KR101346295B1 - 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템 - Google Patents

차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101346295B1
KR101346295B1 KR1020120156187A KR20120156187A KR101346295B1 KR 101346295 B1 KR101346295 B1 KR 101346295B1 KR 1020120156187 A KR1020120156187 A KR 1020120156187A KR 20120156187 A KR20120156187 A KR 20120156187A KR 101346295 B1 KR101346295 B1 KR 101346295B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crank
crank arm
connecting rod
protrusion
arm
Prior art date
Application number
KR1020120156187A
Other languages
English (en)
Inventor
이동환
김영철
김병옥
이안성
신우철
안상억
Original Assignee
신우철
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신우철, 한국기계연구원 filed Critical 신우철
Priority to KR1020120156187A priority Critical patent/KR101346295B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101346295B1 publication Critical patent/KR101346295B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/90—Energy harvesting concepts as power supply for auxiliaries' energy consumption, e.g. photovoltaic sun-roof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

도로 표면의 제1 돌기부내에 설치되어 에너지를 수집하는 에너지 하베스트 시스템에 있어서, 제1 돌기부내에 위치되는 제1 헤드와 연결된 제1바디부, 제1바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 커넥팅 로드, 및 제1 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 크랭크 아암을 가지는 제1 크랭크부; 및 제1 크랭크 아암과 작동적으로 연결되어, 제1 크랭크 아암의 회전에 의해 회전되는 크랭크 샤프트;를 포함하며, 상기 크랭크 샤프트는 발전기와 직접 또는 간접적으로 작동적으로 연결되어, 제1 돌기부가 가압 또는 가압 해제 됨에 따라서 상기 크랭크 샤프트가 회전되고 이에 의해 상기 발전기가 에너지를 생성하는 것인 에너지 하베스트 시스템이 개시된다.

Description

차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템{Energy harvest system using vehicle weight}
본 발명은 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 구조가 간단하고 내구성이 좋은 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템에 관한 것이다.
최근 세계적으로 에너지 고갈의 현실에 직면하여 새로운 대체에너지의 개발과 에너지 순환시 효과적인 에너지보존을 위한 다양한 방식과 장치가 활발하게 개발되고 있는 실정이다. 예컨대, 대표적으로 중점 개발되고 있는 대체 에너지로 태양광을 이용한 전압발생장치가 개발되었으며, 이는 태양광을 직접 수광하는 태양전지를 구성하고, 그 태양전지로부터 발생되는 전압을 균일하게 유지해주는 정전압 회로를 매개로하여 축전지에 상기 태양전지로부터의 전압을 충전시켜 필요시 보조전원으로 사용할 수 있게 한다. 또한, 조력과 풍력, 수력발전으로 인한 에너지 생성장치는 자연조건이 적합한 지역에서 보조전원으로 사용되고 있다.
한편, 세계적으로 산업화가 진행됨에 따라 차량 문화가 정착되어 운행되는 차량의 대수가 기하급수적으로 증대되면서 이러한 차량을 이용한 에너지 재활용 시스템이 개발되고 있다. 예를 들면, 한국특허공개공보 10-2012-0122111호(20121107)의 '과속방지부를 이용한 발전장치', 10-2008-0107694(20081211)의 '차량 통행을 이용한 에너지 생산 방법', 그리고 10-2011-0025373(20110310)의 '차량 하중을 이용한 발전장치'과 같은 문헌들에는 차량을 이용한 에너지 하베스트 기술들이 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 구조가 간단하면서도 내구성이 강한 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 에너지 생성이 효율적인 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도로 표면의 제1 돌기부내에 설치되어 에너지를 수집하는 에너지 하베스트 시스템에 있어서, 제1 돌기부내에 위치되는 제1 헤드와 연결된 제1바디부, 제1바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 커넥팅 로드, 및 제1 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 크랭크 아암을 가지는 제1 크랭크부; 및 제1 크랭크 아암과 작동적으로 연결되어, 제1 크랭크 아암의 회전에 의해 회전되는 크랭크 샤프트;를 포함하며, 상기 크랭크 샤프트는 발전기와 직접 또는 간접적으로 작동적으로 연결되어, 제1 돌기부가 가압 또는 가압 해제 됨에 따라서 상기 크랭크 샤프트가 회전되고 이에 의해 상기 발전기가 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템이 제공될 수 있다.
제1 돌기부가 차량에 의해 가압 또는 가압 해제됨에 따라서 제1 바디부는 상기 제1 돌기부가 가압되는 방향 또는 가압 반대방향으로 직선 왕복 운동을 하고, 제1 바디부의 직선 왕복 운동에 의해 제1 커넥팅 로드와 제1 크랭크 아암은 회전 운동을 하며 이에 의해 상기 크랭크 샤프트가 회전되는 것일 수 있다.
제1 바디부, 제1 커넥팅 로드, 및 상기 크랭크 아암을 둘러싸는 네개의 측면을 포함한 장방형 제1 케이스;를 더 포함하며, 제1 바디부의 직선 왕복 운동을 안내하기 위한 가이드 레일이 제1 케이스의 측면들 각각에 서로 대향하도록 설치되어 있고, 제1 바디부는 네개의 측면을 포함한 장방형으로 구성되고, 제1 케이스의 측면들 각각에 설치된 상기 가이드 레일을 따라서 이동가능한 바퀴를 가진 브라켓이 제1 바디부의 측면들 각각에 서로 대향하도록 설치된 것일 수 있다.
제2 크랭크부는, 도로 표면의 제1 돌기부와 인접한 제2 돌기부내에 위치되는 제2 헤드와 연결된 제2바디부, 제2바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 커넥팅 로드, 제2 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 크랭크 아암을 포함하며, 제2 크랭크 아암과 제1 크랭크 아암은 상기 크랭크 사프트에 의해 작동적으로 연결되어 있고, 상기 제2 크랭크 아암은 상기 발전기에 작동적으로 연결되어 있는 것일 수 있다.
제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암은 각각 원형 운동을 하되, 이들의 위상은 서로 180도 차이가 나는 것일 수 있다.
제1 커넥팅 로드와 제2 커넥팅 로드의 길이가 각각 ｌ[m]이고, 제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암의 회전 반경이 각각 r[m]라고 하면, λ 는 다음의 수식
λ = (r/ｌ)에 의해 정의되고, λ는 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지는 것일 수 있다.
제1 헤드와 제1바디부 사이에는 스프링이 게재된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도로 표면의 제1 돌기부내에 설치되어 에너지를 수집하는 에너지 하베스트 시스템에 있어서, 제1 돌기부가 가압 또는 가압해제 됨으로써 발생되는 직선 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제1 크랭크부; 도로 표면의 제1 돌기부와 인접한 제2 돌기부가 가압 또는 가압해제 됨으로써 발생되는 직선 왕복 운동을 회전운동으로 변환하는 제2 크랭크부; 및 제1 크랭크부와 제2 크랭크부를 작동적으로 연결하는 크랭크 샤프트;를 포함하며, 상기 크랭크 샤프트는 발전기와 직접 또는 간접적으로 작동적으로 연결되어, 제1 돌기부가 가압 또는 가압 해제 됨에 따라서 상기 크랭크 샤프트가 회전되고 이에 의해 상기 발전기가 에너지를 생성하는 것일 수 있다.
제1 크랭크부는, 제1 돌기부내에 위치되는 제1 헤드와 연결된 제1바디부, 제1바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 커넥팅 로드, 및 제1 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 크랭크 아암을 가지고,
제2 크랭크부는, 제2 돌기부내에 위치되는 제2 헤드와 연결된 제2바디부, 제2바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 커넥팅 로드, 및 제2 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 크랭크 아암을 가지며,
상기 크랭크 샤프트의 일단부는 제1 크랭크 아암과 작동적으로 연결되고 상기 크랭크 샤프트의 타단부는 제2 크랭크 아암과 작동적으로 연결된 것일 수 있다.
제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암은 각각 원형 운동을 하되, 이들의 위상은 서로 180도 차이가 나는 것일 수 있다.
제1 커넥팅 로드와 제2 커넥팅 로드의 길이가 각각 ｌ[m]이고, 제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암의 회전 반경이 각각 r[m]라고 하면, λ 는 다음의 수식
λ = (r/ｌ)에 의해 정의되고, λ는 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면 구조가 간단하면서도 내구성이 강한 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템을 사용하여 효율적으로 에너지를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1의 에너지 하베스트 시스템의 예시적 구성도이고,
도 3은 도 2의 에너지 하베스트 시스템의 크랭크부를 다른 측면에서 바라본 도면이고,
도 4 및 도 6은 도 2의 에너지 하베스트 시스템의 동작 원리 및 조건을 설명하기 위한 것이고, 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들은 본 발명의 설명의 용이를 위해서 사용된 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께나 크기는 기술적 내용의 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본원의 상세한 설명 및/또는 청구범위에서 구성요소 A와 구성요소 B가 서로 연결(또는 접속 또는 체결 또는 결합)되어 있다는 표현은 구성요소 A와 구성요소 B가 직접 연결되거나 또는 다른 하나 이상의 구성요소의 매개에 의해 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템(100)은 도로(30)의 하부에 설치되며, 차량(20)이 도로(30)를 지나갈때 도로(30)의 표면에 설치된 돌기부들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)에 가하는 압력을 이용하여 에너지를 생산할 수 있다. 여기서, 돌기부들은 특별한 목적(과속 방지)를 위해서 생산된 시설물들일 수 있으나, 그러한 시설물들에 본원 발명의 돌기부가 한정될 필요는 없다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 시스템(100)은 한쌍의 돌기부들의 하부에 설치된다. 서로 인접한 2개의 돌기부(예를 들면, 10a와 10b, 10c와 10d, 10e와 10f)들 하부에 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스트 시스템(100)이 각각 설치될 수 있으며, 이들로부터 생산되는 에너지는 에너지 저장장치(200)에 집계되어 저장될 수 있다.
서로 인접한 2개의 돌기부간의 거리는 차량(20)의 앞바퀴(21)와 뒷바퀴(23) 사이의 거리와 관련이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 앞바퀴(21)가 돌기부(10a)를 가압할 때, 뒷바퀴(23)는 돌기부(10b)를 가압하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 앞바퀴(21)가 돌기부(10a)를 가압하고 있을 때 뒷바퀴(23)는 돌기부(10b)를 가압하지 않으며, 앞바퀴(21)가 돌기부(10a)를 통과하여 돌기부(10a)에 가해진 압력이 해제되는 시점(또는 압력이 해제되고 소정 시간이 흐른 후)에 뒷바퀴(23)는 돌기부(10b)에 가압을 시작하게 된다. 이와 관련하여, 도 4와 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
차량 바퀴들 간의 거리는 차종별로 정해져 있으므로, 도로(30)에 가장 많이 통행하는 차종을 기준으로 돌기부들간의 거리를 정하면 바람직할 것이나, 종종 차량에 따라서는 서로 인접한 한쌍의 돌기부가 동시에 가압되는 경우가 발생될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명에 따른 에너지 하베스트 시스템의 파손을 막기 위한 구성으로서, 예를 들면 도 5와 같은 구성을 취할 수 있을 것이다.
본원 명세서에서 의미하는 '서로 인접한 한쌍의 돌기부'는 10a와 10b, 10c와 10d, 또는 10e와 10f와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 시스템이 어떻게 설치되느냐에 따라서 정해진다. 예를 들면, 10b와 10c는 도 1의 그림상으로는 서로 인접한 것으로 보이지만, 본원 명세서에서 의미하는 '서로 인접한 한쌍의 돌기부'에는 해당되지 않으며, 10d와 10e 역시 같은 원리로 '서로 인접한 한쌍의 돌기부'에는 해당되지 않는다고 할 것이다.
도 2는 도 1의 에너지 하베스트 시스템의 예시적 구성도이고, 도 3은 도 2의 에너지 하베스트 시스템의 크랭크부를 다른 측면에서 바라본 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 시스템(100)은 한쌍의 크랭크부(제1 크랭크부, 제2 크랭크부), 제1 크랭크부를 둘러싸는 장방형 제1 케이스(103a), 제2 크랭크부를 둘러싸는 장방형 제2 케이스(103b), 및 제1 크랭크부와 제2 크랭크부를 작동적으로 연결하는 크랭크 샤프트(117)를 포함할 수 있다.
제1 크랭크부는, 헤드(101a), 바디부(105a), 커넥팅 로드(111a), 및 크랭크 암(115a)를 포함할 수 있고, 제2 크랭크부는 헤드(101b), 바디부(105b), 커넥팅 로드(111b), 및 크랭크 암(115b)를 포함할 수 있다.
헤드(101a)는 돌기부(10a)의 내부에 위치되어 돌기부(10a)에 차량의 바퀴에 의한 압력이 가해지면 가압 방향으로 눌리다가, 돌기부(10a) 상에 차량의 바퀴가 없어지면 도 1에 도시된 것처럼 원래의 형상으로 복원될 수 있다. 또한, 헤드(101b) 역시 헤드(101a)와 마찬가지로 바퀴에 의한 압력에 의해 눌리게 되고, 바퀴에 의한 압력이 없는 경우에는 원래의 형상으로 복원된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바디부(105a)와 바디부(105b)는, 각각 네개의 측면으로 구성된 장방형으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 예시된 바와 같이, 바디부(105a)는 4개의 측면으로 이루어진 직사각형의 통상으로 구성될 수 있으며, 이들 측면 각각에는 브라켓(109a)이 장착된다. 브라켓(109a)에는 레일 상에서 이동할 수 있는 바퀴 같은 것이 장착되어 있고, 이러한 바퀴는 제1 케이스(103a)의 내부 측면에 위치된 가이드 레일(107a)을 따라 이동하게 된다.
바디부(105a)를 이루는 4개의 측면 각각에 브라켓(109a)이 장착되도록 구성하는 것이 가능하며, 대안으로는(alternatively) 바디부(105a)를 이루는 4개의 측면 중에서 서로 대향하는 측면에만 브라켓(109a)을 장착하는 것도 가능할 것이다. 바디부(105b)는 바디부(105a)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 케이스(103a)는 바디부(105a), 커넥팅 로드(111a), 및 크랭크 암(115a)을 수용할 수 있도록 내부가 비어 있는 통형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 케이스(103a)는 4개의 측면들로 구성된 장방형으로 구성될 수 있으며, 이들 4개의 측면에는 상술한 가이드 레일(107a)이 각각 설치되어 있을 수 있다. 도 3의 도면을 도 2와 같이 참조하면, 제1 케이스(103a)는 4개의 측면으로 이루어진 직사각형의 통상으로 구성되며, 각각의 측면에는 가이드 레일(107a)이 모두 설치되어 있음을 알 수 있다.
다른 대안으로서, 제1 케이스(103a)의 4개의 측면 중에서 서로 대향하는 측면에만 가이드 레일(107a)이 설치되도록 구성하는 것도 가능하다. 이상 설명한 제1 케이스(103a)에 대한 구성 및 기능은 제2 케이스(103b)에 대하여도 동일 또는 유사하므로, 제2 케이스(103b)에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
헤드(101a)가 차량 바퀴에 의해 가압되어 가압방향(또는 지면에 수직방향)으로 눌리게 되면, 바디부(105a)는 지면에 수직방향으로 직선 왕복 운동을 하게 된다. 바디부(105a)에는 바퀴(미도시)가 구비된 브라켓(109a)이 장착되어 있으므로, 바퀴(미도시)가 가이드 레일(107a)을 따라서 움직이게 된다.
본원 명세서에, 설명의 편의를 위해서, 가압방향, 수직방향, 상하 방향은 모두 같은 방향 또는 그 역방향을 나타내는 것으로 사용하기로 하고, 수평 방향은 도로면과 평행한 방향을 나타내는 것으로 사용하기로 한다.
바디부(105a)가 직선 왕복 운동을 하게 됨에 따라, 커넥팅 로드(111a)가 회전하게 되고, 커넥팅 로드(111a)가 회전하게 되면 크랭크 암(115a)이 회전하게 된다. 즉, 헤드(101a), 바디부(105a), 커넥팅 로드(111a), 및 크랭크 암(115a)은 모두 작동적으로 연결되어 있다. 헤드(101b), 바디부(105b), 커넥팅 로드(111b), 및 크랭크 암(115b)도 서로 작동적으로 연결되어 있다.
예를 들면, 헤드(101a)가 상하 방향으로 왕복 운동을 하게 되면 바디부(105a) 역시 같은 방향으로 운동하도록 이들 양자는 작동적으로 연결되어 있다. 또한, 바디부(105a)가 상하 방향으로 왕복 운동을 하게 되면, 커넥팅 로드(113a)는 지면에 비스듬한 방향(지면에 수직 또는 수평하지 않은 방향으로서 지면에 대하여 경사진 방향)으로 운동하도록 이들은 서로 작동적으로 연결되어 있다. 한편, 체결수단(113a)에 의해 바디부(105a)와 커텍팅 로드(113a)는 회동가능하도록 연결되어 있다.
다른 예를 들면, 커넥팅 로드(113a)가 지면에 비스듬한 방향으로 운동을 하면, 크랭크 암(115a)은 원형 운동을 하도록 이들은 작동적으로 결합되어 있다. 체결수단(119a)에 의해 커텍팅 로드(113a)와 크랭크 암(115a)은 회동 가능하게 결합되어 있게 된다.
한편, 헤드(101b), 바디부(105b), 커넥팅 로드(111b), 및 크랭크 암(115b)의 상호 작용은, 헤드(101a), 바디부(105a), 커넥팅 로드(111a), 및 크랭크 암(115a)의 것과 동일 또는 유사하므로, 헤드(101b), 바디부(105b), 커넥팅 로드(111b), 및 크랭크 암(115b)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
크랭크 샤프트(117)는 제1 크랭크부의 크랭크 암(115a)와 제2 크랭크부의 크랭크 암(115b)을 서로 작동적으로 연결시킨다. 즉, 제1 크랭크부의 크랭크 암(115a)이 회전되면, 제2 크랭크부의 크랭크 암(115b) 역시 회전되고 그 반대도 마찬가지이다.
도 2를 참조하면, 크랭크 암(115b)은 한쌍으로 구성될 수 있으며, 이들 중 하나는 크랭크 샤프트(117)와 연결되고, 다른 하나는 발전기와 작동적으로 연결되게 된다. 여기서, 발전기와 작동적으로 연결된다고 함은, 크랭크 암(115b)의 회전이 있는 경우 발전기가 에너지를 생성하도록 양자가 서로 연결되어 있음을 나타낸다.
도 4 및 도 6은 도 2의 에너지 하베스트 시스템의 동작 원리 및 동작 조건을 설명하기 위한 것이다.
도 4와 도 6을 참조하면, 차량(20)의 앞바퀴(21)와 뒷바퀴(23)의 위치에 따라서 크랭크 암들(115a, 115b)의 위치가 어떻게 달라지는 지를 알 수 있다.
앞바퀴(21)의 위치가 P1 위치에 있다고 가정하면, 뒷바퀴(23)의 위치는 적어도 P5 보다는 오른쪽에 위치하게 된다. 이렇게 되도록, 서로 인접하는 한쌍의 돌기부들(10a, 10b) 사이의 거리를 설정하기 때문이다.
앞바퀴(21)의 위치가 P1에 있는 경우는 제1 돌기부(10a)에 최대 압력이 가해진 상태로서, 도 4의 (a)처럼 제1 크랭크 아암(115a)은 6시 방향에 있을 것이며, 이와 동시에 제2 크랭크 아암(115b)은 12 방향에 있을 것이다. 이는 크랭크 샤프트(117)에 의해 제1 크랭크 아암(115a)과 제2 크랭크 아암(115b)이 서로 작동적으로 연결 되어 있기 때문이다.
앞바퀴(21)의 위치가 P2에 있는 경우는, 제1 돌기부(10a)에 가해질 수 있는 최대 압력의 1/2이 가해진 상태로서 도 4의 (b)처럼 제1 크랭크 아암(115a)은 3시 방향에 있을 것이며, 이와 동시에 제2 크랭크 아암(115b)은 9 방향에 있을 것이다.
앞바퀴(21)의 위치가 P3에 있는 경우에는 돌기부(10a)에 압력을 미치지 못하는 상태로서 도 4의 (c)처럼 크랭크 아암(115a)은 12시 방향에 있을 것이고, 크랭크 아암(115b)은 6 방향에 있을 것이다. 앞바퀴(21)의 위치가 P3에 있을 때, 뒷바퀴(23)의 위치는 P5보다 오른쪽에 위치하게 된다. 이 두 지점 모두 바퀴들이 가압을 하지 않는 위치임을 알 수 있다.
이제, 앞바퀴(21)의 위치가 P4에 있게 되는 경우, 뒷바퀴(23)가 위치 P5 보다 오른쪽에 있게 되며 이러한 경우 크랭크 아암(115b)의 위치는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 크랭크 아암(115b)의 위치는 3시 방향에 위치하게 된다. 이와 동시에 크랭크 아암(115a)는 9시 방향으로 위치하게 된다. 바퀴들(21, 23)이 돌기부들을 가압하지 않는 위치임에도, 크랭크 아암(115b)들이 회전하는 것은 관성력에 의해 가능하다.
앞바퀴(21)의 위치가 P4 보다 왼쪽에 있게 되는 경우는, 뒷바퀴(23)가 위치(P5)에 위치하게 되며 이러한 경우에도 바퀴들(21, 23)이 돌기부들에게 가압하지 않는 위치이며, 따라서 관성력에 의해 크랭크 아암(115b)이 12시 방향까지 이동하게 된다. 이후, 뒷바퀴(23)가 위치 P6에 위치하게 되면, 9시 방향으로 크랭크 아암(115b)이 이동되고, 제1 크랭크 아암(115a)은 3시 방향으로 이동하게 된다.
이상 도 4에서 살표본 바와 같이, 제1 크랭크 아암(115a)과 제1 크랭크 아암(115b)은 서로의 위상 차이가 180도 임을 알 수 있으며, 서로 인접한 한쌍의 돌기부들간의 거리는 앞바퀴가 지나가고, 크랭크 아암이 관성력에 의해서 어느 정도 회전을 한 상태에서 뒷바퀴가 진입하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도 5는 도 1의 에너지 하베스트 시스템의 바디부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 실시예를 참조하면, 헤드(101a)와 바디부(111a) 사이에는 스프링(113a)이 게재되어 있다. 이러한 구성은, 제1 헤드(101a)와 제2 헤드(101b)가 차량 바퀴에 의해 동시에 가압되는 경우, 크랭크부가 파손되는 것을 막기 위한 것이다. 도 5의 실시예에서는, 헤드(101a)와 바디부(111a) 사이에 스프링(113a)을 넣었지만, 다르게는 헤드(101b와 바디부(111b) 사이에 스프링을 넣는 것도 가능하다.
스프링(113a)의 탄성은, 비교적 강하며, 제1 헤드(101a)와 제2 헤드(101b)가 차량 바퀴에 의해 동시에 가압되는 경우가 아닌 경우에는, 헤드(101a)가 바디부(111a)의 내부로 진입되지 않고 그대로 바디부(111a)가 상하 운동을 하게 된다. 하지만, 제1 헤드(101a)와 제2 헤드(101b)가 차량 바퀴에 의해 동시에 가압되는 경우가 발생되면, 바디부(111a)가 지면을 향하여 운동하지 않고 헤드(101a)만이 운동을 하게 된다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 본원 발명에서는 제1 크랭크부와 제2 크랭크부간의 크랭크 아암의 길이나, 돌기부의 높이, 커넥팅 로드의 길이 등이 적절하게 조절될 필요가 있다.
이하에서는, 도 6과 도 2를 참조하여 커넥팅 로드와 크랭크 아암의 길이에 대한 설명을 하되, 설명의 편의를 위해서 제1 커넥팅 로드(113a)와 제2 커넥팅 로드(113b)의 길이가 각각 ｌ[m]이고, 제1 크랭크 아암(115a)과 제2 크랭크 아암(115b)의 회전 반경이 각각 r[m]이고, 돌기부의 최대 높이(차량에 의해 가압되는 깊이)를 Smax라고 한다.
먼저, λ 라는 파라미터를 다음의 수식, 즉
λ = (r/ｌ)
에 의해 정의하면 커넥팅 로드와 크랭크 아암간의 길이 관계를 정의하기가 용이하다. 바람직하게는, λ를 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지도록 커넥팅 로드와 크랭크 아암간의 길이 비율을 조절할 수 있다.
λ를 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지는 것을 가정하고, 돌기부의 최대 높이는 다음과 같은 수식, 즉,
Smax = (s")max = Xt - Xb
에 의해 계산할 수 있다.
상기 수식에서, Xt 는 Ψ = 0° 일때의 X 값이고, Xb 는 Ψ = 130° 일때의 X 값이다.
그리고, X는 다음 수식에 의해 정의된다.
Figure 112012108978369-pat00001
여기서, Ψ 는 크랭크 암(crank arm)의 각도이고, r은 크랭크 암(crank arm)의 반경이고, A0, A2, A4는 다음과 같다.
Figure 112012108978369-pat00002
Figure 112012108978369-pat00003
Figure 112012108978369-pat00004

위 수식들을 토대로 계산한 예를 들면 다음과 같다.
(s")max = 100mm, r = 50mm, λ = 0. 25
상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100; 에너지 하베스트 시스템
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f: 돌기부
101a, 101b: 헤드 103a, 103b: 케이스
105a, 105b: 바디부 111a, 111b: 커넥팅 로드
115a, 115b: 크랭크 암 117; 크랭크 샤프트

Claims (11)

  1. 도로 표면의 제1 돌기부내에 설치되어 에너지를 수집하는 에너지 하베스트 시스템에 있어서,
    제1 돌기부내에 위치되는 제1 헤드와 연결된 제1바디부, 제1바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 커넥팅 로드, 및 제1 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 크랭크 아암을 가지는 제1 크랭크부; 및
    제1 크랭크 아암과 작동적으로 연결되어, 제1 크랭크 아암의 회전에 의해 회전되는 크랭크 샤프트;를 포함하며,
    상기 크랭크 샤프트는 발전기와 직접 또는 간접적으로 작동적으로 연결되어, 제1 돌기부가 가압 또는 가압 해제 됨에 따라서 상기 크랭크 샤프트가 회전되고 이에 의해 상기 발전기가 에너지를 생성하며,
    제2 크랭크부는,
    도로 표면의 제1 돌기부와 인접한 제2 돌기부내에 위치되는 제2 헤드와 연결된 제2바디부, 제2바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 커넥팅 로드, 제2 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 크랭크 아암을 포함하며,
    제2 크랭크 아암과 제1 크랭크 아암은 상기 크랭크 사프트에 의해 작동적으로 연결되어 있고, 상기 제2 크랭크 아암은 상기 발전기에 작동적으로 연결되어 있으며,
    제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암은 각각 원형 운동을 하되, 이들의 위상은 서로 180도 차이가 나는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 돌기부가 차량에 의해 가압 또는 가압 해제됨에 따라서 제1 바디부는 상기 제1 돌기부가 가압되는 방향 또는 가압 반대방향으로 직선 왕복 운동을 하고, 제1 바디부의 직선 왕복 운동에 의해 제1 커넥팅 로드와 제1 크랭크 아암은 회전 운동을 하며 이에 의해 상기 크랭크 샤프트가 회전되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 바디부, 제1 커넥팅 로드, 및 상기 제1 크랭크 아암을 둘러싸는 네개의 측면을 포함한 장방형 제1 케이스;를 더 포함하며,
    제1 바디부의 직선 왕복 운동을 안내하기 위한 가이드 레일이 제1 케이스의 측면들 각각에 서로 대향하도록 설치되어 있고,
    제1 바디부는 네개의 측면을 포함한 장방형으로 구성되고, 제1 케이스의 측면들 각각에 설치된 상기 가이드 레일을 따라서 이동가능한 바퀴를 가진 브라켓이 제1 바디부의 측면들 각각에 서로 대향하도록 설치된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    제1 커넥팅 로드와 제2 커넥팅 로드의 길이가 각각 ｌ[m]이고, 제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암의 회전 반경이 각각 r[m]라고 하면, λ 는 다음의 수식
    λ = (r/ｌ)에 의해 정의되고, λ는 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 헤드와 제1바디부 사이에는 스프링이 게재된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  8. 도로 표면의 제1 돌기부내에 설치되어 에너지를 수집하는 에너지 하베스트 시스템에 있어서,
    제1 돌기부가 가압 또는 가압해제 됨으로써 발생되는 직선 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 제1 크랭크부;
    도로 표면의 제1 돌기부와 인접한 제2 돌기부가 가압 또는 가압해제 됨으로써 발생되는 직선 왕복 운동을 회전운동으로 변환하는 제2 크랭크부; 및
    제1 크랭크부와 제2 크랭크부를 작동적으로 연결하는 크랭크 샤프트;를 포함하며,
    상기 크랭크 샤프트는 발전기와 직접 또는 간접적으로 작동적으로 연결되어, 제1 돌기부가 가압 또는 가압 해제 됨에 따라서 상기 크랭크 샤프트가 회전되고 이에 의해 상기 발전기가 에너지를 생성하며,
    제1 크랭크부는,
    제1 돌기부내에 위치되는 제1 헤드와 연결된 제1바디부, 제1바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 커넥팅 로드, 및 제1 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제1 크랭크 아암을 가지고,
    제2 크랭크부는,
    제2 돌기부내에 위치되는 제2 헤드와 연결된 제2바디부, 제2바디부의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 커넥팅 로드, 및 제2 커넥팅 로드의 일단부와 회동 가능하게 연결되는 제2 크랭크 아암을 가지며,
    상기 크랭크 샤프트의 일단부는 제1 크랭크 아암과 작동적으로 연결되고 상기 크랭크 샤프트의 타단부는 제2 크랭크 아암과 작동적으로 연결되어 있고,
    제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암은 각각 원형 운동을 하되, 이들의 위상은 서로 180도 차이가 나는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    제1 커넥팅 로드와 제2 커넥팅 로드의 길이가 각각 ｌ[m]이고, 제1 크랭크 아암과 제2 크랭크 아암의 회전 반경이 각각 r[m]라고 하면, λ 는 다음의 수식
    λ = (r/ｌ)에 의해 정의되고, λ는 1/6 내지 2/5 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스트 시스템.
KR1020120156187A 2012-12-28 2012-12-28 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템 KR101346295B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120156187A KR101346295B1 (ko) 2012-12-28 2012-12-28 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120156187A KR101346295B1 (ko) 2012-12-28 2012-12-28 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101346295B1 true KR101346295B1 (ko) 2013-12-31

Family

ID=49989353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120156187A KR101346295B1 (ko) 2012-12-28 2012-12-28 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101346295B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102181932B1 (ko) 2020-04-29 2020-11-23 주식회사 비엠티 에너지하베스팅 체험 및 전시장치
KR20230099464A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 청주대학교 산학협력단 에너지 하베스트 복원 제동 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02139372U (ko) * 1989-04-25 1990-11-21
KR20040017559A (ko) * 2002-08-22 2004-02-27 안민아 발전장치가 구비된 과속 방지턱
KR20080081886A (ko) * 2008-08-22 2008-09-10 청우산업조명 주식회사 발전 기능을 가지는 과속 방지턱 구조
KR20090048735A (ko) * 2007-11-12 2009-05-15 성균관대학교산학협력단 차량에 의한 자가발전시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02139372U (ko) * 1989-04-25 1990-11-21
KR20040017559A (ko) * 2002-08-22 2004-02-27 안민아 발전장치가 구비된 과속 방지턱
KR20090048735A (ko) * 2007-11-12 2009-05-15 성균관대학교산학협력단 차량에 의한 자가발전시스템
KR20080081886A (ko) * 2008-08-22 2008-09-10 청우산업조명 주식회사 발전 기능을 가지는 과속 방지턱 구조

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102181932B1 (ko) 2020-04-29 2020-11-23 주식회사 비엠티 에너지하베스팅 체험 및 전시장치
KR20230099464A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 청주대학교 산학협력단 에너지 하베스트 복원 제동 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110187125A1 (en) Electrical Generator Apparatus, Particularly For Use On a Vehicle Roadway
CN105484933A (zh) 一种振荡浮子式波浪发电模拟装置
CN101639030B (zh) 一种水面波动能量回收装置
CN201685709U (zh) 震动式发电装置
KR101346295B1 (ko) 차량 하중을 이용한 에너지 하베스트 시스템
CN110943645A (zh) 一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器
US20210044177A1 (en) Electric generator device
KR101538991B1 (ko) 차량 주행력을 이용한 도로 매립형 발전장치
CN209621516U (zh) 一种海上环境监测平台的海洋能源捕获系统
EP2110554A1 (en) Gravity motor
CN1223068C (zh) 磁路结构、使用磁路结构的发电装置、电机和电子计时器
US20190229578A1 (en) Gyration energy generator
JP5093736B1 (ja) 浮体、あるいは浮体構造を持つ振り子式波力発電装置
CN202707354U (zh) 摆式波浪能发电装置
CN116566119A (zh) 一种能量再生减震机构
KR101187273B1 (ko) 전기 발생 장치
KR101200916B1 (ko) 압력식 도로용 발전장치
CN104279132A (zh) 汽车环保重力发电系统
CN107035607B (zh) 一种曲柄滑块式波浪能发电装置及其相位控制方法
CN102588236B (zh) 一种往复式碾压发电机及其应用方法
CN111365204B (zh) 一种公路减速带发电装置
CN209761642U (zh) 一种利用铁轨振动的发电装置
CN110500228B (zh) 一种用于采集潮流能的固定式双振荡耦合水翼发电装置
CN203230528U (zh) 一种潮流能发电装置
KR102552906B1 (ko) 파력 발전을 위한 일방향 회전력 발생 장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160922

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171127

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181025

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191220

Year of fee payment: 7