지하게 되는 것은 물론, 가압브리지(120)와 압전소자(118,119) 사이 사이에 패드(122)를 개재하여 장기간 동안 반복적으로 가압되더라도 쉽게 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 발전기어(111,112)가 서로 맞물려 회전하는 과정에서 발생하는 힘은 지레대 원리를 이용하여 더 긴 힘이 압전소자(118,119)로 전달하여 가압함으로서 적은 힘으로 발전을 수행할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 다른 예를 도 6은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 다른 예를 도시한 단면도, 도 7은 도 6에 도시된 기어를 이용한 발전장치의 D - D선을 따라서 취한 단면도를 통하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 발전기어(111,112)의 내측에 압전소자(118,119) 대용으로 일방향베어링을 개재한 한 쌍의 피니언(140,141)을 장착하고, 상기 내측에 위치한 피니언(140)은 유니트샤프트(107)에 고정된 정기어(142)와 맞물리게 하고 외측에 위치한 피니언(141)은 역기어(143)와 맞물려 발전기어(111,112)의 지레 작동에 의하여 지속적으로 정기어(142)와 역기어(143)를 회전시키도록 한다.

상기 역기어(143)는 유니트샤프트(107)의 회전에 지장이 없도록 베어링(144)으로 유지한 로터리바디(145)와 연결하고, 상기 발전기어(111,112)를 유지하는 유니트바디(108)는 로터리바디(145)에 베어링(146)으로 유지되도록 함으로서 발전기 어(111,112)와 피니언(140,141), 정,역기어(142,143)의 작동에 지장을 초래하지 않게 된다.

상기 역기어(143)는 다수개의 방향전환기어(147)를 통하여 방향이 정방향으로 전환되어 아웃렛기어(148)를 통하여 최종적으로 유니트샤프트(107)로 전달되도록 함으로서 유니트샤프트(107)의 회전력을 이용하여 발전을 수행하도록 하여도 된다.

상기와 같은 구성에서, 각각의 발전기어유니트(105)가 맞물려 회전할 때 맞물린 위치의 발전기어(111,112)가 지레대 원리에 의하여 움직이게 되고, 이 움직임을 전달받은 피니언(140,141)이 정기어(142)와 역기어(143)와 맞물린 상태에 있으므로 정,역기어(142,143)를 한 방향으로만 회전시킨다.

상기 피니언(140)에 의하여 정방향으로 회전하는 정기어(142)는 유니트샤프트(107)와 고정되어 있으므로 유니트샤프트(107)를 정방향으로 회전시키게 되고, 피니언(141)에 의하여 역방향으로 회전하는 역기어(143)는 유니트샤프트(107)에 베어링(144)으로 유지된 로터리바디(145)에 고정되어 있으므로 로터리바디(145)를 역방향으로 회전시킨다.

이때, 로터리바디(145)에 유니트바디(108)가 유지되어 있으나 베어링(146)을 개재하고 있어 로터리바디(145)의 회전에 관계없이 유니트바디(108)는 발전기어(111,112)를 유지할 수 있게 된다.

그리고, 역기어(143)에서 로터리바디(145)로 전달된 회전력은 다수개의 방향전환기어(147)를 통하여 정방향으로 방향이 전환된 후 유니트샤프트(107)에 고정된 아웃렛기어(148)로 전달됨으로서 정기어(142)의 회전력과 합하여져 최종적으로 유니트샤프트(107)를 통하여 출력되고, 이러한 유니트샤프트(107)의 회전력을 이용하여 발전을 수행하면 되는 것이다.

이러한 본 발명은 초기에 입력되는 작은 힘으로 아이들링 상태로 회전하는 발전기어유니트에 구비되는 발전기어의 지레대 원리에 의하여 발생하는 힘으로 압전소자를 가압하여 직접적인 발전을 수행하거나, 지레대 원리에 의하여 발생하는 힘을 회전력으로 전환하여 그 회전력을 이용하여 발전을 수행하도록 함으로서 발전효율을 높일 수 있는 등 다양한 장점을 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 예시적인 사시도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치를 도시한 평단면도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 A - A선을 따라서 취한 단면도.

도 4는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 B - B선을 따라서 취한 단면도.

도 5는 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 C부위를 발췌하여 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 기술이 적용된 기어를 이용한 발전장치의 다른 예를 도시한 단면도.

도 7은 도 6에 도시된 기어를 이용한 발전장치의 D - D선을 따라서 취한 단면도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

100; 발전장치

105; 발전기어유니트

111,112; 발전기어

114; 힌지핀

116; 스톱핀

118,119; 압전소자

120; 가압브리지

140,141; 피니언

142; 정기어

143; 역기어

Claims

유니트바디에 고정되어 커버로 마감되는 발전기어를 구비하는 발전기어유니트 다수 개를 맞물려 회전시키면서 발생 되는 힘을 발전기어가 전달받아 지레 운동할 때 발생하는 힘을 압전소자를 가압하여 발전을 수행하거나,

또는 일방향베어링을 가지는 피니언을 통하여 유니트샤프트를 회전시켜 회전력을 이용하여 발전을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
베이스(101)의 전,후측에 세워지는 서포터(102) 사이에 서로 맞물리게 다열로 구비하는 발전기어유니트(105);

상기 발전기어유니트(105)는 서포터(102)에 베어링을 개재하여 구비되는 유니트샤프트(107)에 고정되는 유니트바디(108)와;

상기 유니트바디(108)에 방사상으로 병렬로 배열하는 작동공간(109,110)에 인접한 발전기어유니트(105)와 서로 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 발전에 필요한 힘을 발생시키도록 배열하는 발전기어(111,112)와;

상기 유니트바디(108)와 결합 되는 커버(113)와;

상기 발전기어(111,112)의 외측 부위는 인접한 발전기어(111,112)와 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 움직일 수 있는 중심점(P)역할을 하도록 유지하는 힌지핀(114)과;

상기 힌지핀(114)의 내측 위치에 인접한 발전기어(111,112)와 간섭현상이 일어나는 것을 방지하도록 발전기어(111,112)의 움직임을 제한하게 형성하는 스톱홀(115)을 단속하는 스톱핀(116)과;

상기 발전기어(111,112)의 내측단 위치에 유니트바디(108)와 커버(113) 사이에 형성되는 소자홀(117)에 개재되는 압전소자(118,119)를 중심점(P)을 기준으로 정방향 또는 역방향으로 지레대와 같이 움직이면서 가압하여 발전을 수행하도록 가압브리지(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
베이스(101)의 전,후측에 세워지는 서포터(102) 사이에 서로 맞물리게 다열로 구비하는 발전기어유니트(105);

상기 발전기어유니트(105)는 서포터(102)에 베어링을 개재하여 구비되는 유니트샤프트(107)에 고정되는 유니트바디(108)와;

상기 유니트바디(108)에 방사상으로 병렬로 배열하는 작동공간(109,110)에 인접한 발전기어유니트(105)와 서로 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 발전에 필요한 힘을 발생시키도록 배열하는 발전기어(111,112)와;

상기 유니트바디(108)와 결합 되는 커버(113)와;

상기 발전기어(111,112)의 외측 부위는 인접한 발전기어(111,112)와 맞물려 회전할 때 발생하는 힘을 전달받아 움직일 수 있는 중심점(P)역할을 하도록 유지하는 힌지핀(114)과;

상기 힌지핀(114)의 내측 위치에 인접한 발전기어(111,112)와 간섭현상이 일 어나는 것을 방지하도록 발전기어(111,112)의 움직임을 제한하게 형성하는 스톱홀(115)을 단속하는 스톱핀(116)과;

상기 발전기어(111,112)의 내측단 위치 양측에 일방향베어링을 개재하여 장착하는 피니언(140,141)을 포함하고;

상기 내측에 위치한 피니언(140)은 정기어(142)와 맞물리게 하고 외측에 위치한 피니언(141)은 역기어(143)와 맞물려 발전기어(111,112)의 지레 작동에 의하여 지속적으로 정기어(142)와 역기어(143)를 회전시켜 유니트샤프트(107)를 회전시켜 회전력으로 발전하도록 한 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
제 2 항에 있어서;

상기 스톱홀(115)은 스톱핀(116) 보다 크게 형성하면서 작동시 인접한 발전기어(111,112)와의 간섭이 없는 범위 내로 형성하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
제 2 항에 있어서;

상기 발전기어(111,112)에 대응하는 압전소자(118,119)는 하나 이상을 구비하고;

상기 압전소자(118,119)와 압전소자(118,119) 사이와,

상기 압전소자(118,119)와 가압브리지(120) 사이에는 압전소자(118,119)의 손상을 방지하기 패드(122)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
제 2 항에 있어서;

상기 발전기어유니트(105) 중 입력위치의 발전기어유니트(105)와 맞물려 초기 구동을 위한 동력을 제공할 수 있도록 구동수단(125)과 연결되는 입력기어(126)와;

상기 각각의 발전기어유니트(105)가 방향을 전환하는 위치에 설치하여 입력기어(126)의 동력을 지그재그 형태로 각각의 발전기어유니트(105)로 전달하는 매개기어(127)와;

상기 발전기어유니트(105)의 출력위치에 구비하여 구동수단(125)의 동력을 최종 전달받아 발전기어유니트(105)와 별도로 발전을 수행할 수 있는 출력축(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.
제 3 항에 있어서;

상기 정기어(142)는 유니트샤프트(107)와 고정하고;

상기 역기어(143)는 유니트샤프트(107)의 회전에 지장이 없도록 베어링(144)으로 유지한 로터리바디(145)와 고정하고;

상기 유니트바디(108)는 발전기어(111,112)와 피니언(140,141), 정,역기어(142,143)의 작동에 지장을 초래하지 않도록 로터리바디(145)에 베어링(146)으로 유지시키고;

상기 역기어(143)는 다수개의 방향전환기어(147)를 통하여 정방향으로 전환되어 아웃렛기어(148)를 통하여 유니트샤프트(107)로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 발전장치.