KR101604620B1 - 자가발전형 과속 경고 장치 - Google Patents

Abstract

차량의 주행풍을 높은 효율로 이용하여 전기 에너지를 발생시키고, 이를 이용하여 과속 경고등을 작동시킬 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치는, 마찰대전물질로 구성된 양전하 대전체 및 음전하 대전체를 포함하고, 차량이 주행하는 도로의 일 영역에 설치되어 차량의 주행에 따른 주행풍에 따라 양전하 대전체 및 음전하 대전체의 마찰에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전모듈; 및 도로의 일 영역에 설치되고, 발전모듈로부터 발생된 전기 에너지를 공급받아 점등되는 경고등;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자가발전형 과속 경고 장치{SELF POWERED TYPE WARNING APPARATUS FOR SPEEDING}

본 발명은, 고속도로 등에서 차량의 주행 시, 과속 주행 차량에게 과속 경고 알림을 제공하기 위한 것으로, 구체적으로는 과속 경고 장치의 구동에 필요한 전기 에너지를 차량의 주행에 의해 발생되는 바람을 이용하되, 효율이 높고 설치가 간단한 장치를 이용하여 획득하여 제공함으로써, 과속 경고 장치의 구동 효율을 높이고 경고 효율 역시 높이기 위한 기술에 관한 것이다.

고속도로에서의 교통사고는 고속도로의 특성 상 큰 재산 및 인명피해로 직결되기 때문에, 고속도로에서의 교통사고를 방지하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.

일 예로, 차량 자체의 기능 향상을 통해, 횡방향 그루빙, 졸음운전 예방 알리미, GPS(Global Positioning System), 차선 추적 시스템, 무인 자동차 개발, 졸음 운전 감지 및 경고 시스템 등의 서비스를 제공하여, 운전자가 차량 내부의 기능을 이용하여 과속을 하지 못하거나, 졸음 운전 등을 방지할 수 있도록 하고 있다.

한편 고속도로에서는, 졸음 쉼터를 제공하여 고속도로 상에서의 차량의 졸음 운전을 방지하거나, 과속 경고 장치 등을 도로의 일 영역에 설치하여 졸음운전 및 과속운전에 대하여 운전자에게 경고 정보를 제공하는 서비스가 제공되고 있다.

고속도로에 설치되는 과속 경고 장치는, 예를 들어 조명을 점멸하는 등의 장치가 그 예로 들 수 있으며, 이러한 과속 경고 장치를 운용하기 위해서는 전기 에너지가 장치에 공급되어야 하는데, 고속도로에 전력을 공급 라인을 설치하는 것을 비용 및 에너지 효율 면에서 큰 문제점이 지적되어 왔다.

이를 위해, 한국 등록특허 제10-1115280호 등에서는, 도로상에 설치되는 태양 에너지 발전 모듈 및 풍력 발전 모듈 등을 이용하여 전기 에너지를 발생시키고, 이를 램프에 제공함으로써, 보행자의 안전성을 확보하거나 과속을 방지하는 기술을 제공하고 있다.

그러나 태양 에너지 발전 모듈은 그 특성상, 원하는 시점에 발전을 수행할 수 없어 차량이 지나갈 때 과속 경고 장치를 운용하기 위해서는 별도의 배터리 등의 에너지 저장 수단이 필요하고, 기존의 풍력 발전 모듈의 경우, 차량의 주행 시 발생하는 주행풍 및 기타 풍압을 효율적으로 이용할 수 없고, 이 역시 원하는 시점에 발전을 수행하기 어려워 차량이 지나갈 때 과속 경고 장치를 작동시킬 수 없는 문제점이 지적되어 왔다.

이에 본 발명은, 차량의 주행 시 발생하는 주행풍을 높은 효율로 이용하여 발전을 수행하고, 발전된 전기 에너지를 이용하여 작동하는 과속 경고 장치를 제공함으로써, 차량이 장치가 설치된 인근을 주행 시, 즉 과속 경고 알림 기능을 제공해야 하는 시점에 과속 경고 장치가 작동되도록 하여, 과속 경고의 효율을 높이는 동시에, 무전원으로 과속 경고 장치를 작동시킬 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치는, 마찰대전물질로 구성된 양전하 대전체 및 음전하 대전체를 포함하고, 차량이 주행하는 도로의 일 영역에 설치되어 차량의 주행에 따른 주행풍에 따라 상기 양전하 대전체 및 음전하 대전체의 마찰에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전모듈; 및 상기 도로의 일 영역에 설치되고, 상기 발전모듈로부터 발생된 전기 에너지를 공급받아 점등되는 경고등;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 차량이 주행하는 도로의 일 영역에 설치되어 차량의 주행에 따라서 마찰대전물질로 구성된 대전체 간의 마찰에 의해 전기 에너지를 발생시키고, 발생된 전기 에너지를 공급받아 점등되는 경고등을 포함하기 때문에, 차량이 발전모듈을 지나가는 경우에 경고등이 점등되어, 과속 경고등을 점등해야 하는 시점에 정확하게 과속 경고등을 점등하도록 하여, 과속 경고의 효율성을 높일 수 있다.

또한, 상기와 같이 차량의 주행풍을 직접 이용할 수 있어, 지속적이고 상기와 같이 정확한 시점에 높은 효율로 발전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치의 구성 및 설치 예.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 발전모듈의 동작의 예.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위해 사용될 수 있는 제2 대전체의 단면의 예.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치에 대하여 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치의 구성 및 설치 예이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 과속 경고 장치는, 발전모듈(10)과 경고등(20)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

발전모듈(10)은 도로(30)의 일 영역 설치되어 있으며, 마찰대전물질로 구성된 양전하 대전체 및 음전하 대전체를 포함함으로써, 차량의 주행에 따라 발생되는 주행풍에 의하여 양전하 대전체와 음전하 대전체의 마찰이 이루어지고, 이에 의해 전기 에너지를 발생시키는 기능을 수행한다.

본 발명에서의 도로(30)은, 기본적으로 주행풍이 충분히 발생될 수 있는 고속도로의 노면의 의미하나, 이에 제한되지는 않을 것이며, 양전하 대전체 및 음전하 대전체의 구조 및 크기에 의하여, 발전량이 조절됨으로써, 다양한 도로가 본 발명의 발전모듈(10)이 설치될 수 있는 장소로 선택될 수 있다.

발전모듈(10)은 도로(30)으로부터 기설정된 설치 높이(h)만큼 돌출된 높이에 설치되어, 주행풍을 이용할 수 있도록 설치될 수 있다. 설치 높이(h)는, 차량의 높이가 일정치 않음을 고려하고, 차량의 앞 유리 높이에서 차량의 측면 등에 설치되는 경우, 차량주행풍이 매우 약한 것을 고려할 때, 바람직하게는 자동차 타이어 가운데 위 정도의 높이로 설치되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 약 35cm가 바람직한 발전모듈(10)의 설치 높이(h)가 될 수 있으나, 이에 제한되지는 않을 것이다.

발전모듈(10)의 설치 위치는, 도 1 및 2에는 지지 기둥을 갖고 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 상기의 설치 높이(h)에 발전모듈(10)이 설치될 수 있는 위치라면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어 고속도로의 경우 중앙분리대의 측벽에 설치될 수 있으며, 중앙분리대와 관계없이 중앙선에 지지 기둥 또는 지지구조를 갖고 설치 높이(h)에 설치될 수 있다. 또는, 차량의 도로외곽측의 일 영역에 설치된 방지턱의 측벽에 설치되거나, 역시 지지 기둥 또는 지지구조를 가지고 설치될 수 있을 것이다. 즉, 발전모듈(10)은 상기의 설치 높이(h)에 위치할 수 있도록 하고, 차량의 주행에 지장을 주지 않는 위치라면 어느 곳에나 설치될 수 있을 것이다.

발전모듈(10)과 경고등(20) 사이는 라인(40)으로 연결되어 있으며, 발전모듈(10)에 의하여 발전된 전기 에너지가 라인(40)을 통해 경고등(20)에 전달됨으로써, 전기 에너지 발생 시 경고등(20)이 점등하여, 차량의 운전자에게 과속을 경고하게 된다.

경고등(20)은 도로(30)의 일 영역에 설치되고, 상기 언급한 바와 같이 발전모듈(10)로부터 발생된 전기 에너지를 공급받아 점등되는 것을 특징으로 한다. 도 1에서는 가로등과 같은 형태의 경고등(20)이 설치된 예를 설명하고 있으나, 도로(30)에 형성된 주행선 등 차량의 주행자가 주행 중 점등을 인지할 수 있는 어느 위치에라도, 경고등(20)이 다양한 형태의 조명으로 설치될 수 있음은 당연할 것이다.

경고등(20)은 차량의 주행 특성에 의해, 발전모듈(10)과 기설정된 설치 거리(d)만큼 차량의 주행 방향으로 이격된 위치에 설치될 수 있다. 발전모듈(10)과 경고등(20)의 설치거리(d)는, 예를 들어 차량의 속도가 120km/h인 경우, 1초에 33.33m를 이용하게 되므로, 발전모듈(10)이 차량의 주행풍에 의해 작동 및 발전을 시작한 뒤 차량이 최대 33.33m를 이동했음을 가정할 때, 70m정도가 됨이 바람직하나, 이 역시 경고등(20)의 설치 형태에 따라서 달라질 수 있음은 당연할 것이다.

경고등(20)의 설치 높이는 바람직하게는 신호등의 높이와 유사할 것이나, 설치 형태 등에 따라서 달라질 수 있다.

이를 바탕으로 구현 예를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2를 참조하면, 도로(30)을 따라서 차량(50)이 일정 방향(A)로 주행하게 되면, 주행풍(51)이 발생하게 된다.

주행풍(51)이 발생하는 방향을 향하여 발전모듈(10)이 설치되면, 발전모듈(10)의 양전하 대전체 및 음전하 대전체가 주행풍(51)에 의하여 마찰되고, 이에 의해 전기 에너지가 발생하게 된다. 발생된 전기 에너지는 라인(40)을 통해 경고등(20)에 전달되며, 전달된 전기 에너지에 의해 경고등(20)이 작동된다.

도 1 및 2에 대한 설명에서 언급한 본 발명에 의하면, 별도의 작동 타이머의 제어가 필요 없이, 차량이 주행시에만 전기 에너지가 생성되어 경고등(20)이 점등되기 때문에, 과속 경고를 위한 경고등(20)이 정확하게 점등되어야 하는 시점에만 점등되어, 과속 경고의 효율성을 크게 높일 수 있다.

또한, 차량의 주행풍을 직접 이용하기 때문에, 지속적이고 정확한 시점에 높은 효율로 경고등(20)의 작동을 위한 발전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 발전모듈의 동작의 예이다.

먼저 도 3을 참조하면, 발전모듈의 구성 예가 도시되어 있다. 상기 언급한 바와 같이 발전모듈은 크게 양전하 대전체와 음전하 대전체로 구성된다.

구체적으로, 발전모듈은, 양전하 대전체와 음전하 대전체 중 어느 한 대전 특성을 갖고, 도로에 설치된 케이스(13)에 고정된 제1 대전체(12)와, 제1 대전체(12)와 다른 대전 특성을 갖고, 일단은 토션 탄성체(14)에 의해 회동 가능하도록 제1 대전체(12)과 고정되며, 다른 단은 자유단으로 구성됨으로써, 주행풍의 풍력 및 토션 탄성체(14)의 탄성력에 의해, 고정된 일단을 중심으로 자유단이 한정적으로 회전운동을 반복하게 되는 제2 대전체(11)를 포함할 수 있다.

추가적으로, 제2 대전체(11)의 운동에 의하여, 제1 대전체(12)와 제2 대전체(11)가 접촉하면서 마찰될 때 발생되는 전자의 이동에 의해 발생되는 전압변화를 전기 에너지로 발생시키는 발전회로(미도시)가 케이스(13)에 포함될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 제2 대전체(11)는 제1 대전체(11)와 이격된 상태를 유지하다가, 주행풍이 발생되면 도 4에 도시된 바와 같이 제1 대전체(11)와 접촉하게 된다.

도 4의 상태는 순간적으로 발생되며, 이때 마찰대전물질의 특성에 의하여, 전자가 각 대전 특성에 의해 이동하게 된다. 만약 제1 대전체(12)가 음전하 대전체이고, 제2 대전체(11)가 양전하 대전체임을 가정하면, 도 4과 같이 접촉 시 제1 대전체(12)는 음극으로, 제2 대전체(11)는 양극으로 대전된다.

주행풍이 소멸되면, 토션 탄성체(14)의 탄성력 및 탄성력에 대한 복원력에 의해, 제1 대전체(12)는 수회 회동을 양방향으로 반복하게 되며, 이때 반복적으로 제2 대전체(11)와 접촉하게 되어, 도 4의 접촉 상태가 반복적으로 발생하게 된다. 이 경우, 대전 특성에 의하여 전자의 이동이 발생함에 따라서, 전압차가 반복적으로 발생하고, 발전회로에 의해 전기 에너지가 발생하게 된다.

본 발명에서 양전하 대전체로는 예를 들어 알루미늄(Aluminum)이 사용될 수 있고, 음전하 대전체로는 테프론(Teflon)이 사용될 수 있다. 예를 들어 제1 대전체(12)가 음전하 대전체로서의 테프론으로 구성될 수 있는데, 이는 테프론이 음전하 대전체 물질 중 밀도가 작아 주행풍에 의해 효율적으로 움직일 수 있기 때문이다. 한편, 제1 대전체(12)의 형상에 관한 예가 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위해 사용될 수 있는 제2 대전체의 단면의 예이다.

도 5를 참조하면, 제2 대전체는 스퀘어 형태(110), 스퀘어 프레임 형태(111), 반구 형태(112, 113) 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 반구 형태(112, 113) 및 스퀘어 프레임 형태(111)가 풍압을 받는 면적, 바람의 유동 억제력에서 장점이 있어, 주행풍에 의해 받는 항력이 매우 높을 것이다. 또한, 양 대전체의 접촉 면적을 높일 수 있어, 발전 효율이 높을 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이 제2 대전체(11)는 주행풍이 발생하는 방향과 반대방향으로 돌출되는 돌출부와, 돌출부가 형성된 영역에 빈 캐비티가 형성되는, 스퀘어 프레임 형태(111), 반구 형태(112, 113) 등이 사용될 수 있다.

이때, 제1 대전체(12)는 제2 대전체(11)의 운동 시 제1 대전체(12)가 통과할 수 있는 캐비티를 포함할 수 있다. 이는 도 3 내지 4에 도시된 바를 통해 확인할 수 있다.

도 3 내지 5에 대한 구현 예에 관한 시뮬레이션에 의하면, 차량의 주행풍에 의해 발생하는 풍압은 예를 들어 제1 대전체(12)의 면적이 1 제곱미터일 때, 262.91N 내지 345.94N까지 압력이 발생함으로써, 면적당 힘은 262.91Pa(파스칼) 내지 345.94Pa이 된다.

이때, 접촉 부피가 0.0006535 세제곱미터이고, 풍압을 받는 면적의 넓이가 0.0664제곱미터, 양 대전체(11, 12)의 접촉 면적이 0.06544제곱미터이고, 항력 계수가 1.6, 풍압이 221Pa, 이에 따른 힘이 14.7N, 차량과 제2 대전체(11)의 각도를 30도로 설정하였다. 차량과 제2 대전체(11)의 각도는 22.5도임이 가장 바람직하나, 7.5도 내지 52.5도 사이라면, 항력이 비교적 줄어들 가능성이 없어 어느 각도이나 가능할 것이다.

토션 탄성체(14)로서 토션 스프링의 경우, 스프링 두께가 0.008m, 토션 지름 0.02m, 모멘트 7.752 x 10^-6N·m, 토션 스프링 상수 1.48 x 10^-5N·m의 스펙을 가질 때, 지수비 2.5, 응력 수정계수는 1.443이고 이에 의해 발생하는 응력은 221Pa이 된다.

상기와 같은 대전체(11, 12)와 토션 탄성체(14)의 스펙에 의한 시뮬레이션 결과, 발전모듈이 1회 작동 시 얻을 수 있는 전력이 24.86W이다. 이는, 경고등(20)을 10분동안 작동시킬 수 있는 전력으로서, 본 발명의 기능 수행에 충분한 전력이다.

발전모듈이 1회 작동하기 위한 시간은, 음전하 대전체의 질량이 1.40Kg일 때, 2.1m/s로 나타나, 차량이 지나갈 때 바로 접촉이 이루어질 수 있음을 확인하였다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 적어도 하나로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 마찰대전물질로 구성된 양전하 대전체 및 음전하 대전체를 포함하고, 차량이 주행하는 도로의 일 영역에 설치되어 차량의 주행에 따른 주행풍에 따라 상기 양전하 대전체 및 음전하 대전체의 마찰에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전모듈; 및 상기 도로의 일 영역에 설치되고, 상기 발전모듈로부터 발생된 전기 에너지를 공급받아 점등되는 경고등;을 포함하고,
   상기 발전모듈은, 상기 양전하 대전체와 상기 음전하 대전체 중 어느 한 대전 특성을 갖고, 상기 도로의 일 영역에 고정된 제1 대전체; 상기 제1 대전체와 다른 대전 특성을 갖고, 일단이 토션 탄성체에 의해 회동 가능하도록 상기 제1 대전체와 고정되며, 다른 단은 자유단으로 구성되어, 상기 주행풍의 풍력 및 상기 토션 탄성체의 탄성력에 의해, 상기 일단을 중심으로 상기 자유단이 한정적으로 회전운동을 양방향으로 반복하게 되는 제2 대전체; 및 상기 제2 대전체의 운동에 의해 상기 제1 대전체와 상기 제2 대전체가 마찰 시의 전자 이동에 의하여 발생되는 전압변화를 전기 에너지로 발생시키는 발전 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전형 과속 경고 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 대전체는,
   상기 제2 대전체의 운동 시 상기 제2 대전체가 통과할 수 있는 캐비티를 포함하고,
   상기 제2 대전체는,
   상기 주행풍의 방향과 반대방향으로 돌출되는 돌출부와, 상기 돌출부가 형성된 영역에 빈 캐비티가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자가발전형 과속 경고 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 발전모듈의 상기 양전하 대전체 및 상기 음전하 대전체는,
   도로면으로부터 기설정된 높이만큼 돌출된 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 과속 경고 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 경고등은,
   상기 발전모듈로부터 기설정된 거리만큼 상기 차량의 주행방향으로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 과속 경고 장치.
   

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