KR101764432B1 - 병진운동을 이용한 자가발전장치 - Google Patents

병진운동을 이용한 자가발전장치 Download PDF

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    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems

Abstract

본 발명은 병진운동을 이용한 자가발전장치에 관한 것으로, 특히, 전기를 발전하기 위해서 인위적으로 조작하거나 별도의 구동부재를 조작하지 않더라도 인간의 활동 중 움직임이나 기계장치의 움직임을 이용하여 효과적으로 발전할 수 있을 뿐만 아니라 충격력을 흡수하여 인체를 보호할 수 있는 병진운동을 이용한 자가 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 병진운동을 이용한 자가발전장치는, 병진운동을 이용한 자가발전장치에 있어서, 인가되는 외력에 대해 수축되고 외력의 해제시에 팽창되며 내부 중심에 삽입공간이 형성된 완충부재; 상기 삽입공간의 내부에 배치되고 상기 완충부재에 가해지는 외력에 의해 요동되며 영구자석으로 이루어진 진동자; 및 상기 완충부재의 내부 또는 외부에 배치되고 상기 진동자의 자극이 변화되면 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면, 신발 등에 장착하여 사용자가 보행과 같은 일상적인 움직임을 수행하게 되면 완충부재 내에 위치한 진동자가 요동되면서 자극이 변화되어 유도코일에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되므로 인위적인 조작을 수행하지 않더라도 전기를 발전할 수 있다. 아울러 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 발전기의 기능 외에 인체에 작용되는 충격력을 흡수하는 완충작용을 수행하므로 착용감을 향상시킬 수 있고 안락함을 제공하여 건강증진을 도모할 수 있다. 그리고, 발전된 전원을 이용하여 발열선, 램프 등과 같은 다양한 편의장치를 설치, 구현할 수 있으므로 제품의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

병진운동을 이용한 자가발전장치 {GENERATOR USING TRANSLATIONAL MOTION}
본 발명은 병진운동을 이용한 자가발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기를 발전하기 위해서 인위적으로 조작하거나 별도의 구동부재를 조작하지 않더라도 인간의 활동 중 움직임이나 기계장치의 움직임을 이용하여 효과적으로 발전할 수 있을 뿐만 아니라 충격력을 흡수하여 인체를 보호할 수 있는 병진운동을 이용한 자가발전장치에 관한 것이다.
석유, 석탄 등과 같은 화석에너지는 산업사회가 고도화 되면서 그 사용연한 급속하게 줄어들고 있어서 최근에는 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다.
이러한 발전시설로부터 생산된 전기는 전력케이블을 매개로 비교적 큰 사용전력이 요구되는 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 소규모의 가전제품이나, 생활용품과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 제품은 1차전지나 리듐이온전지와 같은 2차전지와 같은 배터리를 구비하여 전원으로 사용하고 있다.
하지만, 배터리는 그 사용시간에 한정되어 있으므로 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하지만 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없으므로 방전시에는 해당 제품을 사용할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 최근에는 다양한 자가 발전장치가 개발되어 비상시에 필요한 전원을 충전하여 사용할 수 있도록 하고 있다.
이러한, 종래 자가 발전장치의 문제점을 종합적으로 해결하기 위해 본 출원인은 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2009-0111192호로 출원한 자가 발전장치를 개발하게 되었다.
상기한 자가 발전장치는 도1에 도시된 바와 같이 발전몸체(1), 이 발전몸체(1)에 설치되는 적어도 하나 이상의 전원발생부(2), 및 전기가 생성되도록 전원발생부(2)를 구동시키는 구동자석부재(3)를 구비한다.
전원발생부(2)는 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일(22)이 권취되고 내부에 수용공간(211)이 형성된 케이스(21)와, 외부로부터 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 진동자(23)을 구비한다. 특히, 전원발생부(2)는 종래 발전기에서 회전자와 유사한 역할을 수행하는 부분을 별도의 출력축이 없고 N극 및 S극이 형성된 자석으로 이루어진 무축방식의 진동자(23)로 구성한 것이다.
이러한 형태의 전원발생부(2)는, 구조가 간결, 단순하고 충격과 같은 외력에 대해 강성이 뛰어난 영구자석을 이용한 것이므로 충분한 내충격성과 내구성을 갖는 자가 발전장치를 구현할 수 있었다. 또한 무축방식의 진동자가 내장된 전원발생부를 이용하여 전력을 생산하므로 압전소자를 이용한 자가 발전장치에 비해 고출력의 전기를 생성할 수 있고, 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.
하지만, 도1에 도시된 종래 자가 발전장치는 전원발생부(2)에서 전자기유도작용을 수행하기 위해서 별도로 구동자석부재(3)를 구동시켜야 하는 단점이 있다. 다시 말해서 종래 전원발생부(2)에서 전기를 발생시키기 위해서는 진동자(23)의 자극의 변화를 위해 구동자석부재(3)를 흔들어 주어야 하는 인위적인 동작을 요구하고 있다. 이러한 이유로 인해, 사용자는 이용에 불편함을 느끼게 되고 사용을 기피하게 되므로 자가발전기로서 실효성이 낮은 한계점을 가지고 있다.
그리고, 동절기 극한의 환경에서 근무하는 군인이나 냉동창고와 같은 저온환경에서 근무하는 종사자들은 동상과 같은 질병에 시달리고 있지만 온열신발이나 온열방석과 같은 물품을 전원이 공급되지 않는 환경에서 사용할 수 있도록 구현한 것이 없는 실정이다. 아울러, 온열신발과 같은 물품은 신발몸체에 발열선과 충전식 배터리를 구비한 구조로 제작할 수도 있지만 충전식 배터리를 전원으로 할 경우 사용시간이 한정되고, 매번 충전식 배터리를 교체하고 충전하여야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 착안한 것으로, 전기를 발전하기 위해서 인위적으로 조작하거나 별도의 구동부재를 조작하지 않더라도 인간의 활동 중 움직임이나 기계장치의 움직임을 이용하여 효과적으로 발전할 수 있도록 한 병진운동을 이용한 자가발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 생활 중에 자연스럽게 발생되는 병진운동을 이용하여 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라 충격력을 흡수하여 인체를 보호할 수 있도록 한 병진운동을 이용한 자가발전장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 병진운동을 이용한 자가발전장치는, 병진운동을 이용한 자가발전장치에 있어서, 인가되는 외력에 대해 수축되고 외력의 해제시에 팽창되며 내부 중심에 삽입공간이 형성된 완충부재; 상기 삽입공간의 내부에 배치되고 상기 완충부재에 가해지는 외력에 의해 요동되며 영구자석으로 이루어진 진동자; 및 상기 완충부재의 내부 또는 외부에 배치되고 상기 진동자의 자극이 변화되면 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 완충부재는, 탄성을 갖는 소재에 의해 주름관 형태로 형성된 완충몸체, 상기 삽입공간의 내부에 삽입되는 탄성부재, 및 상기 삽입공간의 상측 개구부를 밀폐하는 완충커버를 구비하고, 상기 진동자는 상기 삽입공간에 삽입되거나 상기 완충커버의 하부에 결합될 수 있다.
그리고, 상기 진동자가 삽입공간에 삽입된 경우, 상기 진동자를 요동시키도록 상기 완충몸체의 외면에 설치되는 구동용 자석부재, 및 상기 진동자의 하부에 설치되어 상기 진동자에 탄성력을 인가하는 진동용 탄성부재 중에서 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다.
한편, 상기 완충커버의 중앙에 공기유입홀이 형성되고, 상기 완충몸체에 상기 삽입공간내에서 압축된 공기가 배출되는 배출호스가 접속되며, 상기 배출호스가 접속되는 공기실, 상기 공기실에 설치되어 상기 배출호스로부터 배출되는 공기에 의해 회전되는 터빈, 및 상기 터빈의 회전시에 전기를 발전하는 터빈 발전기를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 완충커버의 중앙에 공기유입홀이 형성되고, 내부에 보조 삽입공간을 갖도록 상기 삽입공간 내에 돌출되고 상하측에 공기유동홀 및 공기배출홀이 형성된 보조 발전실과, 상기 보조 삽입공간에 삽입 설치되는 보조 탄성부재를 구비하고, 상기 진동자는 상기 완충커버의 저부에 결합되는 제1 진동자와, 상기 보조 탄성부재의 상부에 위치하도록 상기 보조 삽입공간에 설치되는 제2 진동자로 이루어질 수 있다.
아울러, 복수의 상기 병진운동을 이용한 자가발전장치가 상기 완충부재 사이에 서로 연결되는 연결부재를 매개로 근접 배치될 수 있다.
상기 연결부재는 상기 완충부재의 상측 및 하측 중에서 적어도 한 곳 이상에 연결되는 띠 형태의 연결대로 구성될 수 있다.
또한 상기 연결부재는 상기 완충부재의 저면에 일체로 형성되고 판 형상을 갖는 패드로 구성될 수 있다.
상기 패드에는 완충작용을 수행할 수 있도록 완충용 탄성부재만이 내장된 완충돌부가 배치될 수 있다.
그리고, 상기 패드는 신발창 형상, 원형, 타원형, 및 다각형 중에서 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 병진운동을 이용한 자가발전장치로부터 출력되는 발전전원을 평활화하여 DC레벨로 형성하기 위한 회로부를 구비하고, 상기 회로부와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원을 충전할 수 있도록 2차전지를 포함하는 충전모듈, 상기 회로부와 전기적으로 연결되어 점등되는 램프, 및 상기 회로부와 전기적으로 연결되어 발열되는 발열선 중에서 적어도 하나 이상이 배치, 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치에 의하면, 신발 등에 장착하여 사용자가 보행과 같은 일상적인 움직임을 수행하게 되면 완충부재 내에 위치한 진동자가 요동되면서 자극이 변화되어 유도코일에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되므로 인위적인 조작을 수행하지 않더라도 전기를 발전할 수 있다. 아울러 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 발전기의 기능 외에 인체에 작용되는 충격력을 흡수하는 완충작용을 수행하므로 착용감을 향상시킬 수 있고 안락함을 제공하여 건강증진을 도모할 수 있다. 그리고, 발전된 전원을 이용하여 발열선, 램프 등과 같은 다양한 편의장치를 설치, 구현할 수 있으므로 제품의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래 자가발전장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 나타내는 개략적인 분리 사시도,
도3a 내지 도3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제1 변형예 내지 제4 변형예를 나타내는 도면,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제5 변형예를 나타내는 분리사시도,
도5a 및 도5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제6 변형예를 나타내는 도면,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치에 적용되는 회로부의 일 예를 나타내는 도면,
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도8에 의거하여 상세히 설명하고, 도2 내지 도8에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
첨부도면 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 나타내는 개략적인 분리 사시도, 도3a 내지 도3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제1 변형예 내지 제4 변형예를 나타내는 도면으로서, 도3a 내지 도3c는 분리 사시도, 도3d 단면도이다.
도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 인간, 동물, 기계장치 등 모든 창조물에서 상하방향, 좌우방향, 대각방향 등의 자연적 또는 인위적인 움직임으로 인해 발생되는 병진운동을 이용하여 전기에너지를 발전할 수 있도록 하기 위해 마련된 것으로, 완충부재(1), 진동자(2), 및 유도코일(3)을 구비한다.
완충부재(1)는 인가되는 외력에 대해 수축되고 외력의 해제시에 팽창되는 부재로서 형태와 구조에 제한은 없지만, 내부 중심에 삽입공간(111)이 형성되어야 한다.
예컨대, 상기 완충부재(1)는 고탄성 합성수지와 같이 탄성을 갖는 소재에 의해 내부에 삽입공간(111)이 마련된 주름관 형태로 형성된 완충몸체(11), 및 삽입공간(111)의 상측 개구부를 밀폐하도록 완충몸체(11)의 상부에 결합되는 완충커버(12)를 구비한다. 이때, 완충몸체(11)는 상하부에 안착성을 고려하여 외경이 확장된 형태로 안착부(112)가 연장 형성되고, 저면에 공기배출홀(미도시)이 형성되는 것이 바람직하고, 완충커버(12)는 중앙에 공기유입홀(121)이 형성되는 것이 바람직하다.
진동자(2)는 삽입공간(111)의 내부에 설치되고 완충부재(1)로 가해지는 상하방향 외력에 의한 요동현상으로 자극이 변화되면서 유도코일(3)에 기전력이 발생되도록 하는 구성으로 N극 및 S극을 갖는 볼 또는 원판 형상의 영구자석으로 형성되어 있다.
그리고, 진동자(2)는 도2에 도시된 바와 같이 완충커버(12)의 하부에 결합되어 완충커버를 포함하는 완충몸체(11)의 상면으로 가압력이 작용되면 하방으로 수축 및 팽창될 때에 함께 상하로 움직이도록 구성하거나, 도3a에 도시된 바와 같이 진동자(2)는 완충커버(12)의 하부에 제1 진동자(21)를 설치하고, 삽입공간(111) 내부에 제2 진동자(22)를 설치하는 방식으로 2개의 진동자를 구비할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 진동자(21,22)는 마주보는 방향으로 동일한 자극이 위치하도록 하여 반발력이 작용되도록 하는 것이 바람직하다.
그 외에도, 진동자(2)는 도3c에 도시된 바와 같이 볼 또는 원판 형상의 영구자석을 삽입공간(111)에만 위치하도록 삽입하여 흔들림과 같은 움직임에 대해서 요동되도록 구성할 수 있다. 이때, 진동자(2)의 하부에는 압축스프링과 같은 진동용 탄성부재(23)을 설치하여 탄성 반발되도록 함으로써 한 번의 외력에 대한 반복적인 병진운동이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 도3d에 도시된 바와 같이 진동자(2)를 삽입공간(111)에 삽입한 경우에는 완충몸체(11)의 외주면에 별도의 구동용 자석부재(24)를 구비하여 완충몸체(11)의 수축 및 팽창과정에서 함께 이동되도록 함으로써 진동자(2)에 자극 변화가 효과적으로 이루어지도록 구성할 수 있다. 이때, 구동용 자석부재(24)는 링 형상으로 형성하여 주름부 사이에 위치하도록 끼워 넣어 이탈되지 않도록 설치하고, 인접하는 구동용 자석부재(24)는 서로 척력이 작용하도록 동일 자극이 서로 마주보도록 배치하는 것이 바람직하다.
유도코일(3)은 진동자(2)의 자극이 변화되면 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 구성으로, 도2 내지 도3d에 나타난 바와 같이 완충부재(1)의 내부에 설치되는 것이 바람직하지만, 완충부재(1)의 외부에 설치될 수도 있다. 그리고, 유도코일(3)은 진동자(2)의 움직임에 의해 손상되지 않도록 보호필름(미도시)이나 보호커버(미도시)의 내부에 권선이 위치하도록 제작하여 설치한다.
한편, 병진운동을 이용한 자가발전장치는 도3b에 도시된 바와 같이 완충부재(1)의 삽입공간(111) 내부에 압축코일스프링과 같은 탄성부재(4)가 더 구비될 수 있다. 이 탄성부재(4)는 현재 상용화되고 있는 고탄성 합성수지의 복원속도와 내구성의 한계점을 고려한 것으로, 완충몸체(11)가 보다 신속하게 복원되도록 하여 반복적인 가압력에 대해 신속하게 수축 및 팽창되면서 연속적으로 효과적인 발전이 가능하도록 하기 위해 구성된 것이다. 그리고, 이와 같이 완충부재(1)의 내부에 탄성부재(4)가 구비할 경우, 유도코일(3)은 압축 및 팽창되는 탄성부재에 의해 손상되지 않도록 외경을 작게 형성한다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제5 변형예를 나타내는 분리사시도이다.
본 변형예에 따르면, 병진운동을 이용한 자가발전장치는 연결부재(5)를 매개로 복수의 병진운동을 이용한 자가발전장치를 서로 연결하여 하나의 발전 모듈로 구성할 수 있다.
예컨대, 도4에 도시된 바와 같이 병진운동을 이용한 자가발전장치를 근접 배치하고 완충부재(1) 사이에 연결부재(5)를 서로 연결하는 형태로 구성할 수 있다. 이때, 병진운동을 이용한 자가발전장치의 배치 수량은 사용목적, 설치장소나 물품, 위치 등에 따라 2개 이상으로 다양하게 구성할 수 있다.
이와 같이 복수의 병진운동을 이용한 자가발전장치가 하나의 발전모듈로 구성되면 어느 하나의 자가발전장치에만 하방 가압력이 작용되더라도 진동자(2)가 요동되면서 인접하는 자가발전장치에 내장된 진동자에 자력을 인가하여 동반 요동되도록 함으로써 도미노 현상과 유사한 형태로 주변의 자가발전장치에도 기전력이 생성되도록 하여 전원을 발전하게 된다. (특히 도3c에 도시된 바와 같이 진동자(2)가 삽입공간의 내부에 요동이 자유롭게 배치된 경우 매우 효과적인 연쇄적인 발전작용을 수행할 수 있다)
그리고, 연결부재(5)는 도4에서와 같이 완충부재(1)의 상측 및 하측 중에서 적어도 한 곳 이상에 연결되는 띠 형태의 연결대(51)로 구성될 수 있다.
도5a 및 도5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 제6 변형예를 나타내는 도면으로 도5a는 사시도, 도5b는 평면도이고, 도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치에 적용되는 회로부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도5a 및 도5b를 참조하면, 복수의 병진운동을 이용한 자가발전장치는 연결부재(5)를 매개로 서로 연결되어 발전모듈을 형성하되, 연결부재(5)가 완충부재(1)의 저면에 일체로 형성되는 판 형상의 패드(52)로 구성되어 있다.
상기 패드(52)는 설치장소, 사용목적, 적용물품의 종류 및 형태 등에 따라 신발창 형상, 원형, 타원형, 및 다각형 등의 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 그리고, 패드(52)의 소재는 설치장소, 사용목적, 적용물품의 종류 및 형태 등에 따라 고탄성 고무, 우레탄, 발포 합성수지, 코르크 등 다양한 소재를 채택하여 구성할 수 있다.
예컨대, 패드(52)는 도5a에 도시된 바와 같이 신발의 뒤쪽 내부에 설치하고자 하는 경우 신발의 내부 후방 형상과 대응하는 형상으로 형성된다. 이와 같이 형성된 병진운동을 이용한 자가발전장치는 완충부재(1)측이 아래쪽으로 향하도록 신발 내부에 삽입하는 것이므로 신발창(미도시)에는 완충부재(1)의 형상과 대응하는 설치홈(미도시)이 요입, 형성되어야 한다.
한편, 패드(52)는 도5b에 도시된 바와 같이 신발창 모양으로 형성될 수 있다. 그리고, 패드(52)에는 병진운동을 이용한 자가발전장치에 의해 발전된 전원을 이용하여 작동되는 다양한 편의장치를 구현할 수 있다.
이를 위해, 병진운동을 이용한 자가발전장치는 도6에 도시된 바와 같이 병진운동을 이용한 자가발전장치로부터 출력되는 발전전원을 평활화하여 DC레벨로 형성하기 위한 회로부(6)를 구비되어 있고, 상기 회로부(6)와 전기적으로 연결되어 발열되는 발열선(7,도5b 참조)이 구성되어 있다.
그리고, 전술한 회로부(6)와 전기적으로 연결되어 점등되도록 발광다이오드와 같은 램프(미도시)를 설치하여 다양한 야간 조명등으로 사용하거나, 다양한 미감을 표현하는 악세사리 램프로 적용할 수 있다.
또한, 패드(52)에는 회로부와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원을 충전할 수 있도록 2차전지(81)를 포함하는 충전모듈(8)이 구비되어 충전된 전원을 통신기기의 등의 전원으로 사용할 수 있다.
한편, 도5b에 도시된 패드(52)에는 발전을 위한 완충부재(1) 외에 내부에 진동자(2)가 구비되지 않고 완충작용만을 수행할 수 있도록 완충용 탄성부재만이 내장된 형태의 완충돌부(미도시)가 구성될 수 있다.
회로부(6)는 진동자(2)가 불규칙적으로 요동됨을 고려하여 출력되는 반대 극성의 전압을 정류하도록 브릿지 다이오드(61)를 구성하고, 2차전지(81)에 충전하기 위해 저항(63)과 컨덴서(62)를 이용한 지연회로를 갖도록 구성할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 충전모듈(8)은 2차전지(81,축전지)와 충전회로(미도시)를 갖춘 통상의 모듈을 적용하여 구성할 수 있는 것이므로 첨부도면(도5a 및 도5b)에서 간략하게 도시하고 구체적인 설명을 생략한다.
아울러, 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 각각의 완충부재(1)에 내장된 유도코일(3)과 회로부(6)와 사이를 연결하는 전원공급라인(도전선,미도시)과, 회로부(6)와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원을 사용할 수 있도록 발열선, 램프, 등의 전원 공급개소로 전원을 공급하기 위한 전원공급라인(전원공급선,미도시)이 더 구비되지만 구체적으로 도면에 도시하지는 않았다. 이때, 각 유도코일(3)과 회로부(6) 사이를 연결하는 전원공급라인은 유도코일의 권선수에 따라 발전 전압이 정해져 있으므로 희망하는 충전전압이나 전원 공급개소의 사용 전압에 맞추어 병렬회로구조, 직렬회로구조, 또는 병렬 및 직렬회로를 혼합한 회로구조로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치의 작용를 신발에 적용한 예를 가지고 간략하게 설명한다.
먼저, 도5b에 도시된 바와 같이 신발창 형상을 갖는 패드(52)에 도2 내지 도3c에 나타난 바와 같은 진동자(2) 및 유도코일(3)가 내장된 완충부재(1)를 다수 배치한 병진운동을 이용한 자가발전장치를 신발의 내부에 삽입, 설치하여 신발로 구성한다.
이와 같이 자가발전장치가 내장된 신발을 사용자의 발에 삽입, 착용하고 보행 하여 신발이 바닥에 접촉되면, 발바닥의 가압력이 완충몸체(11)의 상면에 작용되면서 주름부가 수축되고 완충커버(12)의 저면에 형성된 진동자(2)가 하방으로 이동되고, N, S 자극 교차 형성된 진동자(2)의 자극이 변화되므로 유도코일(3)에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되므로 전기를 발전하게 된다.
이후, 신발이 바닥으로부터 이탈되면 수축되어 있던 완충몸체(11)가 팽창되면서 원위치 되므로 진동자(2)는 상방으로 이동되고 N, S 자극이 반복 형성된 진동자의 자극이 다시 한 번 더 변화되므로 유도코일(3)에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되면서 전기를 발전하게 된다.
그리고, 완충몸체(11)의 내부에 진동자(2)를 삽입한 구조일 경우에는 보행자가 보행을 하게 되면 신발과 바닥과의 접촉시 발생되는 충격력과 신발을 상하로 들어 올리는 과정에서의 움직임으로 인해 진동자(2)가 요동되므로 진동자의 자극이 변화되므로 유도코일(3)에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되면서 전기를 발전하게 된다.
이때, 완충몸체(11)의 내부에 탄성부재(4)가 구비될 경우 완충몸체(11)가 보다 신속하게 복원되므로 반복적인 가압력에 대해 신속하게 수축 및 팽창되면서 연속적으로 발전을 할 수 있고, 또한 탄성부재(4)는 보행중의 충격력을 흡수하여 쿠션작용을 수행하게 되므로 발을 보호할 수 있는 장점이 있다.
한편, 전술한 바와 같이 사용자의 보행동작에 의해 자가발전장치가 발전한 전원은 동절기의 경우 회로부(6)를 통해 발열선(7)으로 공급되도록 하여 온열작용을 수행하도록 하게 되면 사용자의 발에 온열을 제공하여 동상과 같은 질병을 예방할 수 있고, 편안함과 쾌적함을 제공할 수 있다. 그 외에도, 자가발전장치가 발전한 전원을 2차전지에 충전하여 통신기기 등의 전원으로 하거나 램프의 점등용 전원으로 사용할 수 있으므로 충전기의 기능을 수행할 수 있다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 설명하기 위한 도면으로, 이해를 돕기 위해 요부를 간략화 하여 나타낸 사시도이다. 아울러, 이하에서 설명되는 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에서 전술한 제1 실시예에 나타난 구성과 동일, 유사한 구성에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 제1 실시예 및 그 변형예들에 나타난 구성들은 제2 실시예 및 제3 실시예에서도 선택적으로 채용할 수 있는 것으로 그 구체적인 적용예에 대한 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 제1 실시예에 나타난 완충부재(1), 진동자(2), 및 유도코일(3)의 구성 외에 공기실(91), 터빈(92), 및 터빈발전기(93)가 더 구비되어 완충부재(1) 내에서 압축되는 공기에 의해 한 번 더 전기를 발전할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 완충부재(1)는 주름관 형태로 형성된 완충몸체(11), 삽입공간(111)의 내부에 삽입되는 탄성부재(4), 및 삽입공간(111)의 상측 개구부를 밀폐하는 완충커버(12)를 구비하되, 완충몸체(11)는 삽입공간(111) 내에서 압축된 공기가 배출되는 배출호스(14)가 접속되며, 완충커버(12)는 중앙에 삽입공간(111) 내부의 공기유입을 위한 공기유입홀(121)이 형성되어 있다.
공기실(91)은 내부에 중공부가 형성된 대략 원통 형상의 부재로서 그 외주면에 완충몸체(11)와 연결된 배출호스(14)의 타단이 접속되어 완충몸체(11)의 수축시에 압축된 공기가 유입되도록 되어 있다.
터빈(92)은 회전축(921)상에 다수의 블레이드(922)가 형성된 구조로 배출호스(14)로부터 분출되는 공기의 항력에 의해 회전되도록 되어 있다.
터빈 발전기(93)는 터빈(92)의 회전시에 전기를 발전하는 구성으로, 공기실(91)의 상측에 설치되는 발전기케이스(미도시), 이 발전기케이스의 내주면 부분에 권선된 유도코일(미도시), 및 유도코일의 중앙으로 배치되는 회전축상에 설치되는 회전자(미도시) 등을 구비한 통상의 발전기 구조로 구성되어 있다.
전술한, 제2 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 완충부재(1)에 가압력이 작용되면 진동자(2) 및 유도코일(3)에 의해 1차적으로 전기가 발전되고, 이와 동시에 완충몸체(11) 내에서 압축된 공기가 공기실(91) 내부로 유입되어 터빈(92)를 회전시킴으로써 터빈발전기(93)에 의해 2차적으로 전기가 발전 되므로 보다 발전효율이 배가되는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 삽입공간(111)과 공기실(91) 사이에 물과 같은 액체가 순환되면서 터빈(92)을 회전시키도록 구성할 수도 있다. 이 경우 완충몸체(11)와 공기실(91) 사이에 배출호스(14) 외에 유체의 복귀호스(미도시)가 별도로 구성되어야 한다.
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 설명하기 위한 도면으로서, 단면 구조를 간략하게 도시한 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 제1 실시예에 나타난 완충부재(1), 진동자(2), 및 유도코일(3)이 구비되어 있고, 완충부재(1)는 주름관 형태로 형성된 완충몸체(11), 삽입공간(111)의 내부에 삽입되는 탄성부재(4), 및 삽입공간의 상측 개구부를 밀폐하도록 설치되고 중앙에 공기유입홀(121)이 형성된 완충커버(12)와 더불어 완충몸체(11)의 내부에 보조 발전실(94)과 보조 탄성부재(95)가 더 구비되어 완충부재(1) 내에서 압축되는 공기에 의해 한 번 더 전기를 발전할 수 있도록 되어 있다.
보조 발전실(94)은 내부에 보조 삽입공간(941) 형성되도록 삽입공간(111) 내부로 돌출되는 구성으로 상하측에 공기유동홀(942) 및 공기배출홀(943)이 천공된 형태로 형성되어 있다. 이때, 보조 삽입공간(941)은 상측 공간 부분의 내경이 좁게 형성되고 하측 공간 부분의 내경은 넓게 형성되어 있다.
보조 탄성부재(95)는 보조 삽입공간(941)에 삽입 설치되는 구성으로, 압축코일 스프링으로 구성되어 보조 삽입공간(941)의 상측 공간 부분에 후술되는 제2 진동자(22)가 위치하도록 탄성력을 인가하게 된다.
상기 진동자(2)는 완충커버(12)의 저부에 결합되는 제1 진동자(21)와, 보조 삽입공간(941)의 내부에 삽입되어 보조 탄성부재(95)의 상부에 위치하도록 설치되는 제2 진동자(22)로 이루어진다.
전술한, 제3 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치는 완충부재(1)에 가압력이 작용되면 제1 진동자(21) 및 유도코일(3)에 의해 1차적으로 전기가 발전되고, 이와 동시에 완충몸체(11)의 삽입공간(111) 내에서 압축된 공기가 공기유동홀(942)을 통해 보조 삽입공간(941)으로 유입되면 제2 진동자(22)가 하방으로 이동되고 이후 보조 탄성부재(95)의 탄성력에 의해 다시 상방으로 이동되므로 유도코일(3)에 전자기유도작용에 의한 기전력이 생성되면서 2차적으로 전기를 발전하게 되므로 전기의 발전량이 증가되는 장점이 있다.
이때, 보조 삽입공간(941)은 상측 부분이 좁게 형성되어 있어서 공기의 누출이 최소화 되므로 최초에 보조 탄성부재(95)의 탄성력에 의해 상측에 위치한 제2 진동자(22)에 큰 공기압이 작용되면서 제2 진동자(22)의 요동범위가 커지게 되어 전기의 발전량이 증가되는 효과가 발휘된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병진운동을 이용한 자가발전장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:완충부재 11:완충몸체
111:삽입공간 12:완충커버
14:배출호스 2:진동자
21:제1 진동자 22:제2 진동자
3:유도코일 4:탄성부재
5:연결부재 51:연결대
52:패드 6:회로부
7:발열선 8:충전모듈
91:공기실 92:터빈
93:터빈발전기 94:보조 발전실
95:보조 탄성부재

Claims (11)

  1. 병진운동을 이용한 자가발전장치에 있어서,
    인가되는 외력에 대해 수축되고 외력의 해제시에 팽창되며 내부 중심에 삽입공간이 형성된 완충부재; 상기 삽입공간의 내부에 배치되고 상기 완충부재에 가해지는 외력에 의해 요동되며 영구자석으로 이루어진 진동자; 및 상기 완충부재의 내부 또는 외부에 배치되고 상기 진동자의 자극이 변화되면 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일을 포함하고,
    상기 완충부재는, 탄성을 갖는 소재에 의해 주름관 형태로 형성된 완충몸체, 상기 삽입공간의 내부에 삽입되는 탄성부재, 및 상기 삽입공간의 상측 개구부를 밀폐하는 완충커버를 구비하고,
    상기 진동자는 상기 삽입공간에 삽입되거나 상기 완충커버의 하부에 결합되며,
    상기 완충커버의 중앙에 공기유입홀이 형성되고,
    내부에 보조 삽입공간을 갖도록 상기 삽입공간 내에 돌출되고 상하측에 공기유동홀 및 공기배출홀이 형성된 보조 발전실과, 상기 보조 삽입공간에 삽입 설치되는 보조 탄성부재를 구비하고,
    상기 진동자는 상기 완충커버의 저부에 결합되는 제1 진동자와, 상기 보조 탄성부재의 상부에 위치하도록 상기 보조 삽입공간에 설치되는 제2 진동자로 이루어진 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 병진운동을 이용한 자가발전장치가 상기 완충부재 사이에 서로 연결되는 연결부재를 매개로 근접 배치된 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 완충부재의 상측 및 하측 중에서 적어도 한 곳 이상에 연결되는 띠 형태의 연결대인 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 완충부재의 저면에 일체로 형성되고 판 형상을 갖는 패드인 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패드에는 완충작용을 수행할 수 있도록 완충용 탄성부재만이 내장된 완충돌부가 배치된 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 패드는 신발창 형상, 원형, 타원형, 및 다각형 중에서 어느 하나의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 병진운동을 이용한 자가발전장치로부터 출력되는 발전전원을 평활화하여 DC레벨로 형성하기 위한 회로부를 구비하고,
    상기 회로부와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원을 충전할 수 있도록 2차 전지를 포함하는 충전모듈, 상기 회로부와 전기적으로 연결되어 점등되는 램프, 및 상기 회로부와 전기적으로 연결되어 발열되는 발열선 중에서 적어도 하나 이상이 배치, 구성된 것을 특징으로 하는 병진운동을 이용한 자가발전장치.
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