KR101299334B1 - 풍력발전장치를 구비한 자전거 - Google Patents

Abstract

풍력발전장치를 구비한 자전거가 개시된다. 개시된 자전거는 바퀴 지지프레임을 구비한 자전거 차체; 상기 바퀴 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 바퀴; 상기 바퀴의 축에 회전가능하도록 설치되고, 상기 바퀴에 병렬로 배치되며, 상기 바퀴와 독립적으로 회전되는 날개 부재 및, 상기 바퀴와 상기 날개 부재 사이에 설치되어 상기 바퀴와 상기 날개 부재의 상대적인 회전속도 차이로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 변환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전장치를 구비한 자전거 {BICYCLE HAVING WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력발전장치를 구비한 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자전거 바퀴의 축에 독립적으로 회전이 가능한 프로펠러를 추가로 장착하여, 자전거 정지시에는 풍력에 의한 프로펠러의 회전과 자전거 주행 시에는 바퀴와의 상대속도 차이를 갖는 프로펠러의 회전으로부터 전기에너지를 얻는 풍력발전장치를 구비한 자전거에 관한 것이다.

친환경, 에너지 절감, 건강 등을 목적으로 자전거의 가치가 새롭게 발견되고 있으며 세계적으로 연간 1억 2천만대의 자전거 시장이 형성될 정도로 자전거를 이용하는 사람들이 증가하고 있다. 또한 출퇴근용으로서가 아닌 건강한 삶의 요소로서 일상에서의 사용빈도도 증가하고 있다.

이러한 자전거에는 야간 주행을 위해 전/후방 라이트가 장착되며, 최근에는 자전거에 주행 속도계, 운동량 추정 장치 등의 다양한 전자 정보 기기를 자전거에 장착하는 사례가 많아졌고, 특히 젊은 세대의 경우에는 스마트폰 서비스와 자전거 사용을 연계하여 사용하는 경향 또한 늘어나고 있다.

자전거 이용자가 이러한 자전거 전용의 IT 기기와 서비스를 효과적으로 이용하기 위해서 가장 우선적으로 필요한 것은 주행 중의 전기 에너지 공급 기술이다.

기존에 자전거를 모체로 한 자가 발전 장치 혹은 에너지 변환 장치들은 회전형 발전기를 바퀴에 접촉시킨 다이나모 방식 혹은 최근에 개발되기 시작한 브레이크 감속 구간에서 전기 에너지를 생성하는 회생형 감속 방식 (regenerative braking) 등이 있다.

그러나 이들 방법의 단점은 자전거의 주행 중에만 유효한 전력을 얻을 수 있다는 점이며, 특히 다이나모 방식은 발전기의 구동이 페달링에 있어서 추가적인 부하로 작용하기 때문에 탑승자의 체력에 부담을 주게 된다.

또한, 자전거에 날개 부재(프로펠러)를 이용한 풍력발전장치를 설치한 구조가 개시되기는 하나, 날개 부재의 회전축이 자전거의 주행 방향과 일치하도록 설치되어, 날개 부재가 자전거의 주행을 방해하여 탑승자가 더욱더 큰 힘으로 페달링을 해야 하는 문제가 있으며, 이에 따라, 날개 부재를 크게 제작하지 못하게 되어 결국 발전이 제대로 이루어지지 않았다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 자전거 정지상태에서도 고효율의 발전을 할 수 있을 뿐 아니라, 자전거 진행을 방해하지 않으면서 발전할 수 있으며, 자전거 감속 후 재가속 구간에서도 회전 관성력에 의해 페달링 부하를 줄여줄 수 있는 풍력발전장치를 구비한 자전거를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍력발전장치를 구비한 자전거는 바퀴 지지프레임을 구비한 자전거 차체; 상기 바퀴 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 바퀴; 상기 바퀴의 축에 회전가능하도록 설치되고, 상기 바퀴에 병렬로 배치되며, 상기 바퀴와 독립적으로 회전되는 날개 부재 및, 상기 바퀴와 상기 날개 부재 사이에 설치되어 상기 바퀴와 상기 날개 부재의 상대적인 회전속도 차이로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 변환유닛;을 포함하고, 상기 날개부재는,상기 바퀴의 축에 회전가능하게 삽입되는 허브와 상기 허브로부터 방사상으로 형성된 복수의 날개로 구성되며, 상기 날개 부재의 직경은 상기 바퀴의 림의 직경과 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임의 일측에 설치되고, 상기 날개 부재는 상기 바퀴 지지프레임의 타측에 설치되도록 구성할 수 있다.

상기 날개 부재는 상기 바퀴 지지프레임과 상기 바퀴 사이에 배치되도록 구성할 수 있다.

상기 날개 부재는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 바퀴 지지프레임은 역 "U"자 형성으로 형성되며, 상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 날개는 상기 바퀴 지지프레임의 외측에 설치되도록 구성할 수 있다.

상기 날개 부재는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 바퀴 지지프레임은 역 "U"자 형성으로 형성되며, 상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 날개는 상기 바퀴와 상기 바퀴 지지프레임 사이에 설치되도록 구성할 수 있다.

상기 전기 에너지 변환유닛, 상기 바퀴의 축 및 상기 날개 부재 중 어느 하나에 설치되는 영구 자석; 및, 상기 바퀴의 축 및 상기 날개 부재 중 나머지에 설치되어 상기 영구자석의 회전에 따라 전류를 발생시키는 코일;을 포함하도록 구성할 수 있다.

상기 전기 에너지 변환유닛은 회전축을 구비한 발전모듈로 이루어지며, 상기 발전모듈은 상기 바퀴의 축에 고정 설치되고, 상기 발전모듈의 회전축은 상기 날개 부재에 고정설치되어, 상기 날개 부재의 회전에 의해 상기 발전모듈로부터 전기 에너지가 생성되도록 구성할 수 있다.

삭제

상기한 본 발명에 의하면, 자전거가 정지한 상태에서도 외부의 바람에 의해 날개 부재가 회전되어 발전할 수 있으며, 특히, 자전거 주행시에 진행방향과 무관한 풍력에 의해 날개 부재가 회전되어 발전하므로 자전거의 주행 저항이 발생하지 않아 자전거 주행과정의 에너지 손실을 줄이면서도 발전할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자전거 주행시 바람이 작용하지 않는 경우에도 날개 부재와 주행 바퀴와의 속도차로 인해 발전이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 감속 후 재가속 과정에서 날개 부재의 회전 관성력에 의해 탑승자의 페달링 부하를 줄여주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 풍력발전장치를 구비한 자전거를 나타낸 사시도이고,
도 2는 도 1 에서 풍력발전장치의 주요 구성을 나타내도록 자전거의 일부를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 풍력발전장치를 구비한 자전거의 일부를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 풍력발전장치를 구비한 자전거의 일부를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 풍력발전장치를 구비한 자전거의 일부를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 풍력발전장치를 구비한 자전거의 일부를 나타낸 도면이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 풍력발전유닛을 구비한 자전거를 설명한다.

본 실시 예의 자전거(100)는 자전거 차제(101), 바퀴(105), 날개 부재(110) 및, 전기 에너지 변환유닛(126)을 포함한다.

자전거 차체(101)는 바퀴 지지프레임(103)을 구비하며, 자세한 구성은 통상은 자전거 구조와 동일하므로 설명을 생략한다.

바퀴(105)는 중앙에 고정설치된 축(123)이 마련되며, 상기 축(123)이 바퀴 지지프레임(103)에 회전되도록 설치되어, 바퀴(105)가 바퀴 지지프레임(103)에 대해 회전가능하게 된다. 바퀴(105)의 축(123)과 바퀴 지지프레임(103) 간의 마찰을 줄일도록 베어링(B1)이 설치될 수 있다. 바퀴(105)의 축(123)의 일측에는 날개 부재(110)가 설치된다.

날개 부재(110)는 다수의 날개가 날개 허브(113)로부터 방사상으로 형성된 형태이다. 허브(113)는 바퀴(110)의 축(123)이 삽입되어 회전가능하게 설치된다.

즉, 날개 부재(110)는 바퀴(105)의 축(123)에 독립적인 회전이 가능하게 된다. 단, 축(123)을 통해 바퀴(105)와 날개 부재(110)의 회전간에는 일정량의 기계적 마찰은 존재한다. 허브(113)에 베어링(B2)을 설치하여 허브(113)와 축(123) 간의 마찰을 줄일 수 있다.

날개 부재(110)가 크면 클수록 바람(풍력)에 회전이 잘 이루어질 수 있으며, 따라서, 본 실시 예의 날개 부재(110)는 직경이 바퀴(105)의 림(106)과 동일한 것이 바람직하다.

한편, 날개 부재(110)는 바퀴(105)에 병렬로 설치되므로 자전거의 진행방향에 대해 날개 부재(110)가 저항의 요소로 작용하지 않게 된다.

전기 에너지 변환유닛(126)은 코일(127)과 영구자석(128)을 구성되어, 코일(127)은 축(123) 상에 설치되고, 영구자석(128)은 날개 부재(110)의 허브(113)에 설치된다. 영구자석(128)의 회전에 의해 영구자석(128)의 자계로부터 코일(129)에 전류가 발생되어 발전이 이루어질 수 있다. 즉, 전기 에너지 변환유닛(126)은 바퀴(105)와 날개 부재(110) 사이에 영구자석과 코일로 구성된 비접촉식 전자기 유도방식의 전기 에너지 생성장치로 바퀴(105)와 날개 부재(110)의 회전 속도 차이가 발생할 때 전기에너지를 생성한다.

한편, 축(123)에 영구자석(128)이 설치되고, 허브(113)에 코일(127)이 설치되도록 구성할 수 있으며, 이 경우, 코일(127)의 회전에 의해 영구자석(128)의 자계로부터 코일(129)에 전류가 발생되어 발전이 이루어질 수 있다.

상기와 같은 전기 에너지 변환유닛(126)의 자세한 구성 및 원리는 통상의 발전 원리와 동일한 것으로 자세한 설명은 생략한다.

이렇게 발생된 전기는 자전거에 설치된 각종 전자/정보기기(전/후방 라이트, 각종전자정보기기)(미도시)에 사용될 수 있으며, 이를 기반으로 한 자전거 어플리케이션의 활용을 활성화할 수 있다.

상기한 구성으로, 본 발명의 자전거(100)는 정지 상태에서 외부의 바람에 의해 날개 부재(110)가 회전하고, 이 회전과 연동하여 영구자석(128)이 회전함으로써 발전이 이루어진다.

또한, 자전거(100)의 주행상태에서도 자전거의 진행 방향과 무관한 풍력에 의해 날개 부재(110)가 회전하여 전기에너지 변환유닛(126)을 통해 발전이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 바람이 작용하지 않더라도 날개 부재(110)와 주행 중인 바퀴(105)에서 발생하는 회전속도 차이에 따라 전기 에너지 변환유닛(126)으로부터 전기 에너지의 생성이 가능하게 된다.

또한, 자전거(100)의 감속-정지 구간에서 날개 부재(110)는 회전관성에 의해 일정시간 동안 멈추지 않은 채로 회전을 지속하게 되며, 이때 자전거가 다시 출발하면 날개 부재(110)의 회전 관성력에 힘입어 이와 축을 공유하고 전자기적으로 결합되어 있는 자전거의 바퀴(105)는 평소보다 쉽게 회전할 수 있게 되며, 이는 자전거의 출발에 필요한 페달링 부하를 감소시키는 방향으로 작용하게 된다. 이러한 원리에 의해 자전거의 주행 중 반복적으로 발생하는 감속 후 재가속 구간에서 날개(110) 부재의 회전 관성력에 의해 페달링 부하를 줄여줄 수 있다.

한편, 도 2와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 자전거(100)는 바퀴 지지프레임(103)의 일측방에 바퀴(105)가 설치되고, 타측방에 날개 부재(110)가 배치되도록 구성할 수 있다. 다만, 본 발명의 제 2 실시 예의 자전거(100)와 같이, 날개 부재(110)가 바퀴 지지프레임(103)과 바퀴(105) 사이에 설치되도록 구성할 수 있다(도 3 참조).

또한, 본 발명의 제 3 실시 예의 자전거(100)는 도 4와 같이, 날개 부재(110)를 한 쌍으로 구성하고, 바퀴 지지프레임(103)을 역 "U"자로 형성하며, 바퀴(105)를 바퀴 지지프레임(103) 내에 설치하고, 한 쌍의 날개 부재(110)는 바퀴 지지프레임(103)의 외측에 설치하도록 구성하거나, 도 5에 도시된 제 4 실시 예의 자전거(100)와 같이, 바퀴(105)는 바퀴 지지프레임(103) 내에 설치하고 한 쌍의 날개 부재(110)는 바퀴(105)와 바퀴 지지프레임(103) 사이에 설치하도록 구성할 수 있다. 이처럼, 날개 부재(110)를 한 쌍으로 구성할 경우, 전기 에너지 변환유닛(126)을 한 쌍으로 구성할 수 있어, 생성되는 전기량을 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 자전거(100)는 도 6과 같이, 전기 에너지 변환유닛(126)이 회전축(129a)을 구비한 통상의 발전모듈(129)이 될 수 있으며, 발전모듈(129)은 바퀴(105)의 축(123) 일단에 고정 설치되고, 날개 부재(110)의 허브(113)가 발전모듈(129)의 회전축(129a)에 고정된다. 따라서, 날개 부재(110)의 회전에 따라 발전 모듈(129)의 회전축(129a)이 회전하면서, 발전 모듈(129)로부터 전기 에너지가 생성될 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

101...자전거 차체
103...바퀴 지지 프레임
105...바퀴
106...림
107...타이어
110...날개 부재
113...날개 허브
B1, B2... 베어링
123...바퀴 축
126...전기에너지 변환 유닛
127...코일
128...영구자석
129...발전 모듈

Claims (8)

1. 바퀴 지지프레임을 구비한 자전거 차체;
   상기 바퀴 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 바퀴;
   상기 바퀴의 축에 회전가능하도록 설치되고, 상기 바퀴에 병렬로 배치되며, 상기 바퀴와 독립적으로 회전되는 날개 부재 및,
   상기 바퀴와 상기 날개 부재 사이에 설치되어 상기 바퀴와 상기 날개 부재의 상대적인 회전속도 차이로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 변환유닛;을 포함하고,
   상기 날개부재는, 상기 바퀴의 축에 회전가능하게 삽입되는 허브와, 상기 허브로부터 방사상으로 형성된 복수의 날개로 구성되며,
   상기 날개 부재의 직경은 상기 바퀴의 림의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임의 일측에 설치되고, 상기 날개 부재는 상기 바퀴 지지프레임의 타측에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개 부재는 상기 바퀴 지지프레임과 상기 바퀴 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개 부재는 한 쌍으로 이루어지고,
   상기 바퀴 지지프레임은 역 "U"자 형성으로 형성되며,
   상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 날개는 상기 바퀴 지지프레임의 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개 부재는 한 쌍으로 이루어지고,
   상기 바퀴 지지프레임은 역 "U"자 형성으로 형성되며,
   상기 바퀴는 상기 바퀴 지지프레임 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 날개는 상기 바퀴와 상기 바퀴 지지프레임 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기 에너지 변환유닛
   상기 바퀴의 축 및 상기 날개 부재 중 어느 하나에 설치되는 영구 자석; 및,
   상기 바퀴의 축 및 상기 날개 부재 중 나머지에 설치되어 상기 영구자석의 회전에 따라 전류를 발생시키는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기 에너지 변환유닛은 회전축을 구비한 발전모듈로 이루어지며,
   상기 발전모듈은 상기 바퀴의 축에 고정 설치되고, 상기 발전모듈의 회전축은 상기 날개 부재에 고정설치되어, 상기 날개 부재의 회전에 의해 상기 발전모듈로부터 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 구비한 자전거.
8. 삭제

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