KR101062071B1

KR101062071B1 - 능동형 진동발전기

Info

Publication number: KR101062071B1
Application number: KR1020100039280A
Authority: KR
Inventors: 부은경; 한기봉; 이형우
Original assignee: 부은경
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-09-02

Abstract

본 발명은 능동형 진동발전기에 관한 것으로서, 진동물체(10) 하부에 장착되는 케이스(31)와, 케이스의 바닥면에 고정되며 외경에 코일(35)이 권선된 제1 전자석(34)과, 상기 제1 전자석(34) 상면에 스프링(40)으로 연결되며 연자성체(38)를 사이에 두고 연자성체(38)의 상부면 및 하부면에 고정된 영구자석으로 이루어진 이동자석체(36)와, 상기 이동자석체(36)의 상부면에 스프링(40)으로 연결되며 외경에 코일(33)이 권선되며 케이스(31)의 상부면에 고정된 제2 전자석(32)과, 제2 전자석(32)과 제1 전자석(31) 사이의 폭만큼의 높이를 가지며 케이스(31)의 내경에 장착되는 권선(50)으로 구성되어, 진동물체(10)의 진동에 의해 이동자석체(36)가 왕복 이동하면서 권선(50)에 전자기에 의한 전기가 발생된다.

Description

능동형 진동발전기{Active Type Vibration Generator}

본 발명은 능동형 진동발전기에 관한 것으로서, 보다 상세히는 외부에서 유입되는 진동의 진동주파수와 진동발전기 내부에 있는 진동시스템의 고유진동수를 일치시켜 전원을 발생시키는 능동형 진동발전기에 관한 것이다.

종래의 진동발전기는 영구자석, 스프링 감쇠기로 구성된 1자유도를 갖는 진동시스템과 영구자석 주변에 권선이 감긴 발전시스템으로 구성되어, 특정 주파수를 갖는 외부진동에만 작동 가능하다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 양단에 전자석과 스프링을 사용함으로써 전자석의 전류방향과 전류세기를 조절하여 낮은 주파수를 갖는 외부진동에서부터 높은 주파수를 갖는 외부진동에까지 고유진동수를 튜닝하여 전원을 발생시킬 수 있는 능동형 진동발전기를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 능동형 진동발전기의 일예로서,

진동물체에 장착되는 케이스와,

케이스의 바닥면에 고정되며 외경에 코일이 권선된 제1 전자석과,
상기 제1 전자석 상면에 스프링으로 연결되며 연자성체를 사이에 두고 연자성체의 상부면 및 하부면에 고정된 영구자석으로 이루어진 이동자석체와,

상기 이동자석체의 상부면에 스프링으로 연결되며 외경에 코일이 권선되며 케이스의 상부면에 고정된 제2 전자석과,

제2 전자석과 제1 전자석 사이의 폭만큼의 높이를 가지며 케이스의 내경에 장착되는 권선으로 구성되어,

진동물체의 진동에 의해 이동자석체가 왕복 이동하면서 권선에 전자기에 의한 전기가 발생된다.

상기 진동발전기에서 발생된 전원의 일부는 전압측정장치에 인가되어 발생된 전압을 측정하여 진동물체에서 유입되는 진동의 주파수를 감지하고, 제어기는 전압측정장치로부터 신호를 받아 전자석의 세기를 결정하며, 전자석구동장치는 제어기로부터 명령을 받아 진동발전기의 상부 및 하부전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 진동발전기의 고유진동수를 튜닝하여 외부에서 유입되는 진동주파수와 일치시킨다.

본 발명에 따른 능동형 진동발전기는 엔진(진동물체)으로부터 진동을 흡수하여 이동자석체가 왕복 이동하여 전원을 발생하기 때문에 엔진의 진동을 줄일 수 있고, 불필요한 진동을 이용하기 때문에 전기에너지를 얻기 위해서 별도의 에너지 발생장치가 필요 없게 되는 효과가 있다.

여기에서 설명한 것은 본 발명에 따른 능동형 진동발전기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 본 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 능동형 진동발전기의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 능동형 진동발전기의 파단 사시도
도 3은 본 발명에 따른 능동형 진동발전기의 작동 설명도
도 4는 본 발명에 따른 능동형 진동발전기의 이동자석체와 연자성체 및 권선 코일의 배치도

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 능동형 진동발전기(30)는 엔진과 같은 진동물체(10)가 마운트(12)에 장착되고, 진동물체(10) 하부에 장착된다.

진동발전기(30)는 진동에 의해 전원을 발생시킨다. 진동발전기(30)에서 발생된 전원의 일부는 전압측정장치(22)에 인가되어 발생된 전압을 측정하여 진동물체(10)에서 유입되는 진동의 주파수를 감지한다. 제어기(24)는 전압측정장치(22)로부터 신호를 받아 전자석의 세기를 결정한다. 전자석구동장치(26)는 제어기(24)로부터 명령을 받아 진동발전기(30)의 전자석(32, 34)을 구동한다.

진동발전기(30)의 전원 일부는 레귤레이터(16)에 인가되어 인가된 전압의 크기를 일정한 크기로 만들어준다. AC-DC정류기(18)는 레귤레이터(16)의 출력 교류전원을 직류전원으로 만들어주고, 충전장치(20)는 이 직류전원을 충전하여 자동차 등의 전원으로 사용한다.

도 2를 참조하면, 진동에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 데에는 진동물체(10)에 의해서 발생된 진동을 진동발전기(30)에서 전기에너지로 변환시킨다.

진동발전기(30)는 케이스(31) 내에 구비되며, 케이스(31)는 진동물체(10) 하부에 장착된다. 케이스(31) 내에는 바닥면에 고정되며 외경에 코일(35)이 권선된 제1 전자석(34)과, 상기 제1 전자석(34) 상면에 스프링(40)으로 연결되며 연자성체(38)를 사이에 두고 연자성체(38)의 상부면 및 하부면에 고정된 영구자석으로 이루어진 이동자석체(36)와 상기 이동자석체(36)의 상부면에 스프링(40)으로 연결되며 외경에 코일(33)이 권선되며 케이스(31)의 상부면에 고정된 제2 전자석(32)과, 제2 전자석(32)과 제1 전자석(31) 사이의 폭만큼의 높이를 가지며 케이스(31)의 내경에 장착되는 권선(50)으로 구성된다.

상기와 같은 구성에 의해 진동물체(10)의 진동에 의해 이동자석체(36)가 왕복 이동하면서 권선(50)에 전자기에 의한 전기가 발생된다. 즉 진동물체(10)에서 발생되는 진동은 진동의 그 일부가 진동발전기(30)를 구동하는데 사용하여 전기에너지를 획득하고 나머지 진동은 마운트(12)를 통해 서브프레임(도시 않음)으로 전달되어 진동이 흡수된다.

도 3을 참조하면, 진동물체(10)에서 유입되는 진동주파수(ω)와 진동발전기(30) 내부의 진동시스템의 고유진동수(ω _n )를 일치시키도록 제어기(24)에서 제어하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.

1) ω < ω _n 일 때 진동수 튜닝 방법

(자석이 위로 움직일 때)

도 3(가)와 같이, 전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 제2 전자석(32)의 극은 이동자석체(36)의 상단의 극과 반대 극을 만들고 제1 전자석(34)의 극은 이동자석체(36)의 하단의 극과 동일한 극으로 만들어 진동시스템의 고유진동수(ω _n )를 낮추어서 외부에서 유입되는 진동주파수(ω)와 일치시킨다.

(자석이 아래로 움직일 때)

도 3(나)와 같이, 전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 제2 전자석(32)의 극은 이동자석체(36)의 상단의 극과 같은 극을 만들고 제1 전자석(34)의 극은 이동자석체(36)의 하단의 극과 반대 극으로 만들어 진동시스템의 고유진동수(ω _n )를 낮추어서 외부에서 유입되는 진동주파수(ω)와 일치시킨다.

2) ω = ω _n 일 때 진동수 튜닝 방법

전자석에 흐르는 전류를 차단한다.

3) ω > ω _n 일 때 진동수 튜닝 방법

(자석이 위로 움직일 때)

도 3(다)와 같이, 자석이 위로 움직일 때 전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 제2 전자석(32)의 극은 이동자석체(36)의 상단의 극과 같은 극을 만들고 제1 전자석(34)의 극은 이동자석체(36)의 하단의 극과 반대 극으로 만들어 진동시스템의 고유진동수(ω _n )를 높여서 외부에서 유입되는 진동주파수(ω)와 일치시킨다. (자석이 아래로 움직일 때)

도 3(라)와 같이, 자석이 아래로 움직일 때 전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 제2 전자석(32)의 극은 이동자석체(36)의 상단의 극과 반대 극을 만들고 제1 전자석(34)의 극은 이동자석체(36)의 하단의 극과 동일한 극으로 만들어 진동시스템의 고유진동수(ω _n )를 높여서 외부에서 유입되는 진동주파수(ω)와 일치시킨다.

도 4는 다른 실시예로써, 이동자석체(36)를 여러개 두고, 이동자석체(36) 사이에 연자성체(72)를 위치시키며, 연자성체(72) 둘레에 권선코일(70)을 사용한다. 이와같이, 이동자석체(36)와 이동자석체(36) 사이의 연자성체(72)를 배치함으로써 이동자석체(36)의 끝단과 연자성체(72) 주변에 자속밀도가 밀집하게 된다. 자속밀도가 밀집한 위치에 권선코일(70)을 감음으로써 발전효율을 높일 수 있다.

이와같이, 본원발명은 양단에 전자석(32, 34)과 스프링(40)을 사용함으로써 전자석(32, 34)의 전류방향과 전류세기를 조절하여 낮은 주파수를 갖는 외부진동에서부터 높은 주파수를 갖는 외부 진동에까지 고유진동수를 튜닝하여 전원을 발생시킬 수 있다.

10 : 진동물체 12 : 마운트
16 : 레귤레이터 18 : AC-DC정류기
20 : 충전장치 22 : 전압측정장치
24 : 제어기 26 : 전자석구동장치
30 : 진동발전기 32, 31 : 케이스
32 : 제2 전자석 33, 35 : 코일
34 : 제1 전자석 36 : 이동자석체
38 : 연자성체 40 : 스프링
50 :권선

Claims

진동물체에 장착되는 케이스와,
케이스의 바닥면에 고정되며 외경에 코일이 권선된 제1 전자석과,
상기 제1 전자석 상면에 스프링으로 연결되며 연자성체를 사이에 두고 연자성체의 상부면 및 하부면에 고정된 영구자석으로 이루어진 이동자석체와,
상기 이동자석체의 상부면에 스프링으로 연결되며 외경에 코일이 권선되며 케이스의 상부면에 고정된 제2 전자석과,
제2 전자석과 제1 전자석 사이의 폭만큼의 높이를 가지며 케이스의 내경에 장착되는 권선으로 구성되어,
진동물체의 진동에 의해 이동자석체가 왕복 이동하면서 권선에 전자기에 의한 전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 능동형 진동발전기.
제1항에 있어서,
상기 진동발전기에서 발생된 전원의 일부는 전압측정장치에 인가되어 발생된 전압을 측정하여 진동물체에서 유입되는 진동의 주파수를 감지하고, 제어기는 전압측정장치로부터 신호를 받아 전자석의 세기를 결정하며, 전자석구동장치는 제어기로부터 명령을 받아 진동발전기의 상부 및 하부전자석의 전류세기와 전류방향을 제어하여 진동발전기의 고유진동수를 튜닝하여 외부에서 유입되는 진동주파수와 일치시키는 것을 특징으로 하는 능동형 진동발전기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 이동자석체를 여러개 두고, 이동자석체 사이에 연자성체를 위치시키며, 연자성체 둘레에 권선코일(70)을 감는 것을 특징으로 하는 능동형 진동발전기.