KR101076626B1 - 자성을 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 진동이 지속적으로 발생되는 장소에 배치되는 하우징과, 상단부는 하우징의 내측 상부에 회전 가능하게 고정되고 하단부는 자성을 지니며 고정된 상단부에 대하여 하우징으로부터 전달되는 진동에 의하여 회전운동 또는 진자운동하는 운동부와, 자성을 지니고 운동부의 하부측에 배치되게 하우징에 내장되고, 운동부의 회전운동 또는 진자운동에 따라 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 발전부를 포함하는 구조로부터 장소의 제약을 받지 않고 어디서든지 지속적으로 안정적인 전력의 수급이 가능하고, 비교적 간단한 구성에 저비용으로 제작 및 설치가 가능하며 친환경적인 자성을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

Description

자성을 이용한 발전장치{GENERATING DEVICE USING MAGNETIC FORCE}

본 발명은 자성을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 장소의 제약을 받지 않고 진동이 지속적으로 발생하는 장소라면 어디서든지 자석의 인력과 척력을 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 자성을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

바다와 같은 장소는 조수 간만의 차가 발생하고, 연근해 및 원양에서는 지속적으로 크고 작은 파도가 일어나게 되므로, 이러한 바다의 다양한 현상을 이용하여 전력을 생산하는 기술과 방안에 관하여 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.

이중에서 조력발전은 조수 간만의 차가 큰 지역을 선정하기만 하면 지속적으로 전력을 생산할 수 있다는 점이 있으나, 초기에 발전소를 건설하는 비용과 시간이 막대하게 소요된다는 점에서 전력 생산을 위하여 널리 보급하기에는 한계가 있다.

그리고, 바다의 파도를 이용한 파력발전은 기후 및 지역적인 조건에 따라 해수면으로부터 일어나는 파도의 크기가 일정하지 않은 관계로 항상 일정한 량의 전력을 생산하기 힘든 문제점이 있었다.

따라서, 설치 장소에 제약을 받지 않고 저비용으로 용이한 제작이 가능함은 물론, 지속적으로 안정적인 전력의 수급이 가능하도록 하는 장치의 개발이 절실하다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 발명된 것으로, 장소의 제약을 받지 않고 어디서든지 지속적으로 안정적인 전력의 수급이 가능하도록 하는 자성을 이용한 발전장치를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 비교적 간단한 구성에 저비용으로 제작 및 설치가 가능하며 친환경적인 자성을 이용한 발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진동이 지속적으로 발생되는 장소에 배치되는 하우징과, 상단부는 하우징의 내측 상부에 회전 가능하게 고정되고 하단부는 자성을 지니며 고정된 상단부에 대하여 하우징으로부터 전달되는 진동에 의하여 회전운동 또는 진자운동하는 운동부와, 자성을 지니고 운동부의 하부측에 배치되게 하우징에 내장되고, 운동부의 회전운동 또는 진자운동에 따라 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 발전부를 포함하는 실시예의 적용이 가능하다.

여기서, 운동부는 하우징에 고정되어 전방향으로의 회전을 허용하는 고정구와, 고정구에 장착되는 강성을 지닌 와이어와, 와이어의 단부에 장착되는 영구자석으로 이루어진 중량체를 포함하며, 중량체의 하단부와 발전부의 상단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니는 것이 바람직하다.

이때, 발전부는 하우징에 고정되고 내부 공간을 형성하는 실린더와, 실린더의 하부측에 내장되고 자성을 지닌 고정자석과, 고정자석의 상부측에 배치되어 실린더의 내벽을 따라 승강 가능하게 실린더에 내장되는 승강자석과, 실린더의 외면에 승강자석의 승강 방향을 따라 복수회 권취되는 코일과, 코일과 전기적으로 연결되어 발생되는 전기 에너지를 축적하는 축전기를 포함하며, 승강자석의 하단부와 고정자석의 상단부는 각각 상호 척력을 발생시키는 자성을 지니고, 승강자석의 상단부와 운동부의 하단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니는 것이 바람직하다.

한편, 발전부는 운동부의 하단부가 회전 또는 진자운동하면서 그리는 원호 형상의 궤적에 대응하여 발전부의 상단부가 운동부의 하단부와 등간격을 이루도록 복수로 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 발전부에는 승강자석의 하부로부터 연장되며 고정자석의 중심부에 형성된 연통홀 및 실린더의 저면을 관통하며 실린더로부터 출입하는 승강 로드와, 상단부는 승강 로드와 회전 가능하게 결합되는 커넥팅 로드와, 일측 가장자리는 커넥팅 로드의 하단부와 회전 가능하게 결합되고 타측 가장자리는 실린더의 상하 길이 방향과 직교되게 하우징에 장착된 회전축에 회전 가능하게 지지되는 캠플레이트를 포함하며, 캠플레이트는 승강자석의 승강 운동에 따라 발생하는 진폭을 증대시키는 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 하우징에 내장되어 회전 또는 진자운동하는 운동부에 연동하여 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 발전부를 포함하는 비교적 간단한 구성으로부터 신속하고 저비용으로 제작 및 설치가 가능하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 다양한 실시예로부터 제작된 자성을 이용한 발전장치를 바다와 같이 진동이 지속적으로 발생하는 장소라면 어디든지 제약을 받지 않고 설치하여 지속적이면서 안정적인 전력의 수급이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치의 전체적인 구조를 나타낸 개념도
도 2 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 기타 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치의 주요부인 발전부를 구성하는 실린더의 배치구조를 나타낸 평면 개념도

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치의 전체적인 구조를 나타낸 개념도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치의 전체적인 구조를 나타낸 개념도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이 하우징(100)에 내장된 운동부(200)에 연동하여 승강하는 발전부(300)로부터 전력을 생산할 수 있는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 하우징(100)은 해수면(600)과 같이 진동이 지속적으로 발생되는 장소에 배치되고, 발생되는 진동이 직접적으로 내부를 향하여 전달될 수 있는 공간이 마련된 것이다.

운동부(200)는 하우징(100)의 내측 상부에 상단부가 회전 가능하게 고정되고, 고정된 상단부에 대하여 자성을 지닌 하단부가 하우징(100)으로부터 전달되는 진동에 의하여 회전운동(R, 이하 부호생략) 또는 진자운동(P, 이하 부호생략)하는 부재이다.

그리고, 발전부(300)는 자성을 지니고 운동부(200)의 하부측에 배치되게 하우징(100)에 내장되고, 운동부(200)의 회전운동 또는 진자운동에 따라 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

하우징(100)은 운동부(200) 및 발전부(300)가 내장되는 공간이 마련된 것으로, 도 2와 같이 해수면(600)에 부유 가능하게 설치되면 망실의 방지를 위하여 계류용의 와이어(101) 등으로 고정될 수 있다.

여기서, 하우징(100)은 특별히 도시하지 않았으나, 큰 파도에 전복되지 않도록 하부측에 중량물을 장착하여 항상 일정한 위치를 유지할 수 있도록 함이 바람직하다.

이때, 하우징(100)은 해상에서 사용되는 부표의 역할도 수행할 수 있으며, 예를 들면 운동부(200)와 연동하는 발전부(300)로부터 생산된 전력을 일부를 사용하여 상부에 마련된 표시등(400)의 조명용으로도 활용할 수 있다.

또한, 하우징(100)은 도시된 바와 같은 형상에 한정되지 않고 사각통 형상 또는 원기둥 형상 등 안정적으로 해수면(600)에 부유할 수 있거나, 해수면(600) 외에도 진동이 지속적으로 발생하는 장소에 일정한 위치를 유지하고 장착될 수 있는 구조라면 어떠한 형상의 것도 적용할 수 있을 것이다.

운동부(200)는 전술한 바와 같이 하우징(100)에 내장되어 회전 또는 진자운동을 하면서 후술할 발전부(300)의 연동에 따른 전력 생산을 유도하기 위한 부재로서 고정구(210)와 중량체(230)를 와이어(220)로 상호 연결한 구조임을 알 수 있다.

고정구(210)는 하우징(100)에 고정되어 전방향으로의 회전을 허용하는 부재이며, 와이어(220)는 고정구(210)에 장착되는 강성을 지닌 것이고, 중량체(230)는 와이어(220)의 단부에 장착되는 영구자석으로 이루어진 것이다.

여기서, 와이어(220)는 해상의 파도 등에 의한 진동으로 인하여 중량체(230)가 전방향으로 회전운동 또는 진자운동을 함에 있어서, 비틀리거나 꼬이는 등의 문제가 발생하지 않도록 일정한 강성을 지녀야 한다.

한편, 발전부(300)는 전술한 바와 같이 운동부(200)에 연동하여 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 것으로 코일(340)이 권취된 실린더(310) 내부에 장착된 고정자석(320)에 대하여 척력을 발생하는 승강자석(330)의 승강 동작에 따라 유도기전력이 발생하면 축전기(350)가 전기 에너지를 축적하는 구조임을 알 수 있다.

실린더(310)는 하우징(100)에 고정되고 내부 공간을 형성하는 부재이며, 고정자석(320)은 실린더(310)의 하부측에 내장되고 자성을 지니고, 승강자석(330)은 고정자석(320)의 상부측에 배치되어 실린더(310)의 내벽을 따라 승강 가능하게 실린더(310)에 내장되어지되, 코일(340)은 유도기전력의 발생을 위하여 실린더(310)의 외면에 승강자석(330)의 승강 방향을 따라 복수회 권취되는 것이다.

축전기(350)는 하우징(100)에 내장되어 코일(340)과 전기적으로 연결되고 승강자석(330)의 승강 동작으로부터 발생되는 전기 에너지를 축적하는 역할을 수행한다.

이를 위하여 중량체(230)의 하단부와 발전부(300)의 상단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니고, 승강자석(330)의 하단부와 고정자석(320)의 상단부는 각각 상호 척력을 발생시키는 자성을 지니며, 승강자석(330)의 상단부와 운동부(200)의 하단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니는 것이 바람직하다.

따라서, 하우징(100)은 해수면(600) 상에 일어나는 파도 또는 바람 등 진동 발생 요인에 의하여 요동하게 되고, 이러한 요동으로 인한 진동은 운동부(200)의 회전운동 또는 진자운동을 유발시키게 된다.

운동부(200)의 회전 또는 진자운동은 승강자석(330)의 승강 동작을 유발시키게 되고, 실린더(310) 외면의 코일(340)은 이러한 승강자석(330)의 승강 동작으로부터 발생되는 유도기전력에 따른 전기 에너지를 축전기(350)로 이송하게 되는 것이다.

한편, 발전부(300), 즉 실린더(310)는 운동부(200)의 하단부가 회전 또는 진자운동하면서 그리는 원호 형상의 궤적(ℓ)에 대응하여 실린더(310)의 상단부가 운동부(200)의 하단부와 등간격을 이루도록 하는 가상의 원호(ℓ')상에 복수로 배열되는 것이 바람직하다.

따라서, 복수로 배열된 실린더(310)의 상단부를 상호 연결하면 운동부(200)의 중량체(230)가 운동하는 궤적으로부터 형성되는 궤적(ℓ)과 항상 등간격을 유지하는 가상의 원호(ℓ')를 얻을 수 있으며, 이는 일정한 발생량의 전력을 획득하기 위함이다.

즉, 복수로 배열된 실린더(310)는 단일의 운동부(200)가 회전하는 운동 궤적에 따라 일정한 전력의 발생량을 유도하기 위한 배치 구조를 이루는 것이 바람직하다.

또한, 실린더(310)는 복수로 배치됨으로써 더욱 많은 량의 전력을 생산할 수 있을 것이며, 도 3과 같이 중심부로부터 점선으로 표시된 가상의 원의 원주방향으로 갈수록 실린더(310)의 상단부의 높이는 ℓ, m, h의 순으로 점차 높아지게 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 발전부(300)에는 도 4와 같이 운동부(200)의 회전 또는 진자운동에 연동하는 발전부(300)의 승강 운동에 따라 발생하는 진폭을 증대시킴으로써 유도기전력을 증강시키기 위하여 증폭부(500)가 더 구비되는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

즉, 증폭부(500)는 실린더(310)의 하단부로부터 출입하는 승강 로드(331)에 커넥팅 로드(510)를 회동 가능하게 결합시키되, 캠플레이트(520)의 일측 가장자리가 커넥팅 로드(510)의 하단부와 회전 가능하게 결합되고 캠플레이트(520)의 타측 가장자리는 실린더(310)의 상하 길이 방향과 직교되게 장착된 회전축(530)에 회전 가능하게 지지되는 구조를 적용할 수 있는 것이다.

이를 위하여 복수의 실린더(310)에는 전술한 구조의 증폭부(500)가 각각 장착되는 것이 바람직하다.

승강 로드(331)는 구체적으로 승강자석(330)의 하부로부터 연장되며, 고정자석(320)의 중심부에 형성된 연통홀(321) 및 실린더(310)의 저면을 관통하고 실린더(310)로부터 출입하는 부재이다.

커넥팅 로드(510)는 상단부가 승강 로드(331)와 회전 가능하게 결합되고, 캠플레이트(520)는 일측 가장자리가 커넥팅 로드(510)의 하단부와 회전 가능하게 결합되고 타측 가장자리는 실린더(310)의 상하 길이 방향과 직교되게 하우징(100)에 장착된 회전축(530)에 회전 가능하게 지지되는 부재이다.

따라서, 캠플레이트(520)는 승강자석(330)의 승강 운동에 따라 발생하는 진폭을 증대시키되, 증폭부(500)의 캠플레이트(520)는 회전축(530)에 대하여 일방향으로 회전하고 커넥팅 로드(510)의 하단부는 승강자석(330) 각각의 하중에 의하여 하강한다.

또한, 커넥팅 로드(510)의 하단부는 상부측의 운동부(200)가 회전 또는 진자 운동하면 실린더(310) 각각에 내장된 승강자석(320)들이 상승 동작을 수행하는 것에 수반하여, 즉 중량체(230)와 승강자석(320)의 상호 인력에 의하여 상승하게 되는 것이다.

따라서, 복수의 실린더(310)는 전술한 메커니즘에 의하여 승강하되, 커넥팅 로드(510)와 캠플레이트(520)에 의하여 진폭이 증대되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 장소의 제약을 받지 않고 어디서든지 지속적으로 안정적인 전력의 수급이 가능하고, 비교적 간단한 구성에 저비용으로 제작 및 설치가 가능하며 친환경적인 자성을 이용한 발전장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 하우징(100)을 해수면(600)을 따라 운항하는 선박에 지장을 주지 않는 범위 내에서 가급적 다수로 설치하여 발전시설 및 야간의 항해 유도 및 표시의 용도로도 활용할 수 있을 것이다.

그리고, 본 발명은 하우징(100)을 해수면(600) 외에도 진동이 지속적으로 발생되는 장소라면 어디든 설치하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자성을 이용한 발전장치로부터 지속적이면서도 안정적인 전력 수급이 가능할 것이다.

이외에도, 본 발명은 최근 각광받는 스마트 그리드(Smart Grid)와 연계하여 생산된 전력을 사용처에 실시간으로 판매할 수도 있는 등 다른 많은 응용 및 변형 또한 가능함은 물론이다.

100...하우징 200...운동부
300...발전부

Claims (5)

1. 진동이 지속적으로 발생되는 장소에 배치되는 하우징;
   상단부는 상기 하우징의 내측 상부에 회전 가능하게 고정되고, 하단부는 자성을 지니며 고정된 상단부에 대하여 상기 하우징으로부터 전달되는 진동에 의하여 회전운동 또는 진자운동하는 운동부; 및
   자성을 지니고 상기 운동부의 하부측에 배치되게 상기 하우징에 내장되고, 상기 운동부의 회전운동 또는 진자운동에 따라 승강하면서 발생되는 유도기전력으로부터 전력을 생산하는 발전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 발전장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 운동부는,
   상기 하우징에 고정되어 전방향으로의 회전을 허용하는 고정구와,
   상기 고정구에 장착되는 강성을 지닌 와이어와,
   상기 와이어의 단부에 장착되는 영구자석으로 이루어진 중량체를 포함하며,
   상기 중량체의 하단부와 상기 발전부의 상단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 발전장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 발전부는,
   상기 하우징에 고정되고 내부 공간을 형성하는 실린더와,
   상기 실린더의 하부측에 내장되고 자성을 지닌 고정자석과,
   상기 고정자석의 상부측에 배치되어 상기 실린더의 내벽을 따라 승강 가능하게 상기 실린더에 내장되는 승강자석과,
   상기 실린더의 외면에 상기 승강자석의 승강 방향을 따라 복수회 권취되는 코일과,
   상기 코일과 전기적으로 연결되어 발생되는 전기 에너지를 축적하는 축전기를 포함하며,
   상기 승강자석의 하단부와 상기 고정자석의 상단부는 각각 상호 척력을 발생시키는 자성을 지니고, 상기 승강자석의 상단부와 상기 운동부의 하단부는 각각 상호 인력을 발생시키는 자성을 지니는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 발전장치.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 발전부는 상기 운동부의 하단부가 회전 또는 진자운동하면서 그리는 원호 형상의 궤적에 대응하여 상기 발전부의 상단부가 상기 운동부의 하단부와 등간격을 이루도록 복수로 배열되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 발전장치.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 발전부에는,
   상기 승강자석의 하부로부터 연장되며, 상기 고정자석의 중심부에 형성된 연통홀 및 상기 실린더의 저면을 관통하며 상기 실린더로부터 출입하는 승강 로드와,
   상단부는 상기 승강 로드와 회전 가능하게 결합되는 커넥팅 로드와,
   일측 가장자리는 상기 커넥팅 로드의 하단부와 회전 가능하게 결합되고 타측 가장자리는 상기 실린더의 상하 길이 방향과 직교되게 상기 하우징에 장착된 회전축에 회전 가능하게 지지되는 캠플레이트를 포함하며,
   상기 캠플레이트는 상기 승강자석의 승강 운동에 따라 발생하는 진폭을 증대시키는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 발전장치.
   

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