KR101061692B1 - 전기기계식 회전 전환 장치를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 전기기계식 회전 전환 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전기기계식 회전 전환 장치는 적어도 하나의 체결 장치, 진동 소자, 연결 소자 및 전기기계식 전환 장치를 포함하여 개시된다. 체결 소자는 회전 몸체에 회전 전환 장치를 부착시키기 위해 고안된다. 연결 소자는 체결 소자와 진동 소자 사이에서 이동가능한 연결을 형성하고, 진동 소자의 이동은 전기기계식 전환 장치를 구동시킨다. 여기에서, 체결 소자와 진동 소자 사이의 연결은 표면의 주변을 나타내는 만곡된 경로를 진동 소자의 매스(mass) 중심이 따르도록 구성되고, 표면에 대한 기준과 회전축은 90°보다 작고 0°보다 큰 각도 사이에서 있다.

전기기계식 회전 전환 장치, 체결 장치, 진동 소자, 연결 소자

Description

전기기계식 회전 전환 장치를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 전기기계식 회전 전환 장치 및 방법{ELECTROMECHANICAL ROTATION CONVERTER AND A METHOD FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY USING AN ELECTROMECHANICAL ROTATION CONVERTER}

전기기계식 회전 전환 장치를 사용하여, 전기기계식 회전 전환 장치 및 방법은 전기 에너지를 발생시킨다. 본 발명은 회전 전환 장치를 사용하여 전기 에너지를 발생시키는 전기기계식 회전 전환 장치 및 방법이다.

휠 축, 샤프트, 차량 휠, 기계 툴부 및 유사 품목 등의 회전부는 그들의 온도, 내부 압력, 팽창, 힘 등의 특정 파라미터를 판별하기 위해 종종 감시된다. 이 분류의 파라미터는 적합한 센서에 의해 계측될 수 있다. 이 적용은 상술된 바와 같이, 회전부에 부착된 센서에 의해 계측된 값이 외부로 지날 시에 어려움이 생긴다. 와이어를 따른 전달은 일부가 여러 방향으로 예측할 수 있는 국한된 거리로 이동할 수 없는 환경 하에서 특히나 불가능하다. 천천히 회전하는 부분에 대한 슬라이딩 접촉을 확실하게 이용할 수 있다. 그러나, 슬라이딩 접촉은 일정한 마찰의 결과로 닳아지게 되고, 고속 회전에서 일정 압력의 감속은 부적절한 접촉질을 야기하는 단점을 가진다. 특별히 고안된 접촉은 접촉 압력을 안전하게 실제로 제공할 수 있지 만, 그러나 이는 가격이 비싸다.

이 때문에, 회전부상의 계측 센서로부터 무선에 의한 전달 신호의 방법은 몇년동안 공지되어왔다. 그러나, 무선 기술은 전력 공급도 필요로 하고, 그리고 접촉이 없을 때는 전기 신호를 전송하기 위해 독립적인 전력공급이 필요하다. 배터리, 축전지 또는 유사한 장치로 해결책이 명확해진다.

배터리, 축전지 또는 유사한 장치에 의한 에너지를 제공함은 올바른 경우에 대해 아주 실제적인 해결책이다. 그러나 센서와의 접근이 어려울 경우, 또는 계측된 파라미터가 회전부의 동작에 대한 상관성을 가진 경우, 배터리 및 축전지는 종종 적합하지 않다. 계측센서로부터 전달된 공급 전압, 즉, 배터리 전압의 갑작스런 하강의 발생은 더 이상 신뢰할 수 없는 특별한 단점을 가지는데, 이는 안전 관련 정보가 더 이상 사용가능하지 않다는 것을 의미할 수 있다.

이 때문에, 독립적인 에너지 발생기 구비에 대한 아이디어는 이미 간주되어왔다. 일반적으로, 태양 전지 또는 다른 다소의 통상 발생 방법을 이용하는 해결책이 그렇다. 출원인은 개인적으로 전기기계식 진동 전환 장치의 구조를 적어도 인식하는데, 상기 진동 전환 장치는 진동 아암이 회전축에 평행하게 정렬되는 방식으로 회전 소자에 위치된 진동 아암상에 진동추(oscillating weight)가 위치되는 구조를 가진다. 진동 아암의 일측은 회전부에 고정되고, 그리고 진동매스(oscillating mass)는 타단에 위치한다. 회전 운동은 회전 축이 중력 방향으로 정렬되지 않을 때마다 상기 진동매스가 진동하도록 한다. 때문에, 회전의 결과로, 진동매스는 진동이 전개됨에 따라 중력에 의해 다른 시간에서 다른 방향으로 끌어당긴다. 이는, 대 항력이 없는 경우 특히는 더 그러하다. 지금의 진동매스는 기계 진동 이동으로부터 전기 진동을 발생시키는 전기기계식 에너지 전환 장치를 구동한다. 그러나, 이 배치는 회전 속도가 증가됨에 따라 원심력이 그 경로 외부로 진동매스를 끌어당겨 진동을 막는 단점을 가진다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전기기계식 에너지 전환 장치가 빠르게 회전하는 시스템 또는 고 회전속도를 가진 시스템상에서도 큰 비용없이 그리고 신뢰성 있게 사용될 수 있는 배치의 제공함에 있다.

본 과제는 전기기계식 회전 전환 장치를 사용한 본 발명에 따라서 실행되는데, 본 전기기계식 회전 전환 장치는 적어도 하나의 체결 장치(fastening device), 진동 소자, 연결 소자 및 전자기 전환 장치를 포함하고, 체결 소자는 회전 몸체에 회전 전환 장치를 부착시키기 위해 고안된다. 연결 소자는 체결 소자와 진동 소자 사이에서 이동가능한 연결을 구성하면서, 진동 소자의 이동은 전기기계식 전환 장치를 구동시킨다. 여기에서 체결 소자와 진동 소자 사이의 연결은 표면의 주변을 나타내는 만곡된 경로를 진동 소자의 매스(mass) 중심이 따르도록 구성되고, 표면에 대한 기준과 회전축은 90°보다 작고 0°보다 큰 각도 사이에서 함께 속한다. 이는 체결 소자와 진동 소자 사이의 진동 소자는 회전 축에 대해 경사진 진동 아암을 포함한다. 각도 위치는 원심력이 진동을 방해하지 않도록 선택된다.

전기기계식 전환 장치는 압전기 소자로서 유리하게 실행된다. 진동을 발생시키기에 필요한 바와 같이, 압전기 소자는 본래적으로 탄성을 가져서, 복원력을 제공한다. 전기기계식 전환 장치를 보면, 사다리꼴 형태의 굴곡 전환 장치 형태는 굴곡된 경로를 따라서 편위하는 동안 힘이 전체 굴곡 전환 장치에 대해 고르게 분포되는 이점을 가진다.

전기기계식의 전환 장치로서 전자기 발생기 또는 자기변형 발생기의 사용은 매우 경제적이다.

스프링이 연결 소자로서 선택되는 경우, 전기기계식 전환 장치는 복원력을 제공하도록 본래 탄성을 요구하지 않는다. 리프스프링은 이 적용에 대해 특히나 적합한 스프링이다. 대안적으로 연결 소자는 피봇 베어링의 형태를 이룰 수 있다. 그리고, 체결 장치는 회전 전환 장치용 하우징의 일부를 포함하는 것이 바람직하다. 여기에서, 차량 휠의 림 등의 휠 림(wheel rim)에 체결될 시, 테이프 또는 케이블 소자의 사용이 유리하다.

모터 차량의 타이어에 적용될 시, 회전 전환 장치가 휠 림상의 밸브 체결부valve fastening)에 부착되는 것이 바람직하다. 이 경우에서, 밸브로부터의 약간 이격된 2 개의 접촉점을 가진 경우, 회전 전환 장치의 하우징은 회전 중심을 향해 적당하게 정렬된다. 이는 접촉점이 밸브 또는 밸브 체결부와는 다른 거리에서 위치되는 경우에 특히나 적합하다.

게다가, 전환 장치가 진동 소자에 의해 구동되도록 전기기계식 전환 장치에 의해 전기 에너지를 발생시키는 방법은 개시되는데, 진동 소자는 회전 이동하는 동안 정지 위치 주위에서 진동하여 만곡된 경로를 따른다. 여기에서 만곡된 경로는 표면의 주변을 나타내고, 표면에 대한 기준과 회전축은 90°보다 작고 0°보다 큰 각도 사이에서 함께 속한다.

본 발명은 실시예의 일례로, 그리고 도면을 참조하여 다음에서 상세히 설명되고, 도면은:

도 1은 전기기계식 회전 전환 장치의 측면도이고,

도 2는 선 A-A을 따라 도 1에서 제시된 회전 전환 장치를 통한 단면도이고,

도 3은 도 1에서 제시된 회전 전환 장치의 사시도이고,

도 4는 회전 전환 장치의 원리를 제시하는 설명적인 개략도이고,

도 5는 회전 전환 장치의 하우징의 실시예를 제시한 도면이다.

동일한 소자, 또는 동일한 효과를 가지는 소자는 도면에서 동일한 참조 기호로 주어진다.

도 1은 전기기계식 회전 전환 장치(R)의 측면도이다. 체결 장치(1)는 회전 몸체에 부착될 수 있는 방식으로 고안되어 구비된다. 진동 소자(2)는 제시된 실시예에서, 진동매스(2a)의 특징을 이루어 포함된다. 이 진동매스(2a)는 진동 소자로부터 개별적으로 제조되어 분리될 수 있기 때문에, 동일 크기의 진동 소자는 다른 진동매스에 맞게 될 수 있다.

압전기 전환 장치(4)는 전기기계식 전환 장치로서, 진동 소자(2)와 체결 장치(1) 사이에서 위치된다. 진동 소자의 진동 방향은 화살표(Z)에 의해 나타난다. 이 분류의 진동은 압전기 소자(4)가 그 종축을 따라 굴곡되도록 하고, 전 하(electrical charge)가 압전기 소자 내에서 분리되도록 하는데, 상기 압전기 소자는 진동이 일어날 시, 체결 장치 내의 압전기 소자(4)에 부착된 전극(미도시)에서 교류 전압을 발생시킨다.

도 2는 단면선 A-A를 따라 도 1 에 제시된 회전 전환 장치(R)를 통한 단면도이다. 압전기 전환 장치(4)의 모습은 이 설명에서 생략된다. 체결 장치(1) 및 진동 소자(2)가 보여질 수 있다. 2 개의 리프스프링 홀더(8a 및 8b)에 클램핑되어(clamped), 2 개의 리프스프링(leaf spring)(3)은 그들 사이에서 위치된다.

리프스프링 홀더(8a 및 8b)의 경사진 형상은 진동 소자(2)의 매스(M) 중심을 통하여 나간 선(9)에 의해 나타난 진동 아암을 일으킨다.

도 3은 도 1에서 제시된 회전 전환 장치의 사시도를 제시한다. 압전기 전환 장치(4)의 사다리꼴 형태를 제시하기 위해 특별히 의도되었다. 이 결과로서, 화살표(Z)에 의해 나타난 바와 같이, 진동 경로를 따른 진동 소자의 편위(excursion)는 고르게 분포된 굴곡을 구현한다. 굴곡의 고른 분포는 고르게 분포된 힘에 대해 압정 결정(piezoelectric crystal)을 노출시켜서, 결과적으로 전하가 고르게 분리되어 분포되게 한다. 다음에, 이는 전하가 압정 결정 내에서 오프셋이 아닌 효과를 가진다. 그 결과, 압전기 전환 장치(4)의 효율은 최적화된다. 도 3에서도 명백하게 보여지는 바와 같이, 압전기 전환 장치(4)는 진동 소자(2)의 슬롯(10) 내에서 억제된다. 이는 진동 이동을 따라, 진동 소자를 가진 압전기 전환 장치(4)를 진동 소자가 어떻게 운반하는지를 제시하여, 이로써 압전기 전환 장치(4)의 편위를 일으킨다. 슬롯(10)을 따라 자유롭게 이동하는 능력은, 체결 장치의 일단에서 클램핑되는 압정 결정이 그 이동의 방향에 수직한 원심력의 결과로, 진동 소자에 의해 안내된 종단에서 진동 소자로부터 편향되게 노출되는 것을 의미한다. 그 결과, 압전기 소자 결정은 의도된 소기의 방향에서만 편향된다.

도 4는 도 1 내지 도 3에서 제시된 회전 전환 장치가 기능할 수 있는 방식을 제시한 것이다. 회전축(R) 주위에서 도는 회전 몸체를 제시한다. 이 원통형 몸체의 표면상의 하나의 점은 1로 표기되어, 체결 장치(1)가 여기에서 묘사되어 나타나게 된다. 이 점으로부터, 진동 아암(9)은 매스(M)의 중심을 통하여 비스듬히 간다. 지금의 매스(M)의 중심은 만곡된 경로, 즉, 연결 소자의 형태에 따른 곡선의 형상을 따라 이동된다.

회전에 의해 여기된(excited) 진동 외에, 회전 전환 장치는 회전 몸체 그 자체의 진동을 전기 에너지로 전환할 수도 있다. 이에 대해, 회전 몸체의 진동 이동의 구성요소는 만곡된 경로의 방향에 있을 필요가 있다.

리프스프링이 연결 소자로서 비스듬히 통합되는 도 1 내지 도 3에서 제시된 실시예와는 달리, 다시 비스듬하게 배향된 피봇 접근을 가지는 힌지나 조인트를 사용할 수도 있다. 진동 소자의 이동이 회전의 축 주위에서 억제되는 경우에서 진동 소자(2)의 매스 중심의 경로는 원이다. 완벽함을 위해서, 상술된 바와 같이 힌지 또는 조인트가 연결 소자로서 사용되고, 추가적인 스프링은 복원력을 제공하기 위해 통합될 수 있는 경우에서 설명되어야 한다. 힌지는 트위스트된 바아(bar)의 형태를 구현하여, 그 자체의 복원력을 향상시키는 구성이 적합해질 수도 있다.

도 4를 한번 더 고려하면, 매스(M)의 중심 이동은 기준(N)을 가진 표면내에 서 일어나는 것을 볼 수 있다. 이 기준(N)은 회전 몸체의 회전축(R)에 대해 각도(α)로 배향된다. 중요한 점은, 이 각도(α)의 크기가 특별한 구성에 따른 관련된 발명은 0 도보다 크고 90 도보다 작다는 점이다. 이 방식만으로, 원심력으로 인해 진동 이동의 전개를 중지할 수 없다.

도 5는 회전 전환 장치를 가지는 회전 몸체의 실시예를 제시한다. 본 도면은 회전 몸체가 휠 림(5)의 형태로 이루어지는 것을 제안한다. 휠 림에 대한 밸브는 밸브 체결부가 회전 중심에 대해 수직으로 정렬되는 방식으로 전형적으로 위치되어 타이어를 균형잡히도록 한다.

추가적인 체결부가 휠 림에 대해 구현되지 않기 때문에, 자동차 산업 내의 수용을 위해, 회전 전환 장치용 하우징(6)은 도 5에서 도시된 바와 같이, 밸브 체결부와 함께 위치된다. 진동 소자의 매스 중심에 의해 기술된 표면에 대한 기준은 회전 축에 대해 얼마나 비스듬히 배향되어야 하는지를 도 4로 제시된다. 이는 진동 아암(9)의 돌출부가 회전 축을 따라 정지하여 정렬되는 것을 의미한다. 밸브 또는 밸브 체결부가 회전 축상에서 수직으로 진행하는 방식으로 정렬되기 때문에, 밸브 체결부와 함께 하우징(6)을 조립할 시, 회전 전환 장치는 밸브에 의해 오프셋으로 위치되어야 한다. 도 5는 밸브용 개구 뿐만 아니라 진동 소자(2) 및 압전기 전환 장치(4)를 개략적으로 제시한 것인데, 이러한 것들은 회전의 중심에 다시 배열되어야 한다. 이를 가능하게 하기 위해서, 하우징은 하우징(6)이 휠 림(5)의 원주에 대해 유지되는 2 개의 접촉점 또는 피트(A)를 가진다. 이는 하우징이 밸브 고정기의 체결점에서 위치되지 않는 것을 의미하기 때문에, 그 하우징(6)을 가진 회전 전환 장치는 휠 림의 회전 축에 정렬될 수도 있다. 이는 A의 적합한 선택을 통해 또는 밸브의 체결점으로부터의 피트(A) 사이의 거리의 적합한 선택을 통해 이루어질 수 있다. 이는 화살표(X)의 방향으로 체결점(B)으로부터 피트(A)의 거리가 다른 림 직경에 대해 높은 굴곡성(flexibility)을 제공하도록 선택된다는 것을 의미한다. 균등하게, 피트(A)는 다른 길이 또는 예를 들면, 나사의 빠짐 및 잠김에 의해 실행되는, 적합한 길이를 가질 수 있다. 도 5는 하우징(6)이 테이프나 케이블 소자(7)에 의해 휠 림(5)에 고정되는 변화를 최종적으로 제시한다. 이로써, 하우징(6)은 밸브나 밸브 체결부상에서 밀려지게 되고, 이 케이블 소자(7)에 의해 고정된다.

Claims (15)

1. 전기기계식 회전 전환 장치로서:

   적어도 하나의 체결 장치(1), 진동 소자(2), 연결 소자(3) 및 전기기계식 전환 장치(4)를 포함하고,

   상기 체결 소자(1)는 상기 회전 전환 장치를 회전 몸체에 고정하기 위해 고안되고, 상기 연결 소자(3)는 상기 체결 소자(1)와 상기 진동 소자(2) 사이의 이동가능한 연결을 형성하고, 그리고 상기 진동 소자의 이동은 상기 전기기계식 전환 장치(4)를 구동하고,

   상기 체결 소자(1)와 상기 진동 소자(2) 사이의 연결은 상기 진동 소자(2)의 매스(M) 중심이 표면의 주변에서 나타나는 만곡된 경로를 따르도록 구성되고, 상기 표면에 대한 기준(N)은 회전축(R)에 대해 90°보다 작고 0°보다 큰 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기기계식 전환 장치(4)는 압전기 소자로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전기기계식 전환 장치(4)는 사다리꼴 형태를 가진 굴곡 전환 장치의 형 태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기기계식 전환 장치(4)는 전자기 발생기의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기기계식 전환 장치는 자기변형 발생기의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 연결 소자(3)는 적어도 하나의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 스프링은 리프스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 연결 소자(3)는 적어도 하나의 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 체결 장치(1)는 상기 회전 전환 장치를 수용하는 하우징(6)을 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 하우징은 림(rim) 주위에서 진행되는 테이프 또는 케이블 소자(7)에 의해 상기 림에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 하우징(6)은 밸브 체결부(B)에 의해 휠 림에 고정될 수 있고, 상기 하우징이 상기 휠 림(5)의 방향성에 맞는 위치에 의해 적어도 2 개의 접촉점(A)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 접촉점(A)은 상기 밸브 체결부(B)와는 다른 거리에서 위치되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 회전 전환 장치.
13. 전기기계식 전환 장치(4)에 의해 전기 에너지를 발생시키는 방법에 있어서, 상기 전환 장치는 진동 소자(2)에 의해 구동되고, 그리고 상기 진동 소자는 회전 이동에 의해 정지점(rest point) 주위에서 진동하기 위해 구현되고, 이때 회전 이동은 표면의 주변을 나타내는 만곡된 경로를 따라 안내되고, 상기 표면에 대한 기준(N)은 회전축에 대해 90°보다 작고 0°보다 큰 각도에 있는 것을 특징으로 하는 전환 장치에 의한 전기에너지의 발생 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 진동 소자는 회전 몸체의 회전 이동에 의해 진동하기 위해 구현되는 것을 특징으로 하는 전환 장치에 의한 전기에너지의 발생 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 회전 몸체 그 자체는 회전 이동의 방향에 있는 그 움직임의 구성요소와 함께 진동하고, 이 구성요소는 상기 진동 소자를 구동시키는 것을 특징으로 하는 전환 장치에 의한 전기에너지의 발생 방법.

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