KR101687820B1 - 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기는, 외부진동원에 의해 전체 장치가 진동할 때, 다수의 영구자석으로 인위적인 수평자력선이 분포되도록 한 자계형성장치와, 다수의 분할권선된 유도코일과 그 기판과 기판 이면의 정류장치 및 부속장치를 일체화하여 진동 가능한 구조로 구성된 생성전기회수장치가, 서로에게 진동궤도를 제공하는 형태로 맞물려 삽입되고, 유도코일과 수평자력선이 직교하도록 구성하여 효율적인 전자기유도작용 기전력을 얻을 수 있는 진동발전기이며, 단순 간결한 내부구조로 고장 없이 반영구적으로 사용 가능하고, 밀폐되어 외부환경으로부터 보호되면서도 휴대가 간편하며, 부피와 무게 면에서 동일한 제원의 타 발전장치에 비해 우수한 발생전력으로 산업적 이용 가능성을 높인 것이 특징이다. 또한, 회전력을 직선왕복운동으로 변환할 수 있는 장치를 구비하여, 자체진동력 뿐만아니라, 회전력에서 변환된 진동력을 병행하여 이용할 수 있도록 하고, 상기 두 발전기를 좀 더 효율적으로 활용할 수 있는 발전장치를 함께 제공한다.

Description

자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기{Vibration generator using self-oscillating power or torque-converted vibration force}

본 발명은 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 다수의 영구자석으로 인위적인 수평자력선을 형성하는 한 단위의 자계 형성장치와, 다수의 분할 권선된 유도코일과 그 기판, 기판 이면에 설치된 정류장치 및 복원력 발생장치가 일체화되어 진동가능하도록 구성된 한 단위의 생성 전기 회수장치 중 어느 일측 또는 양측이 모두 진동할 때, 그 진동에너지에서 최대의 전자기 유도 기전력을 얻을 수 있는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 관한 것이다.

진동을 이용하여 MEMS(micro electro mechanical system), 휴대용 전자기기 또는 발열 전기기기 등에의 전력동력원 제공을 위한 전자기유도 방식의 발전장치에 관한 종래 기술은 공개특허공보 공개번호 10-2010-0010359 '기능성 자가발전 신발' 및 공개특허공보 공개번호 10-2009-0121139 '진동 에너지 재생장치' 등의 예에서와 같이, 외부 진동 동력원을 회전력으로 변환시켜 발전하는 기술 내용이 개시되어 있으나, 이는 외부 진동 동력원을 발전장치에 연결할 동력전달수단 즉 기어·베어링·스크류 또는 크랭크 등을 필요로 하는바, 동력원의 감소가 불가피하고 부피가 클 수밖에 없다는 단점이 있고, 발전량도 수∼수십mW 정도이고, 기기의 고장이 잦아 산업적으로 원활하게 이용되지 않고 있다.

또한, 등록실안공보 등록번호 20-0396896 '자가발전 충전기가 내장된 휴대용 손전등'의 예에서는 진동 동력원을 회전력으로 변환시키지 않고 진동하는 영구자석의 외주면에 일정 공극을 두고 유도코일을 권선하여 코일 내에서의 자계변화에 따른 전자기유도 기전력으로 손전등을 밝히는 기술 내용이 개시되어 있으나, 이 또한 발전량이 수십 mW에 불과해 LED 전구 수 개 정도만 발광시킬 수 있을 뿐으로 손전등 외에는 다른 산업적 이용이 이루어지지 않고 있다.

상기 사례 모두가 수직으로 상관관계를 갖는 자계 형성장치와 유도코일장치에 있어서의 수직적 효율개선에만 집중되어 있고 수평적 장치확장과 효율개선에는 생각이 미치지 못한 결과, 충분한 외부 진동원이 인가된 경우에도 수십 mW 정도의 낮은 발전력으로 LED 전구 수 개를 밝히거나, 일부 저전력 소모형 MEMS 전력공급원 등으로만 이용될 뿐, 휴대폰 배터리를 충전하거나 소형 모터를 가동하는 등 광범위한 산업적 이용이 부족한 실정이다.

일본 공개특허공보 특개2013-188080 (2013.09.19 공개) 한국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0139239 (2012.12.27 공개)

본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 종래의 진동을 이용한 전자기유도 발전기에서의 수직적 효율개선은 물론이고, 더 나아가 수평적 장치확장과 효율 개선을 통해 전자기유도 기전력을 크게 향상시킬 수 있는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 진동발전기를 다수 개 장착한 장치에 주변에서 쉽게 접할 수 있는 자연의 다양한 운동에너지에서 용이하고 효율적인 방법으로 진동을 유발하고 전달되도록 하여, 아직까지 발전에 이용되지 않는 운동에너지에서 새로운 개념의 발전수단으로 친환경적인 그린(Green) 전기에너지를 얻을 수 있는 진동발전장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명이 채택한 구조적 특징은 다음과 같다.

첫째, 상기 선행 특허문헌에 개시된 종래의 진동발전기에 관한 기술 내용들은 복수의 영구자석을 수직으로만 동극 대향 구조로 교호 적층한 한 단위의 자계 형성장치가 진동할 때의 전자기유도 기전력을 얻는 것에 국한되어 있으나, 본 발명은 수직으로는 물론 동극 대향 구조로 교호 적층하면서 좀 더 효율적인 방식을 추구하고, 수평으로는 중앙의 원반(자석의 지칭에 있어서, 중앙에 중공부가 없는 경우 원통자석, 중공부가 있는 경우 링자석으로 지칭하나, 이하에서는 원통의 의미가 영어의 'cylinder' 즉 중앙에 중공부를 가진 원통의 의미로 사용하는바 혼동을 피하기 위해 원반자석이라 지칭한다)자석 또는 링자석을 중심으로 일정공극을 유지하며 동심원주의 지름이 점차 커지는 동심 원통상의 링자석을 서로 다른 자극을 마주하도록 배치한 구조를 갖는다.

따라서 중앙 링자석의 내주면에는 수직으로 반원 형태의 자력선(16, 도 19 참조, 이하 줄여서 '수직반원자력선'이라 지칭한다)이, 또 맨 바깥쪽 링자석의 외주면에도 수직 반원 자력선(17, 도 2 참조)이 분포되며, 수평으로 중간에 위치한 링자석들 사이에는 인위적인 수평자력선(15, 도 2 참조)이 분포되도록 한, 다수의(많게는 수십 개의) 영구자석을 조립한 한 단위의 자계 형성장치를 일정 진동 폭으로 진동시키게 된다.

둘째, 상기 자계 형성장치의 수평으로 중간에 위치한 자석과 자석 사이 공간에 조성되고, 수직으로 교호 적층한 자석의 두께에 해당하는 높이를 가진 오목한 동심 원통상의 공간 즉 상기 인위적인 수평자력선이 형성된 공간으로 용이하게 삽입될 수 있는 볼록(서로가 상대방에게 궤도를 제공하는 형태인바 보는 관점에 따라 오목, 볼록이 바뀔 수 있음)한 동심 원통상의 공간에 극세 코일을 사용하여 수직으로 얇고 수평으로 집중 권취한 수십 내지는 수백 개 단위로 분할권선(이하 수직으로 1칸에 분할권선한 코일을 '단위코일'이라 지칭한다)한 중간측 유도코일장치를 배치하여, 상기 자계 형성장치가 진동할 때 코일이 수평자력선(15, 도 2 참조)을 끊을 때 유기되는 전자기유도 기전력을 수집 회수할 수 있도록 한다.

셋째, 중앙 링자석의 내주면에 형성된 수직반원자력선(16, 도 16 참조)을 수평자력선으로 유도하여 상기 유도된 수평자력선을 끊을 수 있는 위치인 동심 원통상의 공간에 내측 유도코일장치를 배치하고, 맨 바깥쪽 링자석 외주면의 수직반원자력선(17, 도 2 참조)도 수평자력선으로 유도하여 상기 유도된 수평자력선을 끊을 수 있는 위치인 동심 원통상의 공간에는 외측 유도코일장치를 상기 둘째 항과 같은 방법으로 분할권선 배치하여 상기 자계 형성장치가 진동할 때, 상기 유도된 수평자력선을 끊을 때 유기되는 전자기유도 기전력을 수집 회수할 수 있도록 한다.

넷째, 상기 내측, 중간측 및 외측 유도코일장치에서 한 개의 동심 원통상에 분할권선한 단위코일은 개수에 관계없이 한쪽 끝단은 중성점으로 집결시켜 결선하고, 반대쪽 끝단만을 같은 극성을 같은 방향으로 배열한 다이오드의 중간에 연결하여 정류토록 한 다수상(多數狀) 전파정류장치를 개발 사용하여 부피를 최소화하면서도 간단하고 효율적인 정류가 되도록 한다.

다섯째, 전자기유도 작용으로 인한 기전력은 자계를 고정시키고 코일을 진동시켜 유발할 수도 있고, 코일이 자계와 동시에 진동하는 경우 역진운동(자계 형성장치가 위로 올라갈 때 유도코일장치는 아래로 내려가거나, 그 반대의 경우)을 유발시켜 도체와 자계 간의 상대속도(relative velocity) 증가효과 및 여진효과(餘震效果 : 외부진동원이 사라진 이후에도 일정시간 진동을 계속하는 효과)에 의해 기전력을 향상시킬 수 있으므로, 상기 둘째, 셋째 및 넷째 항의 유도코일과 그 기판, 기판 이면의 정류장치, 복원력 발생장치 및 부속장치를 일체화하여 진동가능한 형태로 구성한 생성전기 회수장치가, 자계 형성장치와 맞물려 서로에게 진동궤도를 제공하며 진동하는 형태로 용기 내에 수직으로 다수 교호 적층시켜 최소의 부피로 상대속도 증대 효과와 여진효과가 복합적으로 작용토록 하여 최대의 기전력을 얻을 수 있게 한다.

여섯째, 맨 바깥쪽 링자석의 외주면에 남아있는 수직반원자력선의 누설자계(漏泄磁界)를 기전력 향상으로 연결하기 위해 외장용기의 벽을 연자성(軟磁性) 재질로 구성하거나, 이중구조로 구성하고 그 속에 수평자력선 유도물질을 배치하거나 또는 압전효과를 이용한 발전장치를 추가로 설치하여 기전력 향상을 기한다.

일곱째, 상기 모든 장치들을 동심원통상의 외장용기에 내장시켜 외부 환경으로부터 보호되면서도 별도의 동력전달수단 없이 외부진동원이 용기 전체를 진동시킬 때 전자기유도 기전력을 얻을 수 있도록 한다.

여덟째, 외장용기의 외주면에 외부와의 전기적 연결을 위한 전극단자 및 본 발명의 진동발전기 다수를 쉽게 연결할 수 있는 장치를 구비하여, 본 발명의 진동발전기 다수를 수용할 수 있는 모듈, 패널 또는 컨테이너 박스 등에 쉽게 연결하고, 상기 장치 전체를 진동하여 발전할 수 있게 함으로써 대규모 발전수요에도 부응할 수 있도록 한다.

아홉째, 상기 재료들을 시중에서 비교적 많이 사용되는 영구자석과 코일로 구성하여 제조원가 면에서도 경제성을 가지도록 하였다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 무게와 부피를 최소화하면서도 용기 전체를 진동시켜 발전하는 구조로서, 휴대가 간편하고 기전력을 전자기유도 작용으로 얻고 있어 무게와 부피 면에서 동등한 타 발전장치에 비해 비교적 큰 전력을 얻을 수 있다. 따라서, 회전력으로의 변환이 곤란하거나 미약하여 사장되고 마는 주변의 작은 운동에너지에서도 용이하게 전기를 생산하여, MEMS·휴대용 전자기기 및 발열 신발 깔창, 장갑 및 내의 등의 전력공급원이나 지진, 고립 및 대정전 등의 비상상황에서의 비상전력 공급원이 될 수 있다.

또한, 외부 진동원의 힘의 크기에 따라 다수를 집단으로 설치할 수 있는 장치인 패널이나 컨테이너 박스 등에 집단 장착하여 그 전체를 진동시키는 방법으로, 수력발전 후 물의 진동에너지를 이용한 추가 수력진동발전, 용이하게 진동력을 이용할 수 있는 선상(船上) 또는 해양 설비상 대규모 파력진동발전, 연을 이용하여 끌어당기는 장력을 용이하게 진동력으로 변환하여 발전하는 풍력진동발전, 도로발전, 백화점이나 지하철역의 바닥발전 등 다양한 발전수단을 가능케 하여 전력부족난 해소에도 일익을 담당할 수 있다.

또한, 향후 소재과학의 발전으로 초극세 코일 또는 그래핀(graphin)이나 탄소 나노튜브에 절연체를 코팅한 코일대용품이 개발된다면 본 발명을 초소형화하여, 인공 심장박동기의 전력공급원 또는 독립 전원을 갖는 내시경과 같이 초소형이 요구되는 의료기기 분야를 비롯한 다양한 분야에 유용하게 활용될 수 있다.

또한, 다양한 산업적 이용가능성은 새로운 에너지 시장의 형성과 화석연료 사용절감 효과를 통한 경제적 이익뿐만 아니라, 환경보호 관점에서도 반사이익이 클 것으로 예상되며 초소형 의료기기에의 응용 확대는 신산업 창출로 이어질 수 있다.

또한, 국방상으로는, 탄두를 폭약이 아닌 레이저 장치로 구비하고, 몸체에 본 발명의 진동발전기 다수를 설치하여 미사일의 이동시의 운동에너지를 전기에너지로 축적하여 이를 일정 거리에서 직진파괴성이 우수한 레이저로 발사하여 상대에게 치명적 타격을 가할 수 있는 신개념의 무기개발로도 이어질 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기와 본 발명에 따른 진동발전기를 이용한 다력 복합이용 진동발전장치는, 주변에 광범위하게 존재하고, 쉽게 전력으로 변환하여 이용할 수 있는 자연의 운동에너지 범위를 확장하고 새로운 개념의 발전방법을 제공하여 새로운 그린 전기에너지 발전시장을 창출하고, 전기자동차 및 전기배 등 전기운송수단의 대중화를 촉진하며, 전기매매업 또는 중개업 등 새로운 산업을 등장시키는 등 사회 각 분야에 변화를 유도할 것이며, 더 나아가 지구의 환경보존에도 일익을 담당할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 전체 조립상태에서의 개략적인 종단면도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 자계 형성장치의 개략적인 종단면도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 자계 형성장치의 개략적인 사시도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 내측 유도코일장치의 개략적인 사시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 외측 유도코일장치의 개략적인 사시도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 자계 형성장치와 내측 및 외측 유도코일장치의 동작과정을 나타낸 개략적인 사시도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 다수상 전파 정류장치의 개략적인 사시도 및 정류회로도와 평활 회로도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 전체 조립 개략적인 종단면도,
도 9는 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 바람직한 자계 형성장치의 설명을 위한 개념도,
도 10은 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 바람직한 단위코일 구성의 설명을 위한 개념도,
도 11은 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 바람직한 단위코일 수평분할의 예에 따른 평면도,
도 12은 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 바람직한 다수상 전파정류장치의 저면도,
도 13 내지 도 31은 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 다양한 실시 예들을 보여주는 도면,
도 32 및 도 33은 본 발명에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기의 개략적인 종단면도,
도 34 및 도 35는 본 발명에 따른 진동발전기를 이용한 다력 복합이용 진동발전장치의 설명을 위한 개략적인 개념도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 외부 진동원에 의해 전달된 자체 진동력만으로 발전하는 진동발전기를 '자체 진동력을 이용한 진동발전기'라 지칭하기로 하고, 자체 진동력과 회전력에서 변환한 진동력을 병행하여 이용하는 진동발전기를 '회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기'라 지칭하기로 한다.

또한, 상기 발전기 다수를 장착한 장치에 여러 운동에너지를 복합적으로 이용하여 진동을 유발하는 장치를 결합시켜 구성한 발전장치를 '다력 복합이용 진동발전장치'라 지칭하기로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기에 있어서, 자체 진동력을 이용한 진동발전기의 전체 조립상태에서의 개략적인 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자체 진동력을 이용한 진동발전기는 자계 형성장치(10), 내측 유도코일장치(20), 외측 유도코일장치(30), 다수상 전파정류장치(40), 중앙축 연장장치(50), 복원력 발생장치(60) 및 외장용기(70)를 포함하여 이루어진다. 상기 외장용기(70)에는 외부와의 전기적 연결을 위한 한 쌍 이상의 전극단자(미도시)가 구비되고, 본 발명의 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기를 복수로 연결을 용이하게 하는 연결장치(미도시)가 구비될 수 있다.

자계 형성장치(10)는 도 2 및 3과 같이 다수의 중앙원반자석(11)이 수직으로 동극대향 구조로 교호 적층되어 삽입된, 박막의 강자성체 파이프(11b)가 중앙기판(19)의 중앙에 형성된 중공부(19f)를 관통하며 중앙기판(19)과 결합되어 중앙기판(19)을 중심으로 상부와 하부에 같은 길이의 중앙축(18)을 형성한다. 중앙기판(19) 제조시 상기 파이프(11b)를 삽설하여 제조하는 것이 바람직하다. 또 중앙원반자석(11)과 두께와 갯 수가 같으면서 중앙원반자석(11)의 외경과 일정공극을 유지할 수 있는 내경을 가진 첫 번째 링자석(12, 내부에서 외부로의 방향이며 이하 동일하다)을 수직으로는 교호 적층하고 수평으로는 중앙원반자석(11)과 서로 다른 극을 마주하도록 설치한다. 첫 번째 링자석(12)과 두께와 갯 수가 같으면서 첫 번째 링자석(12)의 외경과 일정공극을 유지할 수 있는 내경을 가진 두 번째 링자석(13)을 역시 수직으로는 교호 적층하고 수평으로는 서로 다른 극을 마주하도록 설치한다. 동일한 방법으로 수평으로 동심원주의 지름이 점차 확장하는 링자석을 계속 더 배치할 수 있다. 반대쪽 기판에도 똑같은 방법으로 설치하여 상하가 동일한 형상이 되도록 한다. 본 일 실시의 예 1에서 영구자석(중앙원반자석(11), 첫 번째, 두 번째 링자석(12,13))은 모두 보자력이 우수한 네오듐자석을 사용하였으며 그 사양에 대해서는 후술토록 한다. 상기 자석들은 자석제조시 수직으로 교호로 착자(着磁)한 자석으로 대체할 수도 있으며, 그 형태는 원반자석 및 링자석의 조합이 바람직하나 타원형 또는 다각형의 형태도 가능하다.

첫 번째 링자석(12)의 내주면과 외주면 그리고 두 번째 링자석(13)의 내주면은 모두 박막의 강자성체 파이프(12a,12b,13a)가 설치되어 중앙기판(19)쪽 끝단은 기판에 삽설되고 반대쪽 끝단은 압착 고정하며, 수직으로 교호 적층되는 자석 간에는 배척력이 발생하므로 자석의 이탈 방지를 위해 상기 강자성체 파이프(12a,12b,13a)의 내주면에 접착제를 사용하여 고정하였으나, 바람직한 것은 자석들의 일정부위에 관통공을 조성하여 볼트와 너트 등의 체결장치로 고정하거나, 자석 제조시 수직으로 암수 한 쌍의 체결장치를 갖추는 것이며, 이에 한정하지 않고 다른 수단도 가능하다. 상기 파이프(12a,12b,13a)도 중앙기판(19) 제조시 삽설하여 제조하는 것이 바람직하다. 자계 형성장치(10) 전체의 외주면은 박막의 강자성체 파이프(13b)에 삽입되고 상하 양 끝단을 압착 고정하며, 배척력이 발생 되는 자석들의 이탈 방지를 위해 상기 파이프(13b)의 내주면에도 접착제를 사용하여 고정한다. 본 일 실시의 예 1에서는 중앙기판은 4mm 두께의 PC(폴리카보네이트)판을, 박막의 강자성체 파이프는 연철 파이프를 사용하였다.

첫 번째 링자석(12)과 두 번째 링자석(13)의 상하 끝단의 동심원판에는 탄성패드(12c,13c)를 부착하여 진동시 충격을 완화하도록 한다. 본 일 실시의 예 1에서는 평상시 1mm, 충격시 0.2mm로 줄어드는 합성수지 탄성패드를 사용하였다. 중앙기판(19)상의 자석과 자석 사이의 동심원판(19g,19h)에도 탄성패드를 추가 구비할 수 있다.

상기 자석들의 내주면과 외주면의 강자성체 파이프(11b,12a,12b,13a,13b)는 투자율(透磁率)을 고려하여 타공(打空)하거나 다른 재질로 변경될 수도 있다. 상기 자계 형성장치(10)의 진동폭은 중앙기판(19) 상하 끝단의 표면에서 수직으로 교호 적층한 상하 어느 하나의 자석 높이(14)이다.

도 4의 내측 유도코일장치(20)는 상기 자계 형성장치(10)의 자석과 자석 사이의 공간에 각각 대응하여 설치된다. 이러한 내측 유도코일장치(20)는 중앙에 중공부(27)를 가진 상하 두 개의 기판(28,29)상에 조성되며, 중앙 중공부(27)의 내주면은 상기 자계 형성장치의 중앙축(18)의 외주면과 일정공극을 가지면서 상기 자계 형성장치 중앙축(18)의 궤도가 되는 비자성체 파이프(21a)를 구비하고, 상기 자계 형성장치의 중앙기판(19)의 상하 끝단의 표면이 최대로 상승 또는 하강시 내측 유도코일장치(20)의 상하 끝단의 동심원판상의 표면과 일치되도록 진동을 제한하는 위치에 고정된다. 상기 비자성체 파이프(21a)는 투자율을 높이기 위해 타공한 비자성체 파이프가 바람직하며, 본 일 실시 예의 1에서도 타공한 박막의 스텐 파이프를 사용하였다.

첫 번째 동심원통(21)과 두 번째 동심원통(22)의 상하 끝단에는 진동 충격 완화를 위한 동심원판상의 탄성 패드(21c,22c)를 부착하며, 상기 자계 형성장치(10)의 상하 끝단이 닿는 내측 유도코일장치(20)의 상하 기판(28,29)에 조성된 동심원판의 공간에도 탄성 패드를 추가로 구비할 수 있다. 상기 다수의 유도코일장치(20)의 내주면은 한쪽 끝단이 상하 기판(28,29)에 삽설된 박막의 비자성체 파이프(21a,22a)로 구비되고, 상기 파이프(21a,22a) 외주면에 수직으로 최대한 얇게, 수평으로 집중 권취한 다수의 단위코일들(21p,22p)을 설치한다. 본 일 실시의 예들에서는 전기드릴을 이용하여 수작업으로 단위코일들을 분할권선 하였다.

상기 내측 유도코일장치(20)는 상기 자계 형성장치(10)가 진동할 때 자력선을 끊는 위치에 노출된 유도코일에 전자기유도작용으로 유기되는 기전력을 회수하기 위함이며, 그 기전력의 크기는 전자기유도공식에서 코일의 권선수에 비례하므로, 권선수 증대를 위해 극세코일을 사용하되, 자력선은 자극(磁極)에 집중되기 때문에 자극의 변화를 더 많이 수용할 수 있고, 코일의 자기 인덕턴스를 줄이기 위해 수직으로 최대한 얇고 수평으로는 빈공간 없이 권선수를 많게 해야 하는바(상기 작용이치는 후술한다), 이미 상용화가 많이 이루어진 0.02mm

의 극세코일을 자동권선기로 빈공간 없이 권취한 보빈리스코일(보빈 없이, 접착제를 사용하거나 자가융착시켜 고형화한 코일)을 적층하는 것이 바람직하다. 본 일 실시의 예에서는 수작업상의 어려움으로 0.03mm

의 코일을 전기드릴을 이용하여 분할권선(21p,22p)하고, 외주면은 코일보호를 위해 절연니스를 덧칠한 후 보호필름(21b,22b)을 부착하였다.

도 5의 외측 유도코일장치(30)는 상기 자계 형성장치(10)의 맨 바깥쪽에 수직으로 교호 적층한 링자석(13)의 외주면과 일정공극을 가지면서 상기 링자석(13)의 자계가 변화하는 공간 즉 상부 유도코일장치 기판(28)의 밑면에서 하부 유도코일장치 기판(29)의 윗면까지의 동심원통상의 공간(33)에 설치된다. 내주면은 상기 내측 유도코일장치에서와 같이 박막의 비자성체 파이프(31a)로 구성되며, 여기에 상기 내측 유도코일장치(20)의 설명과 같은 이치로 보빈리스코일을 적층하고 외주면은 절연니스로 덧칠 후 보호필름(31b)을 부착하는 것이 바람직하다. 본 일 실시의 예에서는 타공된 박막의 스텐파이프에 0.03mm

의 코일을 전기드릴을 사용하여 분할권선(31p)하고, 외주면은 절연니스로 덧칠 후 보호필름(31b)을 부착하였다.

수직으로 중앙에는 동심원판상의 비철금속 재질의 연결부(32)가 구비되고 그 표면에는 암수 한 쌍의 삽입식 연결장치(미도시)가 설치된다. 본 일 실시의 예에서는 플라스틱을 사용하여 접착 고정시켰다. 이해를 돕기 위해 상부 기판(28)의 도시는 생략하였는바 부호 '31f'는 상부 기판의 수직으로 바로 하부에 위치한 단위코일의 수평방향 절단면을 나타낸다.

도 6의 자계 형성장치(10)와 내측 및 외측 유도코일장치(20,30)의 동작과정에 대한 사시도를 보면, 자계 형성장치(10)의 중앙기판(19) 아래로, 수평으로 중앙원반자석(11)과 첫 번째 링자석(12) 사이의 동심원통의 공간과 첫 번째 링자석(12)과 두 번째 링자석(13) 사이의 수직으로 적층된 자석의 두께(14)에 해당하는 높이를 갖는 동심원통의 공간 내부로, 내측 유도코일장치(20)의 첫 번째 동심원통상의 유도코일장치(21)와 두 번째 동심원통상의 유도코일장치(22)가 삽입되어 자계 형성장치(10)가 진동하면, 도 2의 자계 형성장치(10)의 수평자력선(15)을 끊는 위치에 노출된 내측 유도코일장치(20)에는 코일이 자계를 끊는 경우의 전자기유도작용에 의한 기전력이 생기고, 동시에 도 2의 맨 바깥쪽 링자석(13)의 수직반원자력선(17)을 끊는 위치에 노출된 외측 유도코일장치(30)에는 코일 내의 자계 변화에 따른 전자기유도작용의 기전력이 생긴다. 상기 수직 반원자력선(17)은 수평자력선으로 유도하는 것이 바람직하며 그 작용이치는 후술한다. 도 6에서 외측 유도코일장치(30)은 내측 유도코일장치(20)보다 수직으로 높으므로 부호 '31j'로 표시된 동심원판은 외측 유도코일장치(30)의 수평방향 절단면을 나타낸 것이고, 부호 20e는 내측 유도코일장치(20) 상부 기판(28)의 수직으로 맨 위에 위치한 단위코일의 수평방향 절단면을 나타낸다.

상기 자계 형성장치(10)와 내측 유도코일장치(20)의 동심원통공간과 동심원통공간은 서로 맞물려 삽입되면서 서로에게 진동 궤도를 제공하는 형태로 구성되며, 자계 형성장치(10)는 진동하지 않는 균형상태인 경우, 도 1과 같이 상하 끝단이 상부와 하부 내부유도코일장치(20)의 수직으로 중앙에 위치하도록 설치되거나, 자체 무게에 의한 자유낙하운동이 원활하게 일어날 수 있도록 상부에 조금 치우치게 설치되는바, 자계 형성장치(10)가 조금이라도 진동하게 되면 상하 양쪽의 내측 유도코일장치(20)와 외측 유도코일장치(30)에서 전자기유도 작용의 기전력을 얻을 수 있다.

도 7의 다수상(多數狀) 전파정류장치(40)는 상부와 하부로 나눠진 유도코일장치의 기판(28,29)의 이면에 설치되며 기판의 구멍(41)을 통해 유도코일과 연결된다. 상기한 다수의 내·외측 유도코일장치(20,30)에 있어서 동일한 동심원통상에 적층된 코일들은 갯 수에 관계없이 한쪽 끝단은 기판(28,29) 이면의 중성점(42)으로 집합·결선 되고 다른 한쪽 끝단만을 같은 방향으로 같은 극성을 갖도록 배열된 다이오드의 중간에 연결하여 정류하는 장치로서, 각각의 단위코일에서 발생하는 교류를 각각 전파정류장치에 연결하여 직류로 전환 시킨 후 이를 합한 값과 거의 동등한 수준의 정류 값을 얻을 수 있으면서도, 결선장치 수와 다이오드 수를 절반 이하로 줄인 장치이다. 또 부피를 최소화하여 유도코일장치 기판(28,29)의 바로 이면에 설치되어, 전류가 발생하는 현장에서 즉시 정류 처리토록 하여, 배선의 길이에 비례하여 커지는 내부저항에 의한 손실을 최소화하였고, 본 일 실시의 예 1 및 2의 수백 개에 달하는 단위코일들을 상기 정류장치(40)를 통해 효율적으로 정류하였다. 평활회로는 상기 정류장치를 통해 정류된 직류 전류를 병렬 연결한 후, 콘덴서 및 저항과 연결하여 직류 파형을 좀 더 평탄화하는 회로(43)로 구비된다. 본 일 실시의 예에서는 200μF의 콘덴서와 1MΩ의 저항을 사용하였다.

도 1의 중앙축 연장장치(50)는 자계 형성장치(10) 중앙축(18)의 외경과 같은 외경을 갖는 비자성체 원통이나 파이프로서, 중앙축(18)의 궤도 이탈 방지와 한 쌍으로 이루어진 복원력 발생 자석(60)의 한쪽을 연결해 주는 역할을 하며, 스텐파이프로 구비되는 것이 바람직하고, 본 일 실시의 예에서도 스텐파이프를 사용하였다.

도 1의 복원력 발생장치(60)는 상기 중앙축 연장장치(50)의 상하 끝단과 상기 내측 유도코일장치(20)의 상·하부 기판(28,29)의 중앙 중공부에 설치된 비자성체 파이프(21a)를 연장한 동심원통상의 공간에 상기 중앙축 연장장치(50) 상하 끝단의 원반자석과 같은 자극을 마주하도록 원반자석을 설치하여, 그 배척력으로 상기 자계 형성장치(10)의 자유 낙하력을 복원시켜 계속 진동할 수 있도록 한 장치로서, 스프링이나 고탄력 합성수지 등의 탄성부재로 대체할 수도 있다. 본 일 실시의 예에서는 중앙에 원반자석만을 배치하여 구성하였다.

상기 중앙축 연장장치(50)와 복원력 발생장치(60)는 내측 유도코일장치 기판(28,29)의 수직으로 중간에, 자계 형성장치(10)의 맨 상하 끝단의 자석과 동극대향 구조로 하여 복원력을 발생하는 자석을 삽입하여 대체하는 것이 바람직하다.

도 1의 외장용기(70)은 맨 바깥쪽 링자석(13)의 수직반원자력선을 수평자력선으로 유도하기 위해 자석에의 다소간의 흡인력을 갖으면서 외관을 상품성 높게 장식할 수 있는 연자성(軟磁性)의 스테인리스 재질로 구비하는 것이 바람직하며, 외주면에는 외부와의 전기적 연결을 위한 전극단자와, 본 발명장치 다수를 연결할 수 있는 연결장치를 구비하며, 용기의 일부를 반복적인 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 구비하는 것이 바람직하다. 본 일 실시의 예에서는 내충격성이 우수한 PC 재질의 동심원통관을 사용하였다.

(일 실시의 예 1, 도 1 내지 도 7)

자계 형성장치(10)의 중앙원반자석(11)은 외경 13mm* 두께 6mmT를, 첫 번째 링자석(12)은 내경 20mm

* 외경 26mm

* 두께 6mmT를, 두 번째 링자석(13)은 내경 34mm

* 외경 42mm

* 두께 6mmT를 사용하여 중앙기판(19)을 가운데 두고 수직으로 동극대향 구조로 3칸씩 교호 적층하여 상하의 진동폭이 각각 18mm가 되도록 하고, 수평으로는 이극대향 구조로 설치하였다.

내측 유도코일장치(20)는 상기 자계 형성장치(10)의 중앙원반자석(11)과 첫번째 링자석(12) 사이 및 첫 번째 링자석(12)과 두 번째 링자석(13) 사이에 조성된 높이 18mmH의 오목한 동심원통상의 공간으로 삽입될 수 있는, 첫 번째 동심원통상의 권취공간(21, 내경 14mm

* 외경 18.5mm

* 높이 18mmH)과, 두 번째 동심원통상의 권취공간(22, 내경 27.5mm

* 외경 32.5mm

* 높이 18mmH, 수작업이었던바 자석들의 외경과 충분한 공차를 유지함)에, 전기드릴을 이용한 수작업 권취시 끊김 방지를 위해 극세코일 보다는 굵은 0.03mm

의 코일을 사용하여, 수직으로 24칸씩으로 분할하여 평균 두께가 약 0.75mmT이면서 수평으로 약 2mmW의, 수직으로 얇은 동심원통상의 단위코일의 갯 수가 상부 48개, 하부 48개, 합계 96개가 되도록 구성하였다.

외측 유도코일장치(30)는 상기 내측 유도코일장치(20)와 같은 기판(28,29)상에 설치되며, 상부 기판(28)의 하단과 하부기판(29)의 상단에 이르는 54mmH의 동심원통상의 권취공간(31, 내경 43.5mm

* 외경 48mm

* 높이 54mmH)(도 6 참조)중 연결부(32)의 설치를 위한 8mmH를 제외한 46mmH의 공간을, 수직으로 평균 두께가 0.64mmT이면서 수평으로 약 2.2mmW의 폭을 갖는 수직으로 얇은 동심원통상의 단위코일의 갯 수가 72개가 되도록 구성하였다. 합계 168개의 단위코일들은 기판(28,29)에 조성된 구멍(41)을 통해 기판 이면의 다수상 전파정류장치(40)와 연결하여 직류로 전환하고, 전선 단자 간을 병렬로 연결하여 합치고, 상부와 하부 기판의 전선도 병렬로 연결한 후, 평활회로(43)를 거쳐 외부와 전기적으로 연결할 수 있도록 하였다.

상기한 작업들은 모두 수작업으로 이루어졌던 바, 정밀성이 부족한 장치로 인한 코일 손상, 전기드릴을 사용한 수작업 권취시의 코일 끊김, 결선과정에서의 손상 등으로 전체 168개의 단위코일 중 약 5분의 2에 해당되는 70개가 제 기능을 발휘할 수 없었으며, 외경 55mm

* 높이 120mmH의 동심원통상의 플라스틱 외장용기(70)에 내장하였던 바 총 무게는 590g 이었다.

상기 견본품에 충분한 외부진동원이 인가된 경우, 즉 손이나 발을 사용하여 빠르게 흔들어 준다든지, 신체에 부착 또는 소지한 상태에서 뛰거나 춤추는 경우, 밀봉된 채 폭포수, 모여진 빗물 또는 수돗물 등의 낙하에너지에 노출된다든지, 침대나 탄성 놀이기구 밑에 장착하고 밟아서 진동시키는 경우 등 약 3 내지 5Hz 정도의 진동에서는 최대 25V, 40mA 즉 1000mW(1W)의 전력을 생산할 수 있었고,

보통 걸음 정도의 진동, 탑승한 버스나 지하철 등 운송수단의 진동, 바람의 영향을 많이 받도록 깃을 부착하여 나뭇가지에 매단 경우 등 약 1 내지 2Hz 미만의 외부진동원하에서는 5V, 6mA 즉 30mW의 전력을 생산할 수 있었다.

상기 견본품을 손목의 힘만으로 가볍게 흔들어 주는 진동력으로 3V의 건전지를 사용하여 구동되는 자동방향제 모터를 계속하여 구동시키거나 3V용 LED 전구 약 50개를 한꺼번에 발광시킬 수 있었고, 코인형 리튬이온 배터리(2450모델, 완전충전시 4V, 120mA)를 4시간 정도 걸려 완전충전할 수 있었다.

전자기유도작용의 기전력의 크기는 코일의 권선수에 비례하므로, 권선수 증대를 위해 코일 굵기를 상기 견본품에서 사용한 0.03mm

대신 기개발되어 상용화가 많이 이루어진 0.02mm

의 극세코일을 자동권선기로 빈공간 없이 권취한 보빈리스코일로 대체 사용한다면, 권선수는 늘어난 권취공간의 단면적 값의 제곱에 비례하므로 견본품과 동일한 권취공간이라면 최소 2.25(가로 1.5* 세로 1.5)배 이상으로 권선수를 늘릴 수 있고 그만큼 기전력을 높일 수 있다(코일의 자기 인덕턴스는 후술한다). 또 정밀기계에 의한 작업으로 코일 권취 과정이나 결선 과정에서의 손상을 방지한다면 1.4(전체 분할권선수 168 / 미손상 권선수 98)배 기전력을 높일 수 있다. 따라서 상기 견본품에의 적용에 무리가 없는 상기 2가지 조건만 충족되어도 동일한 제원으로 약 3배 이상의 기전력 향상을 예상할 수 있었다.

(일 실시의 예 2 : 도 8)

본 예 2에 따른 도 8은, 상기 예 1을 구성하는 장치와 크기만 조금 다를 뿐 특징이 변한 것이 없고 혼동의 우려가 없는 바, 상기 예 1에서의 부호를 원용한다. 자계 형성장치(10)의 중앙원반자석(11)은 외경 13mm

* 두께 6mmT를, 첫 번째 링자석(12)은 내경 20mm

* 외경 26mm

* 두께 6mmT를 사용하여 중앙기판(19)을 중심으로 상하 각 4칸씩을 수직으로 동극대향 구조로 교호 적층하고 수평으로 이극대향 구조로 설치하여 상하 진동폭이 각각 24mmH가 되도록 하였다. 일 실시의 예 1의 자계 형성장치(10)와 비교할 때 수평으로 맨 바깥쪽 링자석이 없으면서, 수직으로 한 칸씩 더 적층된 길쭉한 구조이다.

내측 유도코일장치(20)은 상기 자계 형성장치(10)의 중앙원반자석(11)과 첫번째 링자석(12)과의 사이에 조성된 동심원통상의 공간에 삽입될 수 있는 권취공간(내경 14mm

* 외경 18.5mm

* 높이 24mmH)을, 일 실시의 예 1에서와 같이 0.03mm

코일을 사용하고, 24mmH 높이의 공간을 32칸으로 나누어 수직으로 평균 두께 0.75mmT이고 수평으로 약 2mmW의 폭을 갖는, 수직으로 얇은 동심원통상의 분할권선한 단위코일이 64개인 구조이다.

외측 유도코일장치(30)는 내측 유도코일장치의 상부기판(28)과 하부기판(29)사이의 권취공간(내경 27.5mm

* 외경 33mm

* 높이 72mmH)을, 총 높이 72mmH중 중앙연결을 위한 8mmH를 제외한 64mmH를 80칸으로 나누어 수직으로 평균 두께 0.8mmT이고 수평으로 약 2mmW의 폭을 갖는 수직으로 얇은 동심원통상의 단위코일이 80개가 되도록 구성하였다.

모두 144개의 유도코일들을 일 실시의 예 1에서와 같은 방법으로 다수상 전파정류 후 평활회로(43)를 거쳐 외부와 전기적으로 연결되도록 하였다.

수작업의 한계로 상기 코일중 4분의 1 상당인 34개가 제 기능을 할 수 없었으며, 외경 35mm

* 높이 140mmH의 플라스틱 외장용기(70) 내에 내장하였고 무게는 370g이었다. 상기 견본품은 일 실시의 예 1에서의 충분한 진동 인가시 최대 30V, 25mA 즉 750mW를, 보통걸음 정도의 진동하에서는 5V, 4mA 즉 20mW의 전력을 생산할 수 있었고, 상기 견본품을 손목의 힘만으로 가볍게 진동시켜 자동방향제 모터를 계속 구동시키거나, 3V용 LED 전구 약 40개를 한꺼번에 발광시킬 수 있었다.

이하에서는 상기 일 실시의 예 1 및 2의 결과를 참조하여 바람직한 실시의 예들에서 구현되어야 할 발명사상에 대해 설명한다.

균일한 자기장을 전제로 코일이 자계를 끊을 때의 전자기유도 공식은 E=B*L*V*sinθ(E: 기전력, B: 자속의 밀도, L: 권선수, V: 도체의 움직이는 속도,θ: 도체가 자력선을 끊는 각도)라는 식으로 표현되고(이하 '1식'으로 지칭한다), 코일 속에서 자계가 변화할 때의 전자기유도 공식은 E=-N*ｄΦ/ｄｔ(N: 코일의 권선수, ｄΦ/ｄｔ: 단위시간당 자속의 변화비율)라는 식(이하 '2식'으로 지칭한다)으로 표현되며, 움직이는 도체와 움직이는 자계가 복합적으로 작용하는 본 발명은 엄밀하게는 상호 유도를 이용한 기전력의 생성으로서, 상기 2식에다 권선수와 자속에 비례하는 일정 상수가 도입된 상호유도의 공식 E=-M △I/△t (M은 상호유도계수, I는 유도전류, 이하 '3식'으로 지칭한다)으로 표현된다. 자계와 코일의 상대 관계에 의한 진동발전기의 전자기유도 기전력은 상기 3개의 식에 따른 것으로 이해된다. 그러나 여러 가지 실험을 하는 과정에서 상기 1식의 개념에 입각해 효율성을 높인 장치를 사용한 경우, 2식 또는 3식으로 풀이되는 전자기유도 기전력이 높은 경우가 많았던바, 산업적 이용가능성을 판단하는 발명사상의 개시에 있어서, 상기 3식을 엄격히 구분해야할 실익이 없으며 공통 분모에 해당하는 요소를 추출하여 기전력 향상방안을 설명하는 것이 바람직하다. 이하에서는 상기와 같은 개념하에 발명사상을 개시한다.

상기 일 실시의 예에 따른 진동발전기에 대해, 상기 3개의 식에 따른 최대의 기전력을 얻을 수 있는 수단들을 결부시켜 보면, sinθ 값 즉 도체가 자력선을 끊는 각도의 증대수단, ｄΦ/ｄｔ 값 즉 단위시간당 자계의 변화속도 증대수단, L 즉 권선수 증대수단 및 B 즉 자속의 증대수단이 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

첫째, sinθ 값의 증대수단을 설명한다. 이와 관련하여 아래와 같은 실험을 하였다. 일 실시의 예 2에 따른 중앙원반자석과 첫 번째 링자석의 내경이나 외경은 동일하게 유지하면서 수직으로 두께만을 2배인 12mmT로 하여 상하 각각 2칸씩 적층하는(예 2의 장치는 6mmT * 4칸이었으므로 부피에는 변화가 없다) 변형을 가하고, 유도코일장치는 상기 예 2의 장치를 그대로 사용하면서, 손을 이용한 상기 예 2의 실험시와 유사한 진동을 유발하였을 때의 기전력은, 충분한 외부진동원이 인가된 경우에 18V, 22mA로 약 400mW이고 보통걸음 수준의 진동하에서는 4V, 2mA로 8mW를 나타내어, 상기 예 2의 기전력에 비해 절반 수준으로 감소하였다. 도 9를 참조하여 설명하면, 도 9의 A는 상기 예 2에 따른, 도 9의 B는 상기 변형 예에 따른, 중앙원반자석의 외주면과 첫 번째 링자석의 내주면 및 첫 번째 링자석의 외주면에 분포하는 자력선을 개략적으로 도시한 도면이다. B장치의 수직으로 중앙부에 위치한 중앙원반자석과 첫 번째 링자석 사이의 수평자력선에 노출된 단위코일 중 수직으로 자석의 중앙부에 위치한 90a와 90b에는 자속의 밀도는 자극에 집중되는 자석의 성질로 인해 자속의 밀도 감소(도에서는 선의 굵기로 자속의 밀도를 표시하였고 점선은 약한 자속을 의미한다)로 인해 자극 가까이 위치한 단위코일보다 약한 전류가 흐르게 된다. 또 동극대향 구조 하에서의 자력선은 서로 어울리지 않고 배척하며, 자력선은 자극(磁極)에 집중되는바, A의 링자석 외주면의 수직반원자력선은 B의 자력선(90B)보다 1/2로 좁아진 공간에서 수직으로 압축되어 수평으로 길쭉하게 늘어난 형태(90A)가 된다. 첫 번째 링자석의 외주면에 형성된 수직반원자력선에 노출된 단위코일 중 단위코일의 수직면과 자력선의 각도가 가장 낮은 sinθ 값을 갖는 90c와 90d에도 자극 쪽으로 갈수록 증가하는 sinθ 값을 갖는 자극에 위치한 단위코일보다 약한 전류가 흐르게 된다. 이하 상기와 같이 자속의 밀도 감소나 sinθ 값의 감소로 기전력이 낮아진 단위코일을 '미활성 단위코일'이라 지칭한다. 이와 반대로 수평으로 똑같은 공간에 위치한 A장치의 단위코일에서는 수직으로 서로 어울리지 못하는 자력선이 압축된 결과 증가한 sinθ 값에 의해 미활성 단위코일이 줄어든다.

자속의 밀도는 자석의 실효 질량에 비례한다고 이해되고 있는바, B장치의 자속의 밀도는 A장치에 비해 약 2배이나, 진동시 단위시간당 자속의 변화는 1/2인바, 2식 또는 3식에의 적용에 있어 거의 비슷한 값을 가져 서로 상쇄하여 없어진다 해도 sinθ 값의 증가와 비활성 단위코일의 감소에 따른 이득(이하 '자석의 수직 세분(細分割) 및 교호적층이득'이라 지칭한다)을 얻을 수 있다. 상기 B의 자계 형성장치로 대체한 실험에서의 기전력 감소 현상은 상기 수직 세분이득의 반대의 경우인 것으로 이해된다. 따라서 같은 부피의 자석이라면 수직으로 얇고 수평으로 넓게 구성하여야 하며, sinθ의 값은 도체와 자계가 90°로 직교할 수 있는 수평자력선일 때 최대가 되는바, 자속의 밀도를 감안하되 최대한 수평자력선을 많이 형성하도록 즉 동심원통상의 링자석을 다수로 쪼개어 서로 다른 극을 마주하도록 하면서 확장 배치해 나가는 형태로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 예 1에 있어서, 내측 유도코일(21,22)은 수평자력선을 끊는 구조이었고, 외측 유도코일(30)은 수직반원자력선을 끊는 구조이었던바, 실험시 내측 유도코일장치의 단위코일 권선수 점유비율은 57%(96/168)이었으나, 전체 기전력에서의 점유비율은 약 70%(충분한 진동력 인가시 700mW/1000mW)를 차지하였다. 또 외장용기의 외주면에 강자성체 파이프를 추가로 설치하여 상기 수직반원자력선을 수평자력선으로 유도했을 때 약 100mW의 기전력이 향상되어 충분한 외부진동원 인가시 1.1W의 전력을 얻을 수 있었다(상기 예 1에 따른 견본품은 수작업으로 제작되어 외장용기의 분해가 불가능한바, 외장용기로 사용되었던 두께 약 3mmW인 PC 재질의 플라스틱 동심원통의 외주면은 그대로 두고 그 위에 강자성체 파이프를 설치하여 측정하였으며, 상기 파이프를 외측 유도코일장치 외주면과 약간의 공차만을 두고 설치한다면 약 200mW 이상 추가적인 기전력 향상이 예상된다). 따라서 같은 부피의 자석을 수평으로 링자석이 많도록 즉 수평자력선이 많도록 구성하거나, 맨 안쪽 링자석의 내주면과 맨 바깥쪽 링자석의 외주면에 존재하는 수직반원자력선을 수평자력선 유도물질을 이용하여 수평자력선으로 유도하여 얻을 수 있는 기전력 향상효과를 '자석의 수평 세분 및 수평자력선 유도이득'이라 지칭한다. 특히 수직으로 좁고 수평으로 넓은 형태로 본 발명을 구성하고자 할 때 유용하며, 많게는 수십 개의 단위자석과, 또 이에 상응하여 수백 개의 단위코일을 가진 본 발명에서의 상기 이득은 기전력에 큰 영향을 미친다. 최근 휴대폰의 마이크나 스피커의 경우, 수직으로 높이가 1mmH 이하이고 수평으로 넓은 네오듐자석의 상용화가 많이 이루어진 만큼, 요구되는 기전력에 맞추어 자속의 밀도를 고려하되, 가급적 상기 수직 및 수평 세분이득을 극대화할 수 있도록 자계 형성장치를 구성하여 기전력을 향상시키는 것이 바람직하다. 그러나 후술하는 비효율 단위코일과도 연관이 있기에 단위자석의 수직 두께는 최소한 단위코일의 수직 두께보다는 넓어야 한다.

둘째, ｄΦ/ｄｔ 값 즉 단위시간당 자계의 변화속도의 증대방안에 대해 설명한다. 상기 일 실시의 예 1에서 상술한 대로 상기 예에 따른 발전기의 경우, 3 내지 5Hz 정도의 진동에서는 1000mW를, 1 내지 2 Hz 미만의 진동에서는 30mW의 기전력을 나타내, 약 3Hz이하에 해당하는 속도의 차이가 약 970mW에 해당하는 상당히 큰 기전력의 격차를 초래한다. 또 반대로 생각하면 상기 속도를 조그만 증대시켜도 큰 기전력 향상으로 이어지게 되며, 상기 속도의 상세한 의미는 도체와 자계 간의 상대속도(이하 줄여서 '상대속도'라 지칭한다)이다. 상기 일 실시의 예에 따른 장치에서 상대속도를 증대시키려면, 상기 자계 형성장치만을 진동하도록 할 것이 아니라 고정되어 있는 생성전기 회수장치도 진동하도록 하여 역진운동이 활발히 일어나도록 하면 상기 예에 따른 장치보다 더 큰 기전력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 통상 생성전기 회수장치는 자계 형성장치보다 조금 가볍기 때문에 두 장치 간의 무게차이에 기인한 여진효과(餘震效果: 외부진동원이 사라진 후에도 일정시간 진동을 지속하는 효과로서, 두 장치는 서로 맞물린 채 동극대향토록한 자석의 배척력으로 견지 되고 있어 무게가 무겁고 또 그 차이가 많을수록 오래 지속된다)와, 도 16과 같이 같은 무게의 장치가 수직으로 나란히 위치한 경우 공진운동을 기대할 수 있는바 적은 힘으로도 더 큰 기전력을 얻게 되며, 상기 역진 및 공진운동이나 여진효과가 복합적으로 작용할 수 있도록 구성하여 상대속도를 증가시키면 더 큰 기전력 향상을 기대할 수 있다. 상기와 같은 발명사상 아래, 바람직한 실시의 예 2(도 14)와 같이 상부와 하부 고정용 생성전기 회수장치를 효율적으로 결합하여 진동가능하도록 구성한 합체 진동 생성전기 회수장치를 개발하고, 이와 호응하여 서로 맞물려 삽입되어 서로에게 진동 궤도를 제공하는 형태인 자계 형성장치와의 다양한 조합을 통해 효율적인 상대속도 증가를 꾀한다.

셋째, L의 값 즉 권선수의 증대수단은 상세하게는 코일의 자기 인덕턴스(코일의 전류변화를 방해하는 성질로 권선수의 제곱에 비례하여 증가하며 일종의 저항과 같은 역할을 한다)의 최소화와 효율적인 정류시스템과도 연관된다.

단위코일의 수직으로 두께는 단위자석의 두께보다 얇아야 한다. 도 10을 참조로 설명하면, 단위코일에는 단위자석의 NS극이 1회 교호하며 온전히 수직이동해야만 유효한 한 싸이클의 교류 전류가 발생한다. 그러나 부호 25f의 단위코일은 플레밍의 오른손 법칙에 있어서 힘의 작용방향과 도선의 감긴 방향은 같은데 25A의 자력선과 25B의 자력선은 서로 반대방향이므로 도와 같은 순간에서는 서로 반대되는 전류가 단위코일 내에서 공존하는 결과가 되어 상쇄되어 소멸(이하 단위코일과 단위자석의 위치관계로 ＋와 －가 상쇄되어 소멸해 버리는 단위코일을 '비효율 단위코일'이라 지칭한다)해버리기 때문이다. 단위코일의 수직폭이 단위자석의 수직폭보다 높게 구성된 B장치는 전체코일 중 25f, 25g, 25h 즉 대부분의 단위코일이 비효율 단위코일인 반면, B장치의 단위코일 수직폭을 반으로 나눈 A장치는 전체코일 중 26e만 비효율 단위코일에 가깝다. 따라서 단위코일은 수직으로 얇을수록 비효율 단위코일을 줄일 수 있고, 동시에 코일의 자기 인덕턴스를 줄일 수 있다. 상기 일 실시의 예에서의 단위코일의 수직으로 높이는 평균 0.75mmT이었고 수평으로 권취 폭은 평균 2mmW였던바, 이 권취공간에 상기 예에서 사용되었던 0.03mm

코일을 자동권선기를 이용하여 권취한 보빈리스코일 이라면 약 1500회선(계산상으로는 가로 66.7층 * 세로 25열로 1670회선이나, 보빈리스코일은 풀을 사용하여 접착시키는바 조금 줄게 된다. 상기 예에서는 수작업상의 어려움으로 인해 평균 약 600회선 정도를 권선하였으며, 손상되지 아니한 단위코일의 총 유효 권선수는 예 1의 장치가 약 58,800회선, 예 2의 장치가 약 66,000회선이다)이고, 현재 상용화가 많이 이루어진 0.02mm

코일로 권취한 보빈리스코일이라면 약 3600회선에 이르게 되어, 상기 일 실시의 예의 평균 권선수 600회선에 비해 6배 이상 증가하고 코일의 자기 인덕턴스는 약 36배 증가한다. 이렇게 극세코일을 사용하여 유도코일을 구성하는 경우 권선수의 제곱에 비례하여 기하급수적으로 증가하는 코일의 자기 인덕턴스를 효율적으로 줄일 수 있는 방안이 강구되지 않으면 안 된다. 한 단위코일을 n개로 나누어 배치하고 나누어진 코일을 각각 정류 처리 한 후 병렬연결하여 합산한 전류는, 나누기 전 단위코일 1개를 정류하여 얻는 전류보다 훨씬 크다. 정류해야 할 단위코일이 (n-1)개 늘어났고, 다이오드 한 개당 약 0.3V의 전압강하(상기 예에서는 미세한 전류의 정류처리가 목적이었던바 소용량의 다이오드를 사용하였고 개당 전압강하는 0.3V이었다)가 있으므로 전체적으로는 (n-1) * 0.3V의 일종의 저항으로 작용하는 전압강하에 따른 손실이 있지만, 전압강하와 마찬가지로 일종의 저항으로 작용하는 코일의 자기 인덕턴스가 1/n

로 줄었고 동시에 비효율 단위코일도 줄었기 때문이다. 1회의 자계진동에서 n개로 나눠진 단위코일은 자계변화에 1/n회 노출된 결과가 되고 권선수의 합은 n이기 때문에 2식 또는 3식에의 적용에 있어 n * 1/n 이 비슷한 값을 가져 상쇄되고 난 후에도 상기 이득을 취할 수 있는바, 이하에서는 이를 '단위코일의 수직 세분(細分割)이득'라 지칭한다. 개념을 좀 더 확장하여 도 11과 같이 단위코일을 수평으로 분할하면, 수평으로 분할된 코일들은 여전히 수평으로 같은 자계의 영향권에 위치하므로, 수평적 분할에 따른 단위코일들은 도와 같이 병렬로 연결하여 정류해도 무방하다(도 11에서 11A는 중성점 방향을, 11B는 다이오드 방향을 가르킨다). 따라서 단위코일의 권선수를 수평으로 n회 나누는 경우 1/n

값만큼의 코일의 자기 인덕턴스 감소의 이득을 취할 수 있다. 이하에서는 이를 '단위코일의 수평 세분이득'라 지칭한다. 보빈리스코일 제작시 이를 감안하여 수평으로 세분 코일사양을 미리 결정하여 주문 제작하는 것이 바람직하다.

더 나아가 일 실시의 예에서의 유도코일장치의 내주면을 구성했던 박막의 타공된 스텐 파이프에 직접 자동권선기로 다수층을 한꺼번에 수직 및 수평 세분이득이 극대화되는 방법으로 분할권선하고 그 전체를 기판에 삽입 설치할 수도 있으며 이에 한하지 않고 다른 방법도 가능하다.

극세코일 사용시 코일의 자기 인덕턴스는 기전력에 많은 영향을 끼치는바, 휴대폰 기판의 예에서와 같이 최근의 우수한 전기전자 기판제조기술을 이용하여 앞서 개시하였던 다수상 전파정류장치의, 같은 극성을 같은 방향으로 배열시킨 다이오드 및 이에 연결할 도선을 집적(集積)시켜 반도체 칩의 형상으로 가공하여, 최소의 공간에서 수백 개의 단위코일을 정류가능토록 할 수 있을 것으로 판단되는바, 정류장치의 기능이 수용할 수 있는 한 상기 수직 및 수평 세분이득을 최대화한 유도코일 구조로 기전력을 향상시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 유도코일은 모터의 구동을 위한 도선으로서의 역할이 아니라 영구자석의 진동으로 유기되는 미세한 전류의 수집과 회수가 목적이며, 일 실시의 예에서의 단위코일에 흐르는 전압과 전류의 최고값은 약 0.8V, 0.7mA 이었고, 통상 모터의 구동을 위한 코일은 최저 용량이 10mA 이상인 것으로 이해되는바 좀 더 가늘어도 좋을 것으로 판단되며, 향후 소재과학의 발전으로 0.02mm

미만의 초극세코일을 자동권선기를 이용하여 권취한 보빈리스코일 제조가 가능하다면 이를 사용하여 기전력을 높이는 것이 바람직하다. 권선수는 늘어난 권취공간 값의 제곱(가로*세로)에 비례하여 기하급수적으로 증가하므로 향후 과학이 더 발전하여 구리보다 전도성이 월등한 그래핀이나 탄소 나노 튜브에 절연체를 코팅한 코일 대용품이 개발된다면 이를 이용하여 기전력을 대폭 향상시키거나, 초소형화하는 것이 바람직하다.

넷째, B의 값 즉 자속의 증대수단은 최근에는 네오듐자석보다 보자력이 더 우수한 사마륨계 자석도 상용화가 많이 이루어지고 있는바 경제성을 고려하여 대체해 사용하는 것을 고려해봄직 하고, 극세코일을 사용하여 유도코일장치의 수평 공간을 좁히고 자석 간의 간격을 밀착함으로써 단위면적당 자속의 밀도를 높이는 것이 바람직하다. 상기 예에서의 자석의 외경과 유도코일의 내경 사이의 공차는 수작업의 어려움으로 평균 0.75mm(평균 공차 지름 1.5mm/2)이었던바 정밀한 기계장치로 공차를 줄여서 단위면적당 자속의 밀도를 높이는 것이 바람직하다.

다섯째, 맨 바깥쪽 링자석의 외주면에 남아있는 누설자계를 이용한 기전력 향상 방법으로 1식에서의 sinθ 값의 증대와 추가적인 압전발전과 연관된다.

상기 일 실시의 예 1에서의 맨 바깥쪽 링자석(13)의 부피는 중앙원반자석(11)의 약 2.3배로 상당히 강한 누설자계를 가지고 있다. 1식의 sinθ 값은 도체와 자계가 직교할 때 최대값을 가지므로, 상기 링자석의 외주면 수직반원자력선(17)을 수평자력선으로 유도하면 sinθ의 값이 최대인 기전력을 얻을 수 있다. 그러나 상기 자력선을 유도하려고 맨 바깥쪽 링자석(13)의 외주면에 강자성체를 배치하면 자석의 흡인력작용으로 진동을 방해하게 되는 문제가 있다. 따라서 상기 링자석(13)의 진동을 방해하지 않는 범위 내에서 수평자력선을 유도해야 한다. 외장용기의 몸체를 니켈과 적당한 비율로 합금하여 약한 자성을 가지도록 한 스테인리스나 퍼멀로이(permalloy) 등 연자성(軟磁性) 재질로 구성하거나, 외장용기의 몸체를 중간에 중공부를 가진 2겹의 동심원통상의 비자성체 파이프로 구성하고, 상기 동심원통상의 빈공간에 상기 수평자력선 유도물질로서 적당량의 자석분말과, 자석분말의 순간적인 이동이나, 제자리에서의 극성(NS) 반전을 원활히 해줄 수 있는 보조분말을 혼합한 재료를 상기 동심원통상의 빈 공간의 일정 부분까지(예컨대, 약 1/3 정도까지) 배치하여, 수직으로 교호 적층되어 진동하는 맨 바깥쪽 링자석(13)의 자계변화를 상기 수평자력선 유도물체가 상기 공간 안에서 순간적으로 이동하거나, 안쪽 비자성체 파이프의 외주면 벽에 붙어 있는 상태에서 순간적으로 자극을 바꾸어 수평자력선을 형성하는 방법으로 기전력을 향상시킬 수 있다. 상기 수평자력선 유도물체는 자성유체(ferrofluid)로 대신할 수도 있으며, 이에 한하지 않고 자석분말과 다수의 금속, 비금속 또는 세라믹 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.

또 외장용기의 내주면의 안쪽이면서, 그 내주면과 일정공극을 유지하는 동심원통상의 공간에 압전필름을 설치하고, 상기 필름의 표면에는 다수의 띠자석을 부착하여 상기 자계 형성장치 맨 바깥쪽 링자석의 수직운동시 자극변화나 자속의 강약 차이에서 상기 압전필름에의 수평적 가압·수축력을 얻어 발전하는 압전필름 발전장치나, 수직으로 상하 끝단에 띠자석을 부착한 컨틸레버와 그 좌우 측에 압전복합소자를 설치하여 상기 컨틸레버의 좌우 요동시 기전력을 얻을 수 있는 압전복합소자발전장치를 추가로 구비할 수 있으며, 더 나아가 도 28과 같이 상기 수평자력선 유도장치와 압전발전장치를 함께 설치할 수도 있다.

상기 전기공학식을 동원하여 상술한 발명사상은 학문적으로 다소의 오해와 혼동 및 해석의 오류가 있을 수 있다. 그러나 발명사상은 현실 사회에서의 산업적 이용가능성 여부에 관한 것이므로, 학문사상에 대한 다소의 오해와 오류로 인해 본 원이 개시한 발명사상이 부인되어서는 아니 될 것이며, 상기 발명사상에 대한 평가는 그 추구하는 취지나 목적에 비추어 실제 현실에서의 실용적인 효과 여부로 판단해야 함은 너무도 자명하다.

이하에는 기타 효율을 제고하거나 상품성을 올리는 방안에 대해 설명한다.

자계 형성장치가 최대로 상승하였을 때 자계의 영향을 받지 아니하는 상하 진동폭의 1/2에 해당하는 생성전기 회수장치의 하부 기판 바로 위의 단위코일과, 자계 형성장치가 최대로 하강하였을 때 자계의 영향을 받지 아니하는 상하 진동폭의 1/2에 해당하는 상부 기판 바로 밑의 단위코일은, 자계 형성장치의 위치관계로 인해 ＋와 －가 상쇄되는 전류가 흐를 수 없으므로, 상기 진동폭의 1/2에 상당하는 상부와 하부 1개씩의 단위코일을 1쌍으로 병렬 연결하여 효율적으로 정류하는 것이 바람직하다.

도 12와 같이 다수상 전파정류장치(830)를 수직으로 얇은 동심원통 형태로 구성하여 상하 기판의 수직으로 안쪽에 삽입 설치하되, 중성점(830a)과 단위코일들을 정류장치로 연결할 기판상의 구멍의 위치를 고려하여 방사상의 인쇄회로 도선을 갖고 끝단은 구멍소켓(830b, hole socket)이나 다수의 구멍을 가진 다수핀소켓을 구비토록 하고, 단위코일의 다른 끝단은 수평으로는 코일 끝단을 압착 고정시킬 수 있고 수직으로는 상기 구멍 소켓에 삽입될 수 있는 핀을 구비한 'ㄱ'자형의 플러그나, 상기 다수핀소켓에 상응하는 다수핀플러그를 사용하여 전기적으로 연결하는 것이 바람직하나, 이에 한하지 않으며 자동납땜 등 여러가지 방법이 가능하다. 또 중성점(830a)을 납땜한 후, 우레탄 폼이나 실리콘을 사용하여 장치 보호와 함께 수평면을 평탄화하고, 외부와의 전기적 연결을 위해 ＋ 와 － 한 쌍의 전선만을 구비토록 하여 연결작업시의 편리 도모와 배선의 길이에 비례하는 내부저항을 최소화하는 것이 바람직하다.

또 용기에 가해진 진동에 의해 기전력을 얻는 것을 기본으로 하되, 본 발명을 신발굽이나 등산용 지팡이 등에 장치하는 경우처럼 충분한 외부진동원이 수반되는 경우에는 보조적으로 자계 형성장치나 생성전기 회수장치를 직접 타격하거나, 큰 힘의 진동력을 시간차를 둔 작은 진동력으로 바꾸어 주는 기어장치 등의 외부 동력 조절전달수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

외장용기의 일부를 최근 상용화가 많이 이루어진 휘거나 구부릴 수 있는 기어핏 등과 같은 2차 전지 또는 박막 형상의 리튬 폴리머 2차 전지로 구비하거나, 리튬 이온 계통의 2차 전지를 내장시켜 손전등이나 전기충격기 등의 다양한 부가기능을 추가하여 상품성을 향상시키는 것이 바람직하며, 외주면에는 USB 포트와, 돌기 형태의 전극단자를 구비하고 상기 전극단자와 용이하게 탈부착할 수 있는 홈 장치를 설치한 전자기기와 함께 축적된 전기의 사용상 편리를 도모하는 것이 바람직하다.

(바람직한 실시의 예 1 : 도 13)

부피 최소화와 효율적 발전을 위해 앞서 개시한 일 실시의 예 1에 따른 자계 형성장치(10), 내측 유도코일장치(20), 외측 유도코일장치(30), 중앙축 연장장치(50) 및 복원력 발생 장치(60)에 몇 가지 변형을 꾀한다. 도 13과 같이 일 실시의 예 1에 따른 자계 형성장치 중앙기판(19)의 외주면이 외장용기(890)의 내주면과 일정공극을 갖도록 확장(111b)하여, 외장용기(890)의 내주면이 일 실시의 예 1에서의 중앙궤도를 이루는 비자성체 파이프(123a)와 함께 자계 형성장치가 좀 더 안정적이고 원활한 진동을 할 수 있는 추가적인 궤도 역할을 하도록 하는 합체 진동 자계 형성장치 A형(111)을 구성한다. 또 일 실시의 예 1에 따른 외측 유도코일장치(30)의 동심원통상의 외측 유도코일의 높이를 내측 유도코일의 높이와 일치시켜 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형을 구성하고, 그 기판(123f)은 외장용기(890)의 하부에 고정시킨다. 상기 기판(123f)의 안쪽에, 상기 자계 형성장치 A형(111)의 맨 하부 끝단의 자석이 닿는 위치에 상기 끝단 자석과 동일한 자극을 가진 복원력 발생 원반자석(810)과 링자석(820)을 삽입 설치하여 일 실시의 예 1에서의 중앙축 연장장치(50)과 복원력 발생장치(60)의 기능을 대체한다. 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)도 마찬가지 방법으로 설치한다.

상기 장치는 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 A형(111) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형(123)으로 구비된다. 상기 예는 일 실시의 예 1에서의 외측 유도코일장치(30)의 약 3분의 1 상당이 줄어든 만큼 기전력은 감소하나, 부피를 크게 줄일 수 있다.

도면에서 수평 점선과 폭을 나타낸 화살표는 우측 도면에서 그 폭에 해당하는 높이나 범위에 위치한 장치를 나타내며, 이는 이하 동일하다.

(바람직한 실시의 예 2 : 도 14)

'전자기유도작용에 따른 기전력은 코일을 고정시키고 자계를 변화시켜 유발할 수도 있지만 반대로 자계를 고정시키고 코일을 움직여 유발할 수도 있으며 그 기전력은 동일하다'는 전자기유도 원리에 입각하여, 고정된 자계 안에서 유도코일장치가 진동 가능하도록 하기 위해 도 14와 같이 상기 예 1의 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)과 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형(123)을 기판의 이면이 마주하도록 합치면서 상하 각 2개씩의 복원력 발생 원반자석(810)과 복원력 발생 링자석(820)을 통합하여 1개씩의 복원력 발생 원반자석(815)과 복원력 발생 링자석(825)으로 합친 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121)을 구성한다. 합쳐진 기판의 이면부는 진동시 정류장치 및 코일 결선 부위의 손상 방지를 위해 우레탄이나 실리콘을 사용하여 고형화한다. 또 상기 장치(121) 기판의 외주면을 조금 축소하여 외장용기(890)의 내주면과 일정공극을 갖게 하고, 상기 장치의 전체 외주면을 비자성체 파이프(121b)에 삽입시켜 진동시 코일의 표면이 보호되도록 한다.

이와 상응하여 합체 진동 자계 형성장치 A형(111)을 반분하여, 상부 고정용 자계 형성장치 A형(112)과 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113)으로 나누고, 외주면을 조금 확장하여 외장용기의 상 하단에 고정시킨다. 상기 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121)의 외부와의 전기적 연결을 위해 상하에 고정된 자계 형성장치 A형(112,113) 중앙원반자석의 적층부에 관통공(112h)을 조성하여 전선(840)을 삽입하고, 구멍의 상하 끝단에 스프링상의 전선(850)을 배치하여 진동을 흡수할 수 있도록 하였으나, 내구성의 문제만 없다면 외장용기의 내주면과 상기 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121) 중앙기판의 외주면과 외장용기 사이에 모터에서의 정류자와 브러쉬 형태의 접촉식 전기단자(미도시)를 설치하여 대체하는 것도 가능하다. 상기 스프링상의 전선(850)은, 전선을 내장한 스프링이거나, 전도성의 압축스프링, 연신스프링, 인장스프링 또는 코일스프링 등으로 대체하여 보조적으로 진동력을 증대할 수도 있으며, 이는 이하 동일하다.

상기 장치는 상부 고정용 자계 형성장치 A형(112)을 고정시키고, 수직 아래로 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121) 및 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113)으로 구성된다. 본 예 2는 상기 예 1과 비교하여 기전력은 비슷하면서 복원력 발생 자석(815,825)의 수나 무게를 조금 더 줄일 수 있으며, 통상적으로 생성전기 회수장치는 자계 형성장치보다 가벼우므로, 진동장치의 무게가 줄어든 만큼 외부진동원에 더 예민하게 반응할 수 있다.

(바람직한 실시의 예 3 : 도 15)

효율적 발전을 위해 도 15의 A와 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)을 고정시키고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 A형(111), 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121) 및 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113)으로 구성된다. 바람직한 실시의 예 1 및 2에 따른 장치 1개 반을 한 용기 안에 효율적으로 합친 형태로서, 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121)과 합체 진동 자계 형성장치 A형(111)의 무게차이로 인한 역진 운동으로 인한 전자기유도 공식의 속도 증대 효과 및 여진효과로 기전력은 상기 예 1 및 2와 비교하여 약 1.5배의 효과를 가지면서 부피를 최소화할 수 있다. 도 15의 B는 상기 장치를 수직 반대방향으로 설치한 것이다. 본 예는 복원력 발생 자석(815,825)을 효과적으로 줄일 수 있으며, 진동흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비된다.

(바람직한 실시의 예 4 : 도 16)

효율적 발전을 위해 도 16과 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)을 고정시키고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 A형(111), 합체 고정 생성전기 회수장치 A형(124), 합체 진동 자계 형성장치 A형(111) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형(123)으로 구성된, 상기 예 1에 따른 장치 두 개를 한 용기 안에 효율적으로 합쳐 내장한 형태로서, 합체 고정 생성전기 회수장치 A형(124)의 복원력 발생 자석(815,825)의 갯 수나 무게를 좀 더 줄일 수 있고, 더 높은 발전 수요에 부응할 수 있으며, 상하 두 개 자계 형성장치의 공진 운동이나 여진효과가 배가되어 기전력은 상기 예 1에 비해 약 2배의 효과를 가진다. 외부와의 전기적 연결을 위해 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비된다.

(바람직한 실시의 예 5 : 도 17)

효율적 발전을 위해 도 17과 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)을 설치하고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 A형(111), 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121), 합체 진동 자계 형성장치 A형(111) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형(123)으로 구성된다. 상기 바람직한 실시의 예 4에 따른 장치에서 중앙의 합체 고정 생성전기 회수장치 A형(124)을 합체 진동 생성전기 회수장치(121)로 대체한 장치이며, 역진 운동과 공진 운동 및 여진효과가 복합적으로 작용하여 기전력은 상기 예 1에 비해 약 2배의 효과를 갖는다. 합체 진동 생성전기 회수장치의 외부와의 전기적 연결을 위해 중앙원통자석 관통하는 전선과 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비된다.

(바람직한 실시의 예 6 : 도 18)

효율적인 발전을 위해 도 18과 같이 상부 고정용 자계 형성장치 A형(112)을 설치하고, 수직 아래로 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121), 합체 진동 자계 형성장치 A형(111), 합체 진동 생성전기 회수장치 A형(121) 및 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113)으로 구성된다. 상기 예 2에 따른 장치 두 개를 한 용기 안에 효율적으로 합쳐 내장한 형태로서, 복원력 발생 자석(815,825)의 갯 수나 무게를 최소화할 수 있고, 역진 운동과 공진 운동 및 여진효과가 복합적으로 작용하여 기전력은 상기 예 2에 비해 약 2배의 효과를 갖는다.

또 본 도에는 압전필름 발전장치와 수평자력선 유도장치를 함께 설치한 경우를 예시하였다. 압전필름발전장치(870)는 상부 고정용 자계 형성장치 A형(112) 기판의 하부 표면부터 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113) 기판의 상부 표면까지의 공간(870A)에 설치되고, 필름 외주면에는 수평방향으로 착자되고 맨 바깥쪽 단위 링자석의 수직 폭과 같은 높이를 갖는 수평으로 얇은 띠자석(871, 누설자계의 강약을 고려하여 자력을 적당히 조절한다)을 다수 부착하여, 상기 링자석의 수직운동시 교호로 변하는 자극변화에서, 또는 자속의 강약차이에서 압전필름에의 수평 가압력이나 수축력을 얻어 발전한다. 상기 띠자석은 플라스틱 또는 고무자석이 바람직하나 이에 한하지 아니한다. 상기 압전발전을 하고 남은 누설자계는, 내주면은 투자율이 높은 박막의 비자성체 파이프(890a)이고, 외주면은 비자성체 금속 파이프(890b)로 구성된 동심원통상의 공간에 상술한바 있는 수평자력선 유도물질(860)을 자속의 밀도를 감안하여 적당량(상기 공간의 약 1/2 내지는 1/3이 바람직하다)을 구비하여, 도와 같이 수평자력선(860)을 유도하여 기전력을 높인다.

(바람직한 실시의 예 7 : 도 19)

효율적 발전을 위해 추가로 아래와 같은 변형을 꾀하였다.

도 19와 같이 상기 예 1에서의 합체 진동 자계 형성장치 A형(111)의 중앙원반자석(11)(도 1 참조)을 중앙 링자석(211r)으로 바꾸면서 내주면에 강자성체 파이프(211a)를 추가로 설치하여 합체 진동 자계 형성장치 B형(211)을 구성한다.

상기 중앙 링자석(211r)의 내주면과 일정공극을 가지면서 외주면은 상기 합체 진동 자계 형성장치 B형(211)이 진동하는 궤도 역할을 겸할 수 있는 비자성체 파이프로 구비된 중앙축(250)을 상부 고정용 생성전기 회수장치 B형 기판(222f)과 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형 기판(223f) 사이에 설치한다. 상기 중앙축(250) 내주면의 정중앙에 수직으로 상부와 하부의 고정용 생성전기 회수장치(222,223)와 외부 간에 전기적 연결을 할 수 있는 전선(840)이 삽입 설치되어 있으면서 맨 안쪽 링자석(211r)의 내주면에 형성된 수직반달자력선(16)을 수평자력선(220B)으로 유도할 수 있는 강자성체 파이프(250a)를 설치하고, 상기 파이프(250a)를 에워싸는 동심원통상의 단위코일이 상부 기판(222f)의 하단 표면부터 하부 기판(223f)의 상단 표면까지의 공간(220A)에 삽입되어 내측 유도코일장치 겸 중앙축(250)을 형성한다. 외장용기에 고정되는 상부 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형의 기판(222f,223f)에도 상기 예 1과 마찬가지 방법으로 복원력 발생 자석(810,820)을 삽입 설치한다.

상기 장치는 상부 고정용 생성전기 회수장치 B형(222)을 설치하고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 B형(211)과 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)으로 구비되며, 상기 예 1에서의 중앙원반자석과 첫 번째 링자석 간의 자속의 감소에 따른 기전력 감소는 있지만 내측 유도코일장치(250)가 추가된 만큼 전체적인 기전력은 증대된다. 상기 예 1의 설명을 원용한다.

(바람직한 실시의 예 8 : 도 20)

도 20과 같이 상기 합체 진동 자계 형성장치 B형(211)을 반분해서 외주면을 조금 확장하여 외장용기 상부에 고정시킨 상부 고정용 자계 형성장치 B형(212)과 외장용기 하부에 고정시킨 하부 고정용 자계 형성장치 B형(213)을 설치하고, 상기 바람직한 실시의 예 7의 상부와 하부의 고정용 생성전기 회수장치 B형(222,223)을 기판 이면들이 마주하는 형태로 합치면서 그 기판의 외주면을 축소하여 외장용기의 내주면과 일정공극을 가지도록 구성하고, 상기 장치의 전체 외주면을 비자성체 파이프(220b)에 삽입하여 코일이 보호되도록 하며, 기판 안쪽에는 상부와 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(222,223)의 각 2개씩의 복원력 발생자석(810,820)을 1개씩으로 통합한 복원력 발생 자석(815,825)을 구비한 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221)으로 구성된다. 중앙축((250)의 상하 끝단은 외장용기 상하부와 진동 폭을 감안해서 일정공극(수직으로 각각 상하 자석 적층폭의 1/2씩)을 유지하도록 축소되고, 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구성된다. 기판 이면의 다수상 전파정류장치 등은 진동시 손상 방지를 위해 우레탄이나 실리콘을 사용하여 고형화한다. 상기 예 2의 설명을 원용한다.

(바람직한 실시의 예 9 : 도 21)

도 21의 A와 같이 상부 고정용 자계 형성장치 B형(212)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221)과 합체 진동 자계 형성장치 B형(211) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)으로 구비된다. 상기 예 7 및 8의 장치 1개 반을 한 용기 안에 효율적으로 적층한 형태로서, 상기 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221)의 중앙축은 외장용기의 상 하단과 수직으로 자석 적층폭의 1/2상당의 공극을 가질 수 있도록 연장(250A)되고, 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 설치된다. 도 21B는 상기 장치를 수직 반대 방향으로 설치한 장치이며 상기 예 3의 설명을 원용한다.

(바람직한 실시의 예 10 : 도 22)

도 22과 같이 상부 고정용 자계 형성장치 B형(212)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221), 합체 진동 자계 형성장치 B형(211), 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221) 및 하부 고정용 자계 형성장치 B형(213)으로 구비된다. 상기 예 8의 장치 2개를 한 용기 안에 효율적으로 적층한 형태이며, 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비된다. 상기 예 6의 설명을 원용한다.

(바람직한 실시의 예 11 : 도 23)

도 23과 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 B형(222)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 B형(211), 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221), 합체 진동 자계 형성장치 B형(211) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)으로 구비된다. 상기 예 7의 장치 2개를 한 용기 안에 효율적으로 적층한 형태이고 상하의 중앙축은 연장되며, 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비된다.

(바람직한 실시의 예 12 : 도 24)

도 24와 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 B형(222)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 B형(211), 합체 고정 생성전기 회수장치 B형(224), 합체 진동 자계 형성장치 B형(211) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)으로 구비된다. 상기 예 11의 장치중 합체 진동 생성전기 회수장치 B형(221)을 합체 고정 생성전기 회수장치 B형(224)으로 대체한 형태이며 중앙축(250)은 고정된다. 또 본 도에는 압전복합소자 발전장치를 설치한 경우를 예시하였다. 상기 합체 고정 생성전기 회수장치(224)와 일정공극을 가지면서 외장용기의 내주면과의 사이에 조성된 동심원통상의 공간(880A)에다 내주면은 투자율이 높은 비자성체 파이프(890a)로 구비되고, 외주면은 진동에 방해가 되지 않는 정도의 적당한 자성을 지닌 연자성체 파이프(890b)로 구비된다. 상기 두 파이프의 안쪽 벽 좌우에는 도와 같이 압전복합소자(880b)가 다수 설치되고, 수직으로 상하 끝단에 상술한바 있는 띠자석을 부착한 컨틸레버(880a)가 설치되어 맨 바깥쪽 링자석의 수직운동시 자극변화 또는 자속의 강약 차이에 따라 컨틸레버(880a)가 요동하면서 좌우의 압전 복합소자(880b)를 가압할 때 기전력을 얻을 수 있다.

(바람직한 실시의 예 13 : 도 25)

도 25와 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)의 기판 하단의 표면부터 하부 고정용 생성전기 회수장치 A형(123)의 기판 상단의 표면까지의 맨 바깥쪽 동심원통상의 유도코일 적층 공간의 비자성체 파이프가 상하 각각 진동 폭의 2분의 1 만큼씩 늘어나면서 유도코일이 추가로 설치(320A)되고, 수직으로 중앙의 동심원판상의 공간에는 비자성체 재질의 판(320f)이 표면에 상하 연결장치(미도시)를 구비하여 결합 되고,

상기 합체 진동 자계 형성장치 A형(110)의 중앙기판 외주면은 상기 비자성체 파이프(320a)와 일정공극을 가지면서 진동할 수 있도록 축소되면서 외주면은 강자성체 파이프(310b)에 삽입되어 합체 진동 자계 형성장치 C형(311)을 구성한다. 이에 상응하여 생성전기 회수장치도 상부 고정용 생성전기 회수장치 C형(322)과 하부 고정용 생성전기 회수장치 C형(323)으로 구성된다.

일 실시의 예 1에 따른 중앙축 연장장치(50) 및 복원력 발생 장치(60)의 기능을 상하 기판 안쪽에 복원력 발생 자석(810,820)이 삽설되어 대체한 형태로서, 바람직한 실시의 예 1에 비해 맨 바깥쪽 동심원통상의 늘어난 적층부(320A)로 그만큼 기전력이 향상된다.

상기 장치는 상부 고정용 생성전기 회수장치 C형(322)이 설치되고, 수직 아래로 합체 진동 자계 형성장치 C형(311) 및 하부 고정용 생성전기 회수장치 C형(323)으로 구비된다. 상기 예 1의 설명을 원용한다.

(바람직한 실시의 예 14 : 도 26)

도 26과 같이 상기 예 13의 장치를 한 용기 안에 2개를 효율적으로 합쳐 적층한 장치로서, 중앙의 합체 고정 생성전기 회수장치 C형(324) 기판 안쪽의 복원력 발생 자석(815,825)의 갯 수나 무게를 좀 더 줄일 수 있다. 상기 예 4의 설명을 원용한다. 또 본 도에서는 수평자력선 유도장치를 설치한 경우를 예시하였다. 압전발전과 같이 860B에 걸친 공간에 설치되며, 내주면은 투자율이 높은 비자성체 재질(860a, 플라스틱도 무방하다)의 파이프로 구비되고, 상기 공간에 상술한바 있는 자력선유도물질(860)을 적당량 설치하고 외주면은 외장용기(890)의 외주면으로 구성되면서 수평자력선 유도물질 이동과 자석의 진동에 방해가 되지않는 정도의 연자성체로 구비되어, 도와 같이 수평자력선(860C)을 유도하여 기전력을 향상시킨다.

(바람직한 실시의 예 15 : 도 27)

도 27과 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 B형(222)의 기판 하단의 표면부터 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)의 기판 상단의 표면까지의 맨 바깥쪽 동심원통상의 유도코일 적층 공간이 상하 각각 수직으로 자석 적층폭의 2분의 1 만큼씩 늘어나면서 유도코일 적층부가 추가로 형성(420A)되어, 상부 고정용 생성전기 회수장치 D형(422)과 하부 고정용 생성전기 회수장치 D형(423)을 구성한다. 수직으로 중앙의 동심원상의 공간에는 비자성체 재질의 판(422f)이 표면에 상하 연결장치(미도시)를 구비하여 결합 되고, 합체 진동 자계 형성장치 B형(221)의 중앙기판 외주면은 상기 비자성체 파이프(420a)와 일정공극을 가지면서 진동할 수 있도록 축소되고 외주면은 강자성체 파이프(411b)에 삽입되어 합체 진동 자계 형성장치 D형(411)을 구성한다. 상부와 하부의 생성전기 회수장치(422,423)의 기판 안쪽에는 복원력 발생 자석(810,820)이 삽입 설치된다. 상기 예 14에 비해 외측 유도코일 적층 공간이 진동폭만큼 늘어나(420A) 기전력이 증대된다.

(바람직한 실시의 예 16 : 도 28)

도 28과 같이 상기 예 15의 장치를 한 용기 안에 2개를 효율적으로 합쳐 적층한 형태로서, 수직으로 중앙의 합체 고정 생성전기 회수장치 D형(424) 안쪽의 복원력 발생 자석(815,825)의 개수나 무게를 줄일 수 있다. 또 본 도에서는 수평자력선 유도장치가 안쪽에 먼저 설치되는 경우를 도시하였다. 상기 장치의 내주면(860a)와 외주면(860b)은 투자율이 높은 비자성체 파이프로 구성하되 압전필름(860)의 수평 진동폭을 고려하여야 하고, 외장용기(890)는 연자성체로 구비하는 것이 바람직하다. 수평자력선 유도물질(860)도 자속의 밀도가 높은 위치이므로 상기 예 18에서보다 조금 감량한다. 860D는 유도된 수평자력선이며 860E는 상기 두장치의 설치 폭을 나타낸다.

(바람직한 실시의 예 17 : 도 29)

도 29의 A와 같이 상부 고정용 생성전기 회수장치 A형(122)의 외주면이 외장용기의 내주면과 일정공극을 유지할 수 있도록 축소되면서 그 외주면에는 비자성체 파이프(128b)가 설치되어 동심원통상의 돌출 유도코일 적층 부위가 아래로 향한 채 진동 가능토록한 상부 진동형 생성전기 회수장치(128)를 구비하고, 수직 아래로 하부 고정용 자계 형성장치 A형(113)으로 구비되거나, 도 29의 B와 같이 하부 고정용 수평자계 형성장치 A형(113)의 기판 외주면(118b)을 외장용기의 내주면과 일정공극을 가지면서 진동할 수 있도록 한 하부 진동형 자계 형성장치 A형(118)으로 구비된다. 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비되며, 수직으로 좁고 수평으로 넓은 공간에 설치하기가 용이하다.

(바람직한 실시의 예 18 : 도 30)

도 30의 A와 같이 상부 고정용 자계 형성장치 B형(212)의 기판 외주면(218b)이 외장용기의 내주면과 일정공극을 유지할 수 있도록 축소되어 진동할 수 있도록 한 상부 진동형 자계 형성장치(218)가 설치되어 동심원통상의 돌출 유도코일 적층 부위가 아래로 향한 채 진동하고, 수직 아래로 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)으로 구비되거나, 도 30의 B와 같이 하부 고정용 생성전기 회수장치 B형(223)의 외주면을 외장용기의 내주면과 일정공극을 가지면서 비자성체 파이프(228b)에 삽입되어 진동할 수 있도록 한 하부 진동형 생성전기 회수장치 B형(228)으로 구비된다. 도 30의 B는 진동 흡수를 위한 스프링상의 전선(850)과 함께 구비되며, 수직으로 좁고 수평으로 넓은 공간에 설치하기가 용이하다.

(바람직한 실시의 예 19)

상기 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기는 발전기 전체에 가해진 외부진동원에 의해 기전력을 얻고 있으므로, 외부진동원의 큰 힘을 분산 또는 지연하여 발산토록 한다면 결과적으로는 더 큰 기전력을 얻을 수 있다. 상기 발전기 전체가 용이하게 삽입되고 분리할 수 있는 케이스의 상부와 하부에 스프링을 구비하고 삽입된 상기 발전기에 추가적인 진동을 유발하여 기전력의 향상을 도모하는 것이 바람직하다. 상기 스프링은 합성수지나 고무 등의 탄성 부재로 대체할 수 있다. 또 상기 케이스에 손전등이나 전기충격기 등의 부가장치와 대용량의 2차전지 및 USB 포트를 내장토록 하는 것이 바람직하다.

(바람직한 실시의 예 20 : 도 31)

도 31을 참조하면, 자계형성장치(10)(도 1 참조)와 생성전기회수장치를 서로 기판을 마주하도록 결합하여 그 결합된 기판에 의한 공통중앙기판(945)을 구성하고, 그 공통중앙기판(945)은 그 외주면을 외장용기(890)(도 28 참조)의 내주면과 일정 공극을 유지하며 진동가능하도록 설치된다.

상기 공통중앙기판(945)의 상면 또는 하면에는 상기 자계형성장치를 구성하는 다수의 영구자석이 적층 형성되고, 상기 공통중앙기판(945)의 하면 또는 상면에는 상기 생성전기회수장치를 구성하는 다수의 유도코일(권선코일)이 상기 영구자석과 상보적으로 설치된다.

상기 영구자석은 기판의 중심부에 적층 설치되는 다수의 원반형 영구자석과, 그 원반형 영구자석을 중심으로 동심원상으로 복수의 겹으로 설치되는 링자석으로 구성되고, 상기 원반형 영구자석의 일측 단부와 대향하는 기판과의 사이 공간에는 상기 자계형성장치 및 생성전기회수장치의 진동을 흡수하고 외부와의 전기적 연결을 위한 스프링상의 전선(850)이 설치된다.

부피 최소화와 효율적 발전을 위해 도 31과 같이 상부 고정용 자계형성장치 A형(112)(도 18 참조)과 하부 고정용 생성전기회수장치 A형(123)(도 17 참조)을 서로 기판을 마주하도록 합쳐 상기 공통중앙기판(945)을 구성하고, 상기 공통중앙기판(945)의 외주면을 외장용기의 내주면(890a)(도 18 참조)과 일정 공극을 유지하며 진동가능하도록 축소하고, 수직으로는 공통중앙기판(945)의 중앙부에 다수상 전파정류장치(830)(도 12 참조)를 최대한 얇게 가공하여 투자율을 높인(필요한 경우 타공할 수 있음) 진동형 상부 자계형성장치 A형(940A) 및 진동형 하부 생성전기회수장치 A형(940B)을 구성한다.

도 31의 A와 같이 외장용기 하단에 하부 진동형 자계형성장치 A형(935)을 배치하고, 수직방향 위로 상기 진동형 상부 자계형성장치 A형(940A) 및 진동형 하부 생성전기회수장치 A형(940B)을 계속 적층하되, 상부에 위치한 자계형성장치의 최하단 자석의 자극(A)과, 하부에 위치한 최상단 자석의 자극(B)을 동극 대향하도록 하여 그 두 자극(A,B) 간의 배척력으로 복원력을 발생시켜 수직방향으로 중간에 위치하는 복원력 발생자석(815,825)(도 26 참조)의 기능을 대체하도록 하고, 외장용기의 상단에 상부 진동형 생성전기회수장치 A형(925)의 기판에는 복원력 발생자석(810,820)을 구비한다. 도 31의 B는 도 31의 A를 거꾸로 배치한 상태를 보여주는 도면이다.

전술한 바와 같은 구성에 따르면, 최상단 또는 최하단에 위치한 생성전기회수장치의 기판상의 복원력 발생자석(810,820) 외의 복원력 발생자석을 제거할 수 있고, 수직방향으로 계속 적층되는 진동형 상부 자계형성장치 A형(940A) 및 진동형 하부 생성전기회수장치 A형(940B)의 무게가 동일하게 되어 공진운동 활성화를 기대할 수 있으며, 부품의 표준화를 통해 대량 생산 시 원가절감을 기대할 수 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같은 구성은 자계형성장치와 생성전기회수장치의 여러 형태, 즉 A, B, C, D형 모두에 적용할 수 있고, 진동형 상부 자계형성장치 A형(940A) 및 진동형 하부 생성전기회수장치 A형(940B)의 수직 적층 개수를 조절하여 요구되는 외부 기전력의 수요에 부응할 수 있으며, 최소의 무게와 부피로 최대의 기전력을 얻을 수 있다.

상술한 바대로 본 발명은 종래의 타 진동발전기에 비해 수평적 장치확장과 수직적 효율개선을 통한 비교우위를 지니며, 회전력을 기반으로 하는 회전발전기와는 동등한 조건하의 비교는 어렵지만, 후술하는 회전력에서 변환한 진동력을 이용하는 회전-진동력 병행이용 발전기와도 연관이 있기에 특징적인 면만 추출하여 비교해 볼 때 다음과 같은 우수성을 지닌다.

종래의 일반적인 회전발전기는 다극(多極)으로 구성된, 와류손 저감 목적의 편철을 적층한 철심에, 유기되는 전류용량을 충분히 감당할 수 있는 굵기의 코일을 권선하여 자기장 속에서 고속회전시킴으로써 기전력을 얻고 있는바, 필연적으로 무거운 철제 축, 기어, 베어링, 다극구조에 따른 복잡한 유도코일 권선과 절연설비 및 정류자, 브라쉬 등의 전기적 연결장치가 구비되어야 하므로, 외부동력원의 힘의 감소가 불가피하고 소형화나 경량화에 한계를 지닌다. 또 회전장치의 특성상 상기 1식에서의 sin

값은 구조적으로 최대값을 갖지 못하며, 유도코일도 자기장의 영향이 미치지 않는 비유효장에 해당하는 권선의 길이가 길며, 또 영구자석의 한 면만을 사용하는 비효율적인 구조이다.

반면 본 발명은 구조적으로 진동력은 회전력에 비해 속도가 현저히 감소할 수밖에 없으므로 그 감소분을 만회하기 위해, 극세코일을 사용하면서 코일의 수직 및 수평 세분이득을 극대화하는 즉 코일의 자기 인덕턴스를 회피하는 구조로서의 권선수 증대, 자계 형성장치와 생성전기 회수장치의 교호 적층 진동방법을 이용한 상대속도의 증대, 자력선과 코일이 직교토록 하는 최대의 sin

값 구현 및 비유효장의 권선이 없는 구조, 절연설비 등의 부수설비가 필요하지 않고 자동화기기로 제작된 보빈리스코일 기성품을 적층하여 구성하는 단순 간결한 유도코일장치, 철저한 자석의 양면 이용 및 누설자계 극소화, 두 개 이상의 역할을 겸하는 장치가 많은 효율적 구조, 밀폐시켜 외부환경으로부터 보호할 수 있는 구조, 2차 전지를 구비하여 축적된 전기를 편리하게 사용 가능토록 하는 구조, 무거운 철제 사용 배제로 소형화 경량화가 가능한 구조 및 외부의 필요로 하는 전력 수요에 맞추어 기전력을 조정할 수 있는 구조 등으로 기전력과 사용상의 편리함을 향상시켜, 우리 주변에서 회전력으로의 변환이 곤란하거나 미약하여 사장되고 마는 작은 운동에너지에서 전기에너지를 얻을 수 있다는 우수성을 지닌다.

그 중에서도 무엇보다 뛰어난 장점은 단순 간결한 구조로 수명이 반영구적이므로 유지관리에 비용이 들지 않는 점으로서, 이는 후술하는 다력 복합이용 진동발전장치와 연계되어 유지관리비용이 거의 필요 없는 소규모 진동발전장치를 가능하게 하고, 우리 주변에서 용이하게 발전에 이용할 수 있는 자연의 운동에너지의 범위를 대폭 확장토록 해준다.

따라서 종래의 일반적인 회전발전기는 한 번의 가동에서 큰 전력 생산을 추구하는 구조로 대형화를 통한 규모의 이익을 시현하는 것이 유리한 반면, 본 발명은 제조방법이나 사용방법 모두 피라미드형 분산배치 및 회수구조로서, 미세한 전류를 '티끌 모아 태산'의 개념으로 수집 회수하여 개별적으로는 작은 전력이지만 다시 이를 모아서 큰 전력을 형성하는 식의 특징을 가지므로, 필요로 하는 곳에 필요로 하는 만큼의 장치를 분산설치하여 사용하는 것이 유리한 중소형 및 개인 휴대용 발전에 적합하며, 회전발전으로는 달성할 수 없거나 곤란한 분야에서의 강점과 우수성을 지닌다.

이하에서는 자체 진동력과, 회전력에서 변환한 진동력을 동시에 이용하거나, 회전력에서 변환한 진동력만으로 발전하는 발명사상에 대해 설명한다.

(일 실시의 예 3)

상기 일 실시의 예 2에 따른 발전기의 외장용기의 상부를 개구하고, 이와 직교하는 위치에 지름 약 15cm이고, 8개의 블레이드를 가진 소형 임펠러를 설치하고, 그 회전축의 끝단에 타원형원반을 설치하고, 상기 원반과 직교하며 접촉하는 부위를 구슬형상으로 곡면 처리한 파이프를 상기 발전기 중앙축과 연결하여, 상기 타원형원반의 회전력과 복원력 발생 자석의 탄성으로, 임펠러가 1회전시 1번의 왕복직선운동력을 얻을 수 있는 간이 캠장치를 설치한다.

가정에서 흔히 쓰는 3단 속도 조절기능을 가진 선풍기의 풍력으로 상기 임펠러를 회전하는 실험을 하여, 상기 선풍기의 스위치가 저속인 경우 약 120mW, 중속인 경우 약 250mW, 고속인 경우 약 400mW의 전력을 얻을 수 있었고, 상기 견본품을 신체에 부착하고 뛰거나, 상기 선풍기가 고속으로 회전하는 전방에서 손을 사용하여 빠른 속도로 흔들어서, 즉 풍력과 진동력을 동시에 사용한 실험의 경우 최고치 900mW를 시현하여 일 실시의 예 2의 최고치 750mW를 150mW 상회하는 결과를 얻을 수 있었다.

(바람직한 실시의 예 21 : 도 32 및 33)

도 32와 같이 상기 바람직한 실시의 예에 따른 발전기중 하나에, 상부 고정용 생성전기 회수장치(또는 자계 형성장치)를 외장용기(590) 내주면과 일정공극을 유지하며 진동할 수 있는 구조로 변형하고, 그 외주면은 강철 파이프를 설치하여 진동시 표면을 보호하면서, 동시에 진동을 원활히 지지하는 베어링 또는 윤활제(530a, 530b)와의 마찰을 감당할 수 있는 구조로 하여, 상기 장치 전체를 중앙진동축(530)과 연결한다. 또 임펠러나 터빈 등의 회전력 발생장치(510)와, 수분 침투를 방지하는 리데나나 씰 등의 수밀패킹장치(540a) 및 회전을 원활하게 지지해주는 베어링(540b)을 구비한 브라켓(540)과 함께 상기 중앙회전축(520)을 외장용기(590)에 결합 고정한다. 이때, 상기 베어링(540b)은 슬라이드 베어링, 볼 베어링 또는 링 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 중앙회전축(520)은 회전속도를 증속, 감속 또는 평준화시키거나, 큰 힘을 시간차를 둔 지속적인 힘으로 분산 발산할 수 있고, 과도한 힘의 작용시 공회전하여 힘을 발산할 수 있는 기어장치를 내장하면서, 캠, 크랭크 또는 스크류 등 회전력을 직선왕복운동으로 변환시키는 회전력변환 진동력발생장치(550)와 연결되고, 하부에는 상기 중앙진동축(530)이 연결되어, 상기 중앙회전축(520)의 회전력이 중앙진동축(530)의 왕복직선운동으로 변환되어 상기 발전기(500)에 전달된다. 또 동극대향 구조의 복원력 발생 자석의 배척력이 부족할 때는 자력을 증강하거나 스프링 등의 탄성부재(560a,560b)를 추가로 구비한다.

상술한 바대로 상기 발전기의 자계 형성장치와 생성전기 회수장치는 서로에게 진동궤도를 제공하는 형태로 맞물린 채 동극대향 구조 자석의 배척력으로 견지되고 있으므로 상기 상부 진동형 생성전기 회수장치(또는 자계 형성장치)가 회전력에서 변환된 진동력에 의해 진동하면, 수직으로 아래의 장치에 연쇄동반진동(중요한 사상임)을 유발한다. 즉 진동시켜야 할 부하는 수직으로 쉽게 작동하는 동극대향 구조 자석의 배척력으로 견지되고 있는 장치들인바 약한 진동력에도 연쇄동반진동을 유발할 수 있는 구조로서, 최소의 회전운동에너지로 최대의 진동발전효과를 얻을 수 있어 운동에너지의 전기에너지로의 변환효율 크게 향상시킬 수 있다. 또 일정공극을 갖는 암수 한 쌍의 파이프로 구성되면서, 상기 발전기와 연결된 안쪽(또는 바깥쪽)의 파이프 밑으로 하부 기판에 고정된 스프링으로 지지되면서, 상기 파이프 외곽으로 하부의 기판과 상기 발전기의 하단을 다른 스프링으로 연결하여 구성한, 진동시간을 지연 또는 증폭시키는 역할을 하는 지지장치(570, 이하 '이중탄성지지장치'라 지칭한다, 상기 파이프는 스프링으로 대체가능하다)를, 자동차, 스쿠터, 자전거, 기차, 선박 등 이동을 수반하는 물체나, 철로 주변 등 풍력과 진동력을 함께 얻을 수 있는 장소에 설치하면, 상기 회전력에서 변환한 진동력 뿐만 아니라 진동을 수반하는 물체의 자체 진동력이 가세 되어 더 큰 기전력을 얻게 된다. 회전력에서 변환한 진동력과 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 동시에 이용할 수 있는 상기 발전기는 우리 주변에 광범위하게 존재하지만 용이하게 발전에 이용되지 못하고 있는 자연의 운동에너지, 특히 위치에너지를 낮춰 가며 일정방향으로 흐르는 성질의 운동에너지 즉 풍력 및 하천, 강, 바다의 조류, 소규모로 모여진 물의 낙차 등과, 이동을 수반하는 물체의 자체 진동력과, 용이하게 진동력을 이용할 수 있는 파력, 회전력으로 변환시키기는 어렵지만 진동력으로는 쉽게 변환할 수 있는 장력 및 중력에 의해 발생되는 진동력 등에서 용이하게 발전할 수 있는 새로운 개념의 발전수단을 제공해 준다. 철로 주변의 와류력와 진동력, 풍력에 의한 진동력과 회전력, 강, 하천 및 바다의 조류력와 진동력, 조류력와 파력, 수력과 진동력, 더 나아가 상기 에너지원들을 복합적으로 이용할 수 있게 된다. 또 전기자동차의 천장에 상기 발전기 다수를 장착한다면 운행중인 경우에는 풍력과 자체 진동력에 의한 효율적인 전기를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 야외 주차중인 경우에도 풍력에 의한 전기를 얻을 수 있게 되어 전기자동차의 보조동력원으로 활용되고, 전기스쿠터나 전기자전거라면 주동력원의 역할을 담당할 수 있다.

상기 이중탄성지지장치의 한쪽 끝단을 상층의 바닥까지 연장하여 돌기 형태로 매설하여 유동인구의 하중에 의한 진동력이 상기 발전기에 전달되도록 구성하고, 회전력발생장치의 임펠러를 하층의 천장 환풍구에 설치하는 등의 방법으로 백화점이나 유동인구가 많은 장소에서의 천장발전도 가능하다. 같은 이치로 지하철 승강대의 하부에 본 발명을 다수 설치하고 상부 바닥에 돌기를 통해 승차 및 하차하는 승객들의 진동력이 전달되도록 하고, 하부에는 지하철 차량의 움직임에서 유발되는 진동력과 와류력을 이용할 수 있다.

또 탈부착 가능하고 접을 수도 있는 소형 임펠러와 함께 제공되어, 오지, 고립 및 대정전 같은 비상상황에서도 간단한 조작을 통해 전기를 얻을 수 있도록 하고, 나아가 캠핑 등 야외활동에서의 전기사용 편익을 제공할 수도 있다.

또 풍력이나 조류력 등 가용할 수 있는 자연 운동에너지가 풍부한 곳에서는 상기 발전기의 하부에도 상기 회전력변환 진동력발생장치를 추가로 구비하여 기전력 향상을 꾀할 수도 있고, 도 33과 같이 상기 장치를 수평으로 눕혀 사용하는 것도 가능하며, 중앙에 도르래 등과 같은 방향전환장치(580)를 추가하여 상하의 장치가 역방향으로 작동토록 하여 상대속도 증대를 기할 수도 있으며, 상하 양측에 상기 회전력변환 진동력발생장치를 설치하고 진동가능한 장치 모두를 회전력에서 변환한 진동력으로 작동하게 할 수도 있다.

이하에서는 우리의 주변에 광범위하게 존재하는, 그러나 아직까지 용이한 방법으로 발전에 연계시키지 못하고 있는 여러 가지 운동에너지 즉 풍력, 조류력, 진동력, 중력, 양력 및 장력 등을 복합적으로 이용하여 진동을 유발하고, 상기 유발된 진동을 분산, 지연, 또는 증폭할 수 있는 활성화장치를 통해 상기 자체 진동력발전기와 회전-진동력 병행이용 발전기에 전달되도록 하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 발전장치인 다력 복합이용 진동발전장치에 대해 설명한다.

(바람직한 실시의 예 22)

다력 복합이용 진동발전장치(600)는 도 34와 같이 다수의 진동발전기 (600A,600B)를 외력분산 연결장치(620)와 3축 탄성연결장치(630)를 사용하여, 외부에서 필요로 하는 규모로 확장한 확장연결 발전장치(690)와, 상기 발전장치에 직접 연결되어 다양한 운동에너지를 흡수하여 자체진동을 유발하고 활성화하는 자체진동유발장치(650x,650y,650z)와, 다양한 외부동력 발생장치가 구비한 동력전달장치의 형태에 상응하는 동력수용장치를 구비하여 상기 외부동력을 상기 발전장치에 진동력으로 전달하면서, 외장케이스나 구성장치의 일부에 고정되는 외부동력 수용장치(650a∼650h)와, 상기 확장연결 발전장치(690)와 떨어진 거리에서 다양한 운동에너지를 흡수하여 상기 확장연결 발전장치(690)에 직선운동의 형태로 진동을 가할 수 있는 힘(이하 '선형가진력(線形加震力)'이라 지칭하며, 특허청구의 범위에서도 같은 개념으로 사용한다)으로 진동을 유발하고 활성화하는 이격 선형가진진동 유발장치(660) 및 상기 전체 장치와 타 물체를 결합하고 지지하면서 상기 타 물체의 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 추가로 전달하는 탄성지지장치(미도시) 및 외장케이스(미도시)를 포함하여 이루어진다.

사각형상의 기판(610)에 조성된 구멍에 상하가 비슷한 길이를 유지하도록 스프링(610a)을 삽입하고 상기 스프링(610a)이 일정간격 이동할 수 있도록 제한하는 위치에 스토퍼(610b)를 설치하고, 상기 스프링의 끝단에 상기 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기(600A)와 회전-진동 병행이용 발전기(600B) 다수를 결합하여 발전기와 발전기 간에도 연쇄동반진동을 활성화할 수 있는 형태로 구비된다. 상기 수평 및 수직으로 기판(610)과 기판(610) 사이는, 가위형상의 외력분산 연결장치(620)가 구비되어 각 4방향의 끝단에는 인접한 상하 및 좌우의 4개 기판을 결합하여, 수평이나 수직으로 작용하는 힘을 수직이나 수평으로 분산하며 연결하는 역할을 한다. 또 X, Y, Z축이 직교하는 코너에는 중앙에 다축 방향으로 회전가능한 중앙고리를 구비하고 3축 방향으로 2개씩의 고리를 스프링과 결합시켜 구성한 3축 탄성연결장치(630)가 설치된다. 또 상기 연결장치(630)를 다시 수직 및 수평으로 스프링(630a)을 이용하여 연결하여, 외부에서 필요로 하는 발전규모에 상응하는 확장연결 발전장치(690)을 구성한다.

자체진동 유발장치(650x,650y,650z)는 상기 확장연결 발전장치(690)의 외장케이스나 구성장치의 일부에 직접 고정하여 3축 방향으로 다수 설치되며, 다양한 운동에너지를 흡수하여 자체진동을 유발하는 장치로서, 횡력이나 양력을 적절히 이용할 수 있는 구조의 돛 또는 블레이드이거나 물의 낙차에 반응하여 진동을 유발할 수 있는 구조의 철판구조물, 진동을 증폭하는 기능의 추(미도시) 및 외장케이스 그 자체일 수도 있다.

외부동력 수용장치(650a∼650h)는 다양한 형태 및 종류의 운동에너지 즉 진동력, 회전력, 장력, 양력, 부력 등과 급속귀환운동, 직선운동 및 간헐적운동 등에 따라 다양한 형태로 구비되는 외부동력 최종동력전달장치의 형태, 진동력조절 전달수단의 구비 여부 및 상기 장치의 고정부위에 따라 이에 상응하여 외부동력을 수용할 수 있는, 특정할 수 없고 다양한 형태로 구비되는, 외장케이스나 구성장치의 일부에 고정한 외부동력수용장치이다. 예를 들어 3축 탄성결합장치(630)의 연결고리에 대형 연이나 애드벌룬 등과 연결하는 경우라면 태엽스프링(650g)이나 인장스프링(650f) 및 연결고리(650h)일 수도 있고, 보트나 수상부유물과 연결하는 경우라면 힘의 조절이 가능한 기어장치(650e)와 고리(650d)일 수도 있다. 또 승강장치를 구비한 소형 임펠러로 강물의 조류력에서 회전력을 얻어 베벨기어(650a)로 90°방향을 전환하여 끝단에 위치한 톱니 형상의 기어(650b)가 회전하는 경우라면 상기 톱니 형상의 기어에 맞물리는 형상의, 외장케이스에 고정되는 톱니 기어(650c)로 구비되어 상기 전체 장치에 진동을 유발한다. 주로 암수 한 쌍의 결합관계를 이루던 장치의 일부를 나누어 고정하는 형태로서, 한 측이 랙(피니언)기어라면 타 측은 피니언(랙)기어이거나, 한 측이 크랭크라면 타 측은 레버인 경우이다. 동력전달장치의 형태와 진동력조절 전달장치 구비여부 및 고정부위에 따라 다양한 형태로 구비되며 전달되는 운동에너지를 효율적으로 진동력으로 변환하여 상기 확장연결 발전장치(690)에 전달하는 장치이다.

이격 진동유발장치(660)는 상기 확장연결 발전장치(690)와 근거리에 위치하면서, 선형가진력 발생장치를 통해 중력 하중을 흡수하여 발생하는 선형가진력을 효율적으로 상기 확장연결 발전장치(690)에 전달하여 진동을 유발하고 활성화하는 장치로서, 선형가진력 조절전달장치와 힘을 전달할 강선과 함께 구비된다. 사람이나 자동차 등의 유동물체가 많은 건물의 바닥, 도로, 계단, 갑판 등의 지지면 위로 돌출 돌기(660a)를 구비하고, 지지면 아래에 상기 돌출 돌기에 전달된 중력 하중, 진동 등의 운동에너지를 흡수하여 선형가진력을 발생하는 판스프링, 켄틸레버, 지렛대, 헬리칼기어 또는 베벨기어와 연결된 장비 등으로 구비되는 선형가진력 발생장치(660b)가 설치되고, 필요한 경우 힘의 분산 또는 지연 발산시키는 기능의 기어장치나 도르래장치 등으로 구비되는 선형가진력 조절전달장치(660c)를 거쳐, 상기 선형가진력을 전달하는 강선(660d)이 구비되어 상기 발전장치(690)에 진동을 유발하고 활성화하는 장치이다.

탄성지지장치(미도시)는 상기 확장연결 발전장치(690)에 상기와 같은 방법으로 부가된 여러 장치를 포함한 전체 장치의 무게를 지지하면서 타 물체와 결합하고, 또 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 분산 또는 지연 발산하는 기능을 갖춘 압축스프링과 같은 탄성 부재로 구비된다.

외장케이스(미도시)는 그 자체가 자체진동 유발장치로서의 기능을 갖고 있는 바, 우비로부터의 보호를 위한 상판과 탄성지지장치와의 고정을 위한 하판을 제외하고는 풍력의 영향을 많이 수용할 수 있도록 철망으로 구비하는 것이 바람직하다.

상기 진동발전장치를 수직으로 길쭉하게 구성하여 가로등이나 교통표지판 등에 설치하거나, 수평으로 길쭉하게 구성하여 지면과 평행한 형태를 지니는 교통 신호등장치에 설치하여 풍력과 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용하면서, 이격 진동유발장치는 보행인이나 자동차의 중력 하중을 이용토록 구성하여, 생산된 전력으로 상기 장비를 가동하고 남은 전력은 기존의 전기 배선을 이용하여 수집 회수한다면 설치비용을 절감하면서 기존의 공공시설물을 최대한 이용하는 도심시설물 이용발전을 할 수 있다. 상기 수직 및 수평형 장치는 등대, 관광타워, 공장 굴뚝 및 첨탑 시설, 빌딩 외벽, 지붕 처마, 송전탑, 광고탑, 간판 등등에 응용될 수 있다. 또 교각이나 고가도로 및 육교 밑이나 옆의 공간은 풍력에 의한 자체 진동력, 유동물체에 의한 추가적인 자체 진동력 및 상기 유동물체의 중력 하중을 다시 한번 이용할 수 있는 이격 진동유발장치의 설치가 편리하며, 예를 들어 외부동력 수용장치에 본 발명 진동발전기 다수와 휘거나 구부릴 수 있는 디스플레이 장치 또는 LED 전광판을 내장한 대형 연이나 애드벌룬을 연결하면, 상기 연은 고도상에서의 광고판 기능을 겸한 장력 발생장치가 되어 더 높은 부가가치를 창출할 수 있으며 광고에 필요한 전력외의 남는 전력은 전선을 내장한 줄을 통해 지상으로 전송할 수도 있다. 또 해상인 경우라면 본 발명 진동발전기 다수와 충분한 규모의 배터리를 수밀 패킹 처리한 구조물을 보트나 수상 구조물에 장착하고 상기 외부동력 수용장치와 연결하여, 2중으로 진동발전을 시행할 수도 있다. 유동물체가 드문 장소나, 야간에는 인공 유동물체를 설치하여 발전하는 것이 바람직하다. 예를 들면 선박의 경우라면, 중앙에 함몰 부위를 갖는 커다란 접시 모양의 지지면에 선형가진력 발생장치를 설치하고, 본 발명 진동발전기 다수와 배터리를 장착하고 바퀴나 곡면상의 미끄럼장치 등의 유동장치를 구비한 작은 자동차 형상의 인공 유동구조물을 다수 배치하고, 추가로 외부동력 수용장치를 사용하여 상기 인공 유동구조물 다수를 연이나 수중 돛과 연결하면, 선박의 요동에 의한 자체 진동력, 상기 인공 유동물체의 자체 진동력 및 중력 하중에 의한 선형가진력 모두를 다중으로 이용하는 복합발전을 할 수 있다. 상기한 방법을 확장하여 큰 선박에서 점차적으로 작아지는 선박 또는 수상구조물로 이어지면서 하류로 갈수록 방사상으로 점차 넓어지는 형태의 선단(船團)다중발전을 시행할 수도 있다. 조류력을 이용하는 수중 돛이나 연의 경우 지렛대를 겸한 판스프링을 사용하여 길이가 긴 쪽은 움직여야 할 유동물체에, 짧은 쪽은 돛에 연결하는 방법으로 자동적인 힘의 조절기능을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 인공 유동물체는 태엽스프링, 인장스프링, 기어장치 등을 복합적으로 사용하여 일정범위 내에서의 유동을 제한할 수 있다. 우천시에는 다소 폭 넓은 우수관로를 조성하고 집하된 빗물의 조류력을 이용하는 다수의 수중 돛을 외부동력 수용장치를 사용하여 상기 인공 유동물체와 연결하는 것이 바람직하다. 또 도 35와 같이 접시형상의 구조물 지지판 중앙 하부에 베벨기어의 톱니와 유사한 톱니(부분확대도 672)를 구비하고 상부에 임펠러 등 회전력 발생장치를 장착한 수직 원뿔구조물장치(671)와, 상기 톱니(672)와 맞물리는 톱니(673)를 가지면서 상기 수직 회전 원뿔장치 회전시, 수평상의 회전력을 얻을 수 있는 수평 원뿔구조물장치(675)를 설치하여 지지면 밑에 매설된 선형가진력 발생장치(674)를 통해 회전하는 인공 유동물체의 중력 하중에 의한 진동력으로 발전할 수 있다. 상기 장치는 베벨기어를 사용하는 장치로 대체할 수도 있다. 또 상기 지지면에 일정 경사각을 주면서 수직 원뿔구조물장치를 사용치 아니하고 수평 원뿔구조물장치의 외곽에 베어링을 구비한 연결장치(676)를 연이나 애드벌룬과 연결하여 상기 원뿔구조물장치가 일정범위 내에서 왕복운동하면서 선형가진력을 발생토록 하는 것도 가능하다.

또 대형 연, 애드벌룬, 수중 돛, 지상풍력이용 임펠러 등에 연결된 발전기장착 인공 유동물체가 다수 구비되고, 대형 배터리를 장착한 로봇 전기배가 상기 발전기장착 인공 유동물체의 충전 표시등을 인식하여 생산전력을 수집하는 도심 인근의 수상 또는 강변의 무인발전, 지상풍력이용 돛이나 임펠러로 작동하는 발전기장착 인공 유동미니차와, 한 쪽은 고도(高度)상의 풍력을 이용하는 연이나 애드벌룬과 연결되고 반대쪽은 탄성부재와 함께 벽에 고정하여 일정 범위내의 이동만 허용되는 발전기장착 인공 유동미니차와, 전력수집용 로봇 전기차로 운영되는 미니 육상무인발전, 낮에는 상기 발전기장착 인공 유동물체에 여러 가지 오락기능이 첨가된, 사람이 작동하는 미니수동차 또는 자전거 등의 유희기구를 대여 운영하고, 밤에는 상기 유희기구에 임펠러를 설치하거나, 연 또는 말이나 개 등의 동물을 이용한 장력으로 발전하는 놀이공원발전, 도심 빌딩 상층부에 상기 발전장치를 집약적으로 설치하거나, 엘리베이터 설치공간과 같이 수직으로 건물을 관통하는 공간에 상기 발전장치를 연쇄동반진동효과가 작용할 수 있도록 다수 설치한 후, 각각의 층마다 이격 진동유발장치를 포함한 여러 가지 진동유발장치를 추가 설치하고, 빌딩 상부 공간 및 옥상에는 다소 큰 규모의 진동유발장치를 설치하여 운영되는 도심빌딩복합발전, 도심 빌딩과 빌딩 사이를 와이어강선으로 연결하고 상기 와이어강선에 상기 발전장치 다수를 연결하여 발전장치 전체에 작용하는 풍력에 의한 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 극대화하는 빌딩-빌딩 공간발전, 포집경을 이용하여 물을 끓일 때 발생하는 기포의 운동에너지를 진동력으로 이용하고, 더불어 온수도 이용하는, 또 수직으로 집약적인 설치가 가능한 새로운 개념의 태양력발전, 베란다 밖의 풍력, 오수관내 물의 낙차력, 문의 여닫는 동력 등을 기본으로 이용하면서, 거실바닥, 침대, 쇼파, 헬스기구, 발전기장착 유희기구 등에서의 선형가진력을 모두 집중 활용할 수 있도록 구비된 베란다천장발전, 말, 개 등의 유동동물이 상기 발전기장착 인공 유동물체를 유동시키기도 하고 더불어 연이나 애드벌룬도 함께 이용하며, 지상의 풍력도 추가하여 이중 삼중으로 운동에너지를 이용하는 다력다중이용 농장발전, 비닐하우스발전, 터널발전, 휀스발전, 응원석발전, 디스코장발전, 전기가 공급되지 않는 야외의 대형광고탑에서 발전하여 상기 광고탑을 밝히는 자급자족형발전, 비행선발전 등등 현재의 우리의 상식으로는 상상하기 힘든 다양한 발전이 가능하다. 또 도로 휴게소 및 주유소마다 상기 발전장치가 보급되어 전기차 충전소를 겸하여 운영한다면, 전기자동차를 비롯한 전기 이동수단의 대중화를 촉진할 것이다.

발전기의 몸체를 지지면 밑에 매설하지 않고 지지면 위에 설치토록 하여 기기 손상방지와 유지관리가 용이하게 구성하였고, 또 그 매설물은 고가의 장비나 발전기가 아니라, 철제로 구성된 판스프링, 튼튼한 압축스프링, 강철지렛대 장치 등의 상당한 내구성을 지닌 장치이고, 선형가진력의 전달 통로만을 확보하면 되는 구조로서 매설면적도 최소화할 수 있다. 자동차가 지나가는 휴게소의 입구에 지하 구조물을 조성하고 상기 공간에 회전력을 얻기 위한 기어장치와 회전발전기를 설치하는 종래의 회전력이용 도로발전장치에 있어서 가장 큰 애로사항인 기기손상의 우려와 유지관리의 어려움을 해소할 수 있다. 또 회전발전기에서 요구되는 일정규모 이상이고 일정방향으로 회전시킬 수 있어야 하는 힘의 조건에 대한 제약이나, 수력발전이나 태양광발전 등의 예에서와 같이 특정 설치 장소와 요건의 제약으로부터 자유로운 상기 발전 장치는 우리 주변에 광범위하게 존재하지만 발전에 연계시키지 못하고 사장되는 자연의 운동에너지를 다양한 수단으로, 용이하게, 유지관리비가 거의 필요없는, 필요로 하는 장소에 필요로 하는 만큼 설치 사용하여 송전에 따른 낭비가 없는 새로운 개념의 그린 전기에너지 발전수단을 제공한다.

또 소규모이지만 발전자의 지위를 갖게 되는 건물주, 선박주 및 개인들의 출현, 조깅시 지참하여 필요한 전자기기의 충전을 완료한 후의 잉여전기의 판매를 희망하는 사람들이나 전기를 생산하여 판매하는 것을 일부 생계유지수단으로 하는 계층의 출현과, 전기 판매를 업으로 하고자 하는 계층의 출현과, 인공 유동물체에 의한 싼값의 전기를 가격경쟁력으로 삼고자 하는 대형 마트의 등장과, 도심 근처에 전기자동차 충전소를 겸한 휴게시설을 갖추고 상기 전기판매 희망자로부터 전기를 싸게 구매하여 마진을 남기고 팔고자 하는 전기매매업자의 출현 및 스마트 그리드 장비를 활용하여 인근 지역에 효율적인 전력서비스를 제공하고 마진을 남기고자 하는 중개업의 등장 등등은 지금까지의 우리 고정관념을 넘어 새로운 산업의 창출로도 이어지고 다방면의 사회변화를 유발할 것이다.

진동력은 자연의 운동에너지를 순방향으로 이용하는 힘이기에, 자연의 운동에너지에서 용이하게 이끌어 낼 수 있음에 비해, 회전력은 자연의 운동에너지의 작용하는 힘을 한번 이상 꺾거나, 거슬러 이용하는 힘이기에, 이용에 어려움과 제약이 따른다. 따라서 진동발전은 용이함을 추구하는 인간의 속성상 구조적으로 자연친화적인 발전수단으로 운영되는 속성을 지닌다. 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기의 반영구적 수명의 장점, 회전-진동력 병행이용 발전기의 발전에 가용할 수 있는 운동에너지의 범위 확장, 다력 복합이용 진동발전장치의 다양하고 간편한 자연 운동에너지 활용수단 제공을 잘 활용한다면, 우리는 화석연료를 사용하는 발전수단을 대체함으로써, 지구의 환경보존에 일익을 담당할 수 있을 것이다.

이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 자계 형성장치(11: 중앙원반자석, 12: 첫 번째 링자석, 13: 두 번째 링자석, 18: 중앙축, 19: 중앙기판)
20: 내측 유도코일장치(21: 첫 번째 동심원통상의 유도코일, 22: 두 번째 동심원통상의 유도코일, 27: 중앙 중공부, 28: 상부기판, 29: 하부기판)
30: 외측 코일유도장치(31: 동심원통상의 유도코일, 32: 중앙연결장치)
40: 다수상 전파정류장치 50: 중앙축 연장장치
60: 복원력 발생장치 또는 자석 70: 외장용기
(번호 뒤에 붙는 알파벳은 다음의 의미를 갖는다)
a: 내주면 또는 그 부속물 b: 외주면 또는 그 부속물
c: 탄성패드 p: 단위자석
q: 단위코일
500: 회전-진동력 병행이용 진동발전기 510: 회전력 발생장치
520: 중앙회전축 530: 중앙진동축
540: 브라켓 550: 회전력변환 진동력발생장치,
560: 탄성부재 570: 이중탄성지지장치
580: 방향전환장치 590: 외장용기
600: 다력 복합이용 진동발전장치 610: 기판
620: 외력분산 연결장치 630: 3축 탄성결합장치
650x,650y,650z: 자체진동 유발장치 650a∼650h: 외부동력 수용장치
660: 이격 선형가진진동 유발장치 670: 인공 유동물체 이용장치
690: 확장연결 발전장치
810: 복원력 발생 중앙원통자석 또는 링자석
815: 상하가 합쳐진 복원력 발생 중앙원통자석 또는 링자석
820: 복원력 발생 외곽 링자석
825: 상하가 합쳐진 복원력 발생 외곽 링자석
830: 다수상 전파정류장치 840: 일반 전선
850: 스프링상의 전선 860: 수평 자력선 유도물질
870: 압전필름 발전장치 880: 압전복합소자 발전장치
890: 외장용기

Claims (29)

1. 다수의 영구자석을 조립하여 수평자력선과 수직반원자력선이 형성된, 고정하거나 진동할 수 있는 구조로 구비되는 자계 형성장치와,
   다수의 유도코일, 정류장치, 복원력 발생 자석 및 수평자력선 유도물질을 구비한, 고정하거나 진동할 수 있고, 분산 배치할 수 있는 구조로 구비되는 생성전기 회수장치를 포함하고,
   외부와의 전기적 연결을 위한 전극단자를 구비한 외장용기에,
   상기 자계 형성장치와 생성전기 회수장치가 상기 복원력 발생 자석의 배척력으로 일정간격을 유지하며 맞물려 삽입되고, 수직으로 교호로 다수 적층되고,
   상기 적층된 장치중 진동형 장치가 원활히 진동할 수 있도록 다른 고정형 장치와 분산 배치형 장치가 구비되며,
   상기 진동형 장치가 진동할 때, 유도 기전력을 얻을 수 있도록 상기 수평자력선 유도물질에 의한 유도된 자력선을 포함한 수평자력선과 상기 유도코일이 직교하도록 구성되고,
   회전력 발생장치와 연결되고, 수밀패킹장치 및 회전을 지지하는 장치를 구비한 브라켓에 의해 외장용기에 결합 고정된 회전축과;
   진동발전기의 기존의 진동형 장치, 또는 수직으로 가장 상부나 하부에 위치한 고정형 장치를 진동형으로 변형하여 구비된 진동형 장치 어느 하나에 진동을 지지하는 장치가 함께 구비되어 결합된 진동축을;
   외부동력 조절전달장치를 내장하고, 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시키는 장치에 연결하여 구성한 회전력변환 진동력발생장치를 상기 진동발전기의 상부나 하부 또는 상하 양측에 설치하여,
   상기 회전력변환 진동력발생장치에 의해 회전력에서 변환된 진동력과 이중탄성 지지장치를 매개로 진동발전기에 연결된 타 물체의 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 병행이용하여 기전력을 얻음을 특징으로 하는,
   자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 자계 형성장치는 수직으로 동극 대향 구조로 적층하고, 수평으로는 중앙자석과 같은 두께의 링자석을 이극 대향 구조이면서, 동심 원주의 지름이 확장하는 형태로 계속 배치하여, 중앙기판을 중심으로 상부와 하부가 동일한 형상이면서 수직으로 적층한 자석의 두께에 해당하는 상하 진동폭을 갖는 진동형 장치를 구비하고, 고정형 장치는 상기 진동형 장치를 반분한 형상으로 구비됨을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 자계 형성장치는 자석 제조시 교호로 착자한 자석으로 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 생성전기 회수장치는 수직으로 기판의 중앙에 정류장치와, 상기 자계 형성장치의 상하 끝단의 자석과 동극 대향하도록 배치한 복원력 발생 자석을 내장하고, 수평자력선 유도물질을 포함한 장치의 일부가 진동형 장치와 고정형 장치에 분산 배치되며, 유도된 자력선을 포함한 수평자력선과 상기 유도코일이 직교할 수 있는 구조로 유도코일을 설치함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 유도코일은 상기 자계 형성장치의 맨 바깥쪽 링자석 외주면이나, 맨 안쪽 링자석 내주면과 직교하는 위치에 구비되는 경우 상기 링자석의 수직으로 자계가 변화하는 공간 전체에 설치함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
6. 삭제
7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 유도코일을 보빈리스코일로 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
8. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 유도코일을 생성전기 회수장치를 구성하는 비자성체 파이프에 자동권선기로 동시에 다수층을 수직 및 수평 세분 이득을 극대화하는 구조로 분할권선하거나, 보빈리스코일을 적층하는 것을 포함하여 분할권선함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 일정간격은 상기 자계 형성장치의 기판의 상부 표면과 상기 생성전기 회수장치의 하부 표면 간의 간격이 상기 자계 형성장치의 수직으로 자석 적층폭임을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 정류장치는 같은 위치의 동심원통에 적층된 유도코일은 한 측 끝단은 중성점으로 집합하여 결선되고, 다른 측 끝단은 같은 극성을 같은 방향으로 배열한 다이오드의 중간에 연결하여 정류하는 다수상 전파정류장치임을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 다수상 전파정류장치는 수직으로 얇은 동심원통상의 기판에 조성되고 중앙에서 외부로 방사상의 도선과 중성점 조성공간을 갖고, 상기 도선의 끝단에는 구멍 소켓 또는 다수 구멍 소켓을 구비하여 핀플러그 또는 다수 핀플러그를 사용하여 전기적 연결을 하는 것을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 복원력 발생 자석을 탄성 부재로 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링, 고무 및 합성수지를 포함하는 재질로 구비함을 특징으로 하는,
    자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 진동발전기의 진동을 증대시키기 위해 상기 자계 형성장치나 생성전기 회수장치를 직접 타격할 수 있는 타격장치나, 외부진동력 조절전달장치를 더 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
15. 제 1항에 있어서,
    외장용기의 내주면의 안쪽이면서, 상기 내주면과 일정공극을 유지하는 동심 원통상의 공간에 압전 필름을 설치하고, 상기 필름의 표면에는 다수의 수평방향으로 착자한 띠자석을 부착하여 상기 자계 형성장치 진동시 상기 필름에의 수평적 가압력이나 수축력을 얻어 발전하는 압전필름 발전장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
16. 제 1항에 있어서,
    외장용기의 내주면과 일정공극을 유지하면서, 수평으로 중앙에 2겹구조로 구비된 동심원통상의 공간의 내주면과 외주면의 좌우 벽에 압전복합소자를 설치하고, 상하의 끝단에 수평방향으로 착자한 얇은 띠자석을 부착한 컨틸레버를 구비하여 상기 자계 형성장치 진동시 상기 압전복합소자에의 수평적 가압 요동력을 얻어 발전하는 압전복합소자 발전장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
17. 제 1항에 있어서,
    상기 외장용기는 몸체의 일부를 휘거나 구부릴 수 있는 기어핏 및 필름형태의 리튬 또는 리튬폴리머 전지를 포함하여 반복적인 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 구비하거나, 상기 몸체 내에 2차 전지를 내장함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
18. 제 1항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 진동발전기의 다수를 수직으로 적층하거나, 수평으로 병행시켜 발전하거나, 상기 진동발전기를 수평으로, 또는 다른 각도로 설치하여 발전함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
19. 제 1항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 진동발전기가 삽입되고 분리할 수 있는 탈부착장치와, 삽입된 진동발전기를 진동시킬 수 있는 탄성부재를 구비하는 진동발전기 케이스를 더 포함하며, 한 번의 진동에서 상기 진동발전기에 추가적인 진동 또는 분산진동을 일으킴을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
20. 삭제
21. 제 1항에 있어서,
    상기 회전력변환 진동력발생장치를 상기 진동발전기의 상부나 하부 어느 한 측에 설치하고, 진동축에 연결된 진동형 장치가 정방향으로 진동시, 방향전환장치로 연결된 타측 진동형 장치가 역방향으로 진동하도록 하여 상대속도 증가를 꾀함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
22. 제 1항에 있어서,
    상기 회전력발생장치는 임펠러, 터빈 중 어느 하나를 포함하여 구성된 회전을 원활히 일으킬 수 있는 장치를 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
23. 제 1항에 있어서,
    상기 수밀패킹장치는 리데나 및 씰을 포함하여 수분 침투를 방지하는 재료로 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
24. 삭제
25. 삭제
26. 제 1항에 있어서,
    상기 진동지지장치는 슬라이드 베어링, 볼 베어링, 링 또는 윤활제를 포함하여 진동을 원활하게 해주는 재료로 구비함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
27. 제 1항에 있어서,
    상기 진동발전기 어느 하나 이상을 수직으로 적층하거나, 수평으로 병행하여 발전하거나, 수평이나 다른 각도로 설치하여 발전함을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
28. 제1항에 있어서,
    상기 자계형성장치와 상기 생성전기회수장치를 서로 기판을 마주하도록 결합하여 그 결합된 기판에 의한 공통중앙기판을 구성하고, 그 공통중앙기판은 그 외주면을 상기 외장용기의 내주면과 일정 공극을 유지하며 진동가능하도록 설치되며,
    상기 공통중앙기판의 상면 또는 하면에는 상기 자계형성장치를 구성하는 다수의 영구자석이 적층 형성되고, 상기 공통중앙기판의 하면 또는 상면에는 상기 생성전기회수장치를 구성하는 다수의 유도코일이 상기 영구자석과 상보적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.
29. 제28항에 있어서,
    상기 영구자석은 기판의 중심부에 적층 설치되는 다수의 원반형 영구자석과, 그 원반형 영구자석을 중심으로 동심원상으로 복수의 겹으로 설치되는 링자석으로 구성되고, 상기 원반형 영구자석의 일측 단부와 대향하는 기판과의 사이 공간에는 상기 자계형성장치 및 생성전기회수장치의 진동을 흡수하고 외부와의 전기적 연결을 위한 스프링상의 전선이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 진동력 또는 회전력 변환 진동력을 이용한 진동발전기.

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