KR101587413B1 - 에너지 수확 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체에 다수의 원통형 자석이 삽입되는 구조를 통해 주변으로부터 발생하는 2차원적 진동에너지를 단일 구조물로 수용할 수 있는 도넛형 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 본 발명의 도넛형 에너지 수확 장치는 내부가 비어 있는 본체, 비어 있는 본체의 내부에 삽입되고 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄는 두 개 이상의 이동 자석, 본체의 외주면에 감기는 코일을 포함하며, 외부로부터 진동이 가해질 시, 본체 내부의 다수의 이동 자석이 상호간의 척력에 의해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 코일을 지나가면서 전류를 발생시켜 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 수확 장치{Device for energy harvesting}

본 발명은 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 진동에너지를 단일 구조물로 수용해 전기에너지로 변환하는 에너지 수확 장치에 관한 것이다.

최근 다양한 무선 센서, 휴대용 기기들의 활용 및 보급과 더불어 기기가 사용되고 있는 환경에서 실시간으로 전력을 공급받고자 하는 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 주변 환경에 존재하는 여러 에너지로부터 전기에너지를 생산하는 에너지 수확 기술에 관한 연구 활동이 활발히 이루어지고 있다.

그 중에서도 주변 환경이나 여러 플랫폼으로부터 발생하는 진동에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하려는 기술은 가장 대표적인 에너지 수확 기술로 받아들여지고 있다.

종래의 진동에너지를 수확하기 위한 기술은 변환 소자를 기준으로 압전 소자를 이용하는 방식, 정전 용량 소자를 이용하는 방식, 자석과 코일로부터의 전자기 유도를 이용하는 방식 등으로 분류될 수 있으며, 최근에는 이러한 방식들 중에서도 시스템 제작의 편의성 및 출력 안정성 등의 측면에서 다른 방식들에 비해 장점을 갖는 전자기 유도를 이용하는 방식에 관한 연구들이 주목을 받고 있다.

자석과 코일을 이용하는 전자기 유도 방식에 관한 최신 연구들은 구조적으로 크게 외팔보 형태, 실린터 형태를 선택하는 것이 대부분이며, 이러한 구조를 바탕으로 세부 파라미터의 변화를 통해 그 성능을 개선해 나가는 것에 초점을 두는 경향을 보이고 있다.

그러나 도 1에 도시한 바와 같이, 외팔보와 실린더 형태의 에너지 수확장치들은 그 특성상 1차원적 에너지만을 수용하는 구조적 한계를 지니고 있으며, 이는 주행하는 자동차와 같이 여러 방향의 진동이 혼합되어 발생하는 실제 물리적 환경에서 진동에너지를 효과적으로 수용하기에 비효율적이라는 문제점이 있었다.

따라서, 기존의 진동에너지 수확 방식들이 가지고 있는 1축 방향 에너지 수확의 한계를 극복하고 실제 환경에서 유용하게 적용될 수 있는 새로운 에너지 수확 기술이 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 제2012-0024018호(출원일 : 2010.09.03)

본 발명의 목적은 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체에 두 개 이상의 이동 자석이 삽입되는 구조의 에너지 수확 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 위 구조를 통해 진동의 방향과 주파수가 불규칙하게 발생하는 실제 물리적 환경에서 2차원적인 진동에너지의 수확이 이루어지도록 하는 에너지 수확 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체와, 비어 있는 본체의 내부에 삽입되고 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄는 두 개 이상의 이동 자석과, 본체의 외주면에 등간격으로 나선형으로 감기는 코일을 포함하며, 외부로부터 진동이 가해질 시, 본체 내부의 두 개 이상의 이동 자석이 상호간의 척력에 의해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 코일을 지나가면서 전류를 발생시켜 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치를 제공할 수 있다.

본체는 중심으로부터 방사 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 형상 또는 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형 파이프 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 코일의 단락을 방지하기 위해 각 코일 양쪽에 칸막이가 배치될 수 있는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 이동 자석은 본체의 형상과 동일한 형상이 되도록 형성된다.

또한, 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 이동 자석이 접착되고 이러한 이동 자석들의 다수가 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록 배치될 수도 있다.

도넛형 에너지 수확 장치는 외부에서 본체로 유체가 흐를 수 있는 통로를 추가 구성함으로써 외부로부터 유입되는 유체에 의해 이동 자석의 변위를 유발시켜 전류를 발생시킬 수도 있으며 단일 구조를 이용하여 2축 방향으로 발생하는 2차원 진동 에너지를 통해 종래의 외팔보, 실린더 형태의 에너지 수확 장치보다 더 효과적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 에너지 수확 장치에 따르면, 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체에 두 개 이상의 이동 자석이 삽입되는 구조를 통해 진동의 방향과 주파수가 불규칙하게 발생하는 환경에서 효과적으로 진동에너지를 수확할 수 있게 된다.

본 발명의 에너지 수확 장치를 활용하면 자동차에 설치된 센서의 전력 공급 문제를 해결할 수 있다.

또한, 개인용 이동 수단 및 레포츠 기기의 속도계, 후미등과 같은 전자기기들의 전력 공급 문제를 해결하기 위한 방법으로 활용될 수 있다.

또한, 인체에 부착 및 휴대되는 형태의 전자 기기와 인체의 활동 및 동작을 이용하는 인터페이스 기기에 접목되어 기기가 사용됨에 따라 전력을 얻고 그 전력을 통해 다시 기기를 동작시킬 수 있다.

도 1은 종래의 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 3은 본체에 칸막이가 설치된 에너지 수확 장치를 나타내는 평면도;
도 4는 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 자석이 접착된 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 5는 이동 자석의 변위를 유발시키기 위한 통로가 추가 구성된 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 수확 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 에너지 수확 장치(100)는 진동의 발생 방향, 진폭 및 주파수가 불규칙적으로 발생하는 플랫폼에 부착되어 플랫폼에서 발생하는 진동에너지로부터 전기에너지를 얻기 위한 것으로, 본체(110), 이동 자석(120), 코일(130)을 포함한다.

본체(110)는 소정의 둘레 길이를 가지며 내부가 비어 있는 도넛 형태로 형성되며, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 외주면에 코일이 감기는 것을 용이하게 하고 각 코일의 단락을 방지하기 위해 칸막이(111)가 배치될 수 있다.

본 실시예에서의 본체(110)는 중심에서 방사(radial) 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 형상이나, 필요에 따라 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형 파이프로 형성되어도 무방하다.

이동 자석(120)은 원통 형상 또는 본체와 같은 곡률을 갖는 환형 조각의 일부분으로 형성될 수 있으며, 본체(110)의 내부에 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록(NS-SN-NS-SN) 삽입된다.

그리하여 외부로부터 진동이 가해질 경우 본체(110) 내부의 두 개 이상의 이동 자석(120)이 상호간의 척력에 의해 움직이도록 설치된다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 이동 자석(120)은 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 자석이 접착되고 이러한 자석들의 다수가 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록(NSSN-NSSN-NSSN) 배치될 수 있다.

코일(130)은 도전체로 이루어진 와이어(wire)로 구성되며, 본체(110)의 외주면을 나선형으로 감싸도록 형성된다.

이 때, 코일은 등간격으로 감긴다.

또한, 코일(130)은 이동 자석(120)의 운동으로부터 발생되는 전자기 유도 현상에 의해 전류를 발생시켜 전기에너지를 획득한다.

상기 구성으로, 외부로부터 진동이 가해질 시, 본체(110) 내부에서 이동 자석(120)이 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 이동을 하게 된다. 이에 따라, 이동 자석(120)이 본체(110)의 외주면에 감겨진 코일(130)을 지나면서 코일(130)을 통해 전류를 발생시킨다.

도 5에 도시한 바와 같이, 에너지 수확 장치(100)는 외부에서 본체(110)로 유체(200)가 흐를 수 있는 통로(140)를 추가 구성함으로써, 외부로부터 유입되는 유체(200)에 의해 이동 자석(120)의 변위를 유발시키는 방식으로 전류를 얻을 수도 있다.

이렇게 생성된 전류는 무선 센서나 각종 전자 기기들에 공급될 수 있다.

이처럼, 에너지 수확장치(100)는 단일 구조를 이용하여 2축 방향으로 발생하는 2차원 진동에너지를 통해 종래의 외팔보, 실린더 형태의 에너지 수확 장치보다 더 효과적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 에너지 수확 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

100 : 에너지 수확 장치
110 : 본체 111 : 칸막이
120 : 이동 자석 130 : 코일
140 : 통로 200 : 유체

Claims (9)

1. 에너지 수확 장치에 있어서,
   내부가 비어 있는 본체;
   상기 비어 있는 본체의 내부에 삽입되고 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄는 두 개 이상의 이동 자석;
   상기 본체의 외주면에 감기는 코일을 포함하며,
   상기 본체는, 내부가 비어 있는 도넛 형태이고,
   외부로부터 진동이 가해질 시, 상기 본체의 내부의 두 개 이상의 이동 자석이 상호간의 척력에 의해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 코일을 지나가면서 전류를 발생시켜 전기에너지를 생성하고,
   상기 이동 자석은 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 이동 자석이 접착되고 이러한 이동 자석들의 다수가 상호 마주하는 면들의 극성은 모두 동일한 극성이 되도록 배치되며,
   상기 에너지 수확 장치는 외부에서 본체로 유체가 흐를 수 있는 통로를 추가 구성함으로써 외부로부터 유입되는 유체에 의해 이동 자석의 변위를 유발시켜 전류를 발생시키되, 상기 유체는 상기 이동 자석에 대해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 운동을 유발하며,
   상기 이동 자석은, 외부로부터 진동과 상기 유체의 이동 모두에 의해 운동이 유발되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체는 중심으로부터 방사(radial) 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 코일은 상기 본체의 외주면에 등간격의 나선형으로 감기는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 본체에는 상기 코일의 단락을 방지하기 위해 각 코일 양쪽에 칸막이가 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동 자석은 상기 본체의 형상과 동일한 형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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