KR101881691B1 - Energy harvesting module having structure of 2 axis gym ball and energy harvesting apparatus comprising thereof - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an energy harvesting module having a two-axis gimbal structure comprises: a hollow outer spherical body having an outer coil; a hollow intermediate spherical body having a permanent magnet, which is a concentric sphere existing inside the outer spherical body, and is connected to the outer spherical body through an outer rotating shaft so as to be capable of relatively rotating with the outer spherical body; and a hollow inner spherical body having an inner coil, which is a concentric sphere existing inside the intermediate spherical body, and is connected to the intermediate spherical body through an inner rotating shaft provided in the direction perpendicular to the outer rotating shaft so as to be capable of relatively rotating with the intermediate spherical body. According to the present invention, energy collection density is increased.

Description

2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 에너지 하베스팅 장치{ENERGY HARVESTING MODULE HAVING STRUCTURE OF 2 AXIS GYM BALL AND ENERGY HARVESTING APPARATUS COMPRISING THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy harvesting module having a two-axis mass balance structure and an energy harvesting device including the energy harvesting module.

본 출원은, 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.The present application relates to an energy harvesting module having a biaxial mass balance structure and an energy harvesting device including the same.

최근 환경오염 및 에너지 부족 문제가 심각해지면서 해양 에너지 수집에 대한 관심이 크게 높아지고 있다. 해양 에너지로부터 전기 에너지를 얻기 위해서는 다양한 방법들이 있다. 이러한 방법들 중 바닷물의 상하 운동인 파도 에너지를 이용하여 전기 에너지를 얻는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 가동 물체형 발전 방식은 다른 발전 방식에 비해 에너지 변환효율이 높으나, 바다 표면에 설치해야 하기 때문에 넓은 표면적을 차지하는 단점이 있다. 최근 이러한 단점을 해결하기 위해 부표를 바닷물 표면에 띄우고, 바다 밑바닥에 설치된 직선 운동 발전기를 그 부표에 연결시키는 방식을 사용하고 있다. 이 방식은 바다의 생태 환경에 미치는 영향을 많이 감소시킬 수 있으나, 발전 효율이 크지 않다는 문제점이 있다.Recently, environmental pollution and energy shortage have become serious problems, and interest in marine energy collection is increasing. There are various ways to obtain electrical energy from marine energy. Among these methods, studies are being actively carried out to obtain electric energy using wave energy which is the up and down movement of seawater. Among these, the movable body type power generation system has a higher energy conversion efficiency than other power generation systems, but has a disadvantage that it occupies a large surface area because it needs to be installed on the sea surface. In order to overcome these shortcomings, a buoy is placed on the sea surface and a linear motion generator installed at the bottom of the sea is connected to the buoy. This method can greatly reduce the impact on the ecological environment of the sea, but there is a problem that the power generation efficiency is not large.

가동 물체형 발전 방식과 관련된 기술로는, 예를 들면, 한국등록특허 제1133671호(“가동물체형 파력 발전 장치”, 등록일: 2012년03월29일)이 있다.For example, Korean Patent No. 1133671 (" Moving object type wave power generation device ", registered on March 29, 2012) is known as a technology related to a movable object type power generation system.

한국등록특허 제1133671호(“가동물체형 파력 발전 장치”, 등록일: 2012년03월29일)Korean Registered Patent No. 1133671 (" Moving Object-type Wave Power Generator ", registered on March 29, 2012)

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 에너지 수집 밀도를 높임과 동시에 에너지 수집 효율과 에너지 출력 밀도를 높일 수 있는 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided an energy harvesting module having a biaxial mass balance structure capable of increasing energy collection density, energy collection efficiency and energy output density, and an energy harvesting device including the same.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 외부 코일을 구비한 중공 형태의 외부 구체; 상기 외부 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 외부 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 외부 회전축을 통해 상기 외부 구체와 연결된, 영구 자석을 구비한 중공 형태의 중간 구체; 및 상기 중간 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 중간 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 상기 외부 회전축과 직각 방향으로 구비된 내부 회전축을 통해 상기 중간 구체와 연결된, 내부 코일을 구비한 중공 형태의 내부 구체를 포함하는 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a magnetic resonance apparatus comprising: a hollow outer sphere having an outer coil; A hollow intermediate spherical body having a permanent magnet connected to the outer spherical body through an outer rotating shaft so as to be able to rotate relative to the outer spherical body by concentric spheres existing inside the outer spherical body; And a hollow inner body having an inner coil connected to the intermediate spherical body via an inner rotary shaft provided in a direction perpendicular to the outer rotary shaft so as to be capable of relatively rotating with the intermediate spherical body, There is provided an energy harvesting module having a biaxial universal grain structure including a sphere.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈들이 상호 연결된 에너지 하베스팅 장치에 있어서, 상기 적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈들 각각은, 외부 코일을 구비한 중공 형태의 외부 구체; 상기 외부 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 외부 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 외부 회전축을 통해 상기 외부 구체와 연결된, 영구 자석을 구비한 중공 형태의 중간 구체; 및 상기 중간 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 중간 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 상기 외부 회전축과 직각 방향으로 구비된 내부 회전축을 통해 상기 중간 구체와 연결된, 내부 코일을 구비한 중공 형태의 내부 구체를 포함하는 에너지 하베스팅 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an energy harvesting apparatus in which at least two or more energy harvesting modules are interconnected, each of the at least two energy harvesting modules comprising: a hollow outer sphere having an outer coil; A hollow intermediate spherical body having a permanent magnet connected to the outer spherical body through an outer rotating shaft so as to be able to rotate relative to the outer spherical body by concentric spheres existing inside the outer spherical body; And a hollow inner body having an inner coil connected to the intermediate spherical body via an inner rotary shaft provided in a direction perpendicular to the outer rotary shaft so as to be capable of relatively rotating with the intermediate spherical body, An energy harvesting apparatus is provided that includes a sphere.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 3개의 구체가 2개의 축에 의해 연결된 짐발 구조의 에너지 하베스팅 모듈 내에 코일, 영구 자석, 코일을 샌드위치 형식으로 배치하여 회전 운동에 의한 기전력을 발생시키며, 추가로 자기 부상 발전기를 에너지 하베스팅 모듈 내부에 배치하여 에너지 하베스팅 모듈의 상하 유동에 의한 직선 운동으로부터 기전력을 발생시킴으로써, 에너지 수집 밀도를 높임과 동시에 에너지 수집 효율을 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a coil, a permanent magnet, and a coil are arranged in a sandwich form in an energy harvesting module of a gimp structure in which three spheres are connected by two axes to generate electromotive force by rotational motion, The magnetic levitation generator is placed inside the energy harvesting module to generate the electromotive force from the linear motion caused by the upward and downward flow of the energy harvesting module, thereby increasing the energy collection density and increasing the energy collection efficiency.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 상술한 에너지 하베스팅 모듈은 적어도 2개 이상 상호 연결됨으로써, 에너지 출력 밀도를 높일 수 있다.Further, according to another embodiment of the present invention, at least two or more of the above-described energy harvesting modules are interconnected to increase the energy output density.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈의 단면 구조이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈을 외부 코일, 영구 자석, 및 내부 코일을 중심으로 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 2a의 단면 구조이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈에 구비된 외부 코일, 영구 자석, 및 내부 코일을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈 내부에 구비되는 자기 부상 발전기의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈 내부에 구비되는 자기 부상 발전기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view of an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a illustrates an energy harvesting module according to one embodiment of the present invention, centered on an outer coil, a permanent magnet, and an inner coil.
2B is a sectional view of FIG. 2A according to an embodiment of the present invention.
3 shows an outer coil, a permanent magnet, and an inner coil provided in the energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing the structure of a levitation generator incorporated in an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the operation of a magnetic levitation generator provided in an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)의 단면 구조이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)을 외부 코일(111), 영구 자석(121), 및 내부 코일(131)을 중심으로 도시한 것이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 2a의 단면 구조이다. 한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)에 구비된 외부 코일(111), 영구 자석(121), 및 내부 코일(131)을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of an energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A illustrates an energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention with an outer coil 111, a permanent magnet 121, and an inner coil 131 as a center. FIG. Sectional structure of FIG. 2A according to one embodiment. 3 illustrates an outer coil 111, a permanent magnet 121, and an inner coil 131 included in the energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 모듈(100)은 외부 구체(110), 중간 구체(120), 내부 구체(130), 자기 부상 발전기(140) 및 케이스(150)를 포함할 수 있다. 상술한 외부 구체(110), 중간 구체(120), 내부 구체(130)는 직경을 달리하는 동심구로, 외부 구체(110)와 중간 구체(120)는 회부 회전축(External, AXis, 이하 'EAX'라 함)을 통해 연결되어 상대 회전 운동(D1 참조)을 하며, 중간 구체(120)와 내부 구체(130)는 내부 회전축(Internal, AXis, 이하 'IAX'라 함)을 통해 연결되어 상대 회전 운동(D2 참조)을 할 수 있다.1 to 3, the energy harvesting module 100 includes an outer sphere 110, an intermediate sphere 120, an inner sphere 130, a magnetic levitation generator 140, and a case 150 can do. The outer spherical body 110 and the intermediate spherical body 120 are concentric spherical spheres having different diameters and the outer spherical body 110 and the inner spherical spherical body 120 have outer spherical outer axes AXis (Refer to D1), and the intermediate spherical body 120 and the inner spherical body 130 are connected to each other via an internal rotation axis Internal (hereinafter referred to as IAX) (See D2).

구체적으로, 외부 구체(110)는 외부 코일(111)을 구비한 중공 형태의 구(sphere)일 수 있다. 내부에는 중간 구체(120)와 내부 구체(130)가 순차로 수용될 수 있다.Specifically, the outer sphere 110 may be a hollow sphere having an outer coil 111. The intermediate spherical body 120 and the inner spherical body 130 can be accommodated in sequence.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 구체(110)의 표면에는 외부 코일(111)이 매립된 형태로 제공될 수 있다. 또는 실시 형태에 따라서는 외부 코일(111)은 외부 구체(110)의 표면에 부착된 형태일 수 있다. Here, as shown in FIG. 1, an outer coil 111 may be provided on the surface of the outer sphere 110 in a buried form. Or the outer coil 111 may be attached to the surface of the outer sphere 110, depending on the embodiment.

상술한 외부 코일(111)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 2회 이상 감겨진 코일일 수 있으며, 각각의 외부 코일(111)은 중간 구체(120)의 표면에 구비된 적어도 2개 이상의 영구 자석 중 하나와 대응되는 위치에 구비될 수 있다.The outer coil 111 may be a coil wound at least twice, as shown in Fig. 3, and each of the outer coils 111 may include at least two or more coils 111 provided on the surface of the intermediate spheres 120 And may be provided at a position corresponding to one of the permanent magnets.

상술한 외부 코일(111)은 상호 직렬 연결되며, 후술하는 케이스(150) 내에 구비된 배터리(미도시)에 연결되어 외부 구체(110)와 중간 구체(120)와의 상대적인 회전 운동(D1 참조)에 의해 야기되는 기전력을 배터리(미도시)에 전달할 수 있다.The external coils 111 are connected in series to each other and are connected to a battery (not shown) provided in a case 150 to be described later and are connected to the external spheres 110 and the intermediate spheres 120 To the battery (not shown).

한편, 적어도 2개 이상의 외부 코일들(111)이 부착된 상기 외부 구체(110)의 표면은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연 및 방수 재질의 물질(112)에 의해 덮여질 수 있다. 또한, 절연 및 방수 재질의 물질(112)의 표면에는 항력 조절을 위해 적어도 2 이상의 반구형 돌기(113)가 부착될 수 있다.On the other hand, the surface of the outer sphere 110 to which at least two outer coils 111 are attached can be covered by the insulating and waterproof material 112, as shown in Fig. In addition, at least two hemispherical protrusions 113 may be attached to the surface of the insulating and waterproof material 112 for drag control.

한편, 중간 구체(120)는 중공 형태이며, 상술한 외부 구체(110)의 내부에 존재하는 동심구일 수 있다. 중간 구체(120)는 외부 구체(110)와 상대 회전 운동(D1 참조)이 가능하도록 외부 회전축(IAX)을 통해 외부 구체(110)와 연결될 수 있으며, 내부 구체(130)와 상대 회전 운동(D2 참조)이 가능하도록 내부 회전축(IAX)을 통해 내부 구체(130)와 연결될 수 있다.Meanwhile, the intermediate spherical body 120 may have a hollow shape, and may be a concentric sphere existing inside the outer spherical body 110 described above. The intermediate spherical body 120 may be connected to the outer spherical body 110 through an outer rotational axis IAX to allow relative rotation with the outer spherical body 110 Can be connected to the inner sphere 130 via the inner rotation axis IAX so that the inner sphere 130 can be rotated.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 중간 구체(120)의 표면에는 영구 자석(121)이 매립된 형태로 제공될 수 있다. 실시 형태에 따라서는 영구 자석(121)은 중간 구체(120)의 표면에 부착된 형태일 수 있다.Also, as shown in FIG. 1, the permanent magnet 121 may be provided on the surface of the intermediate spherical body 120 in a buried form. Depending on the embodiment, the permanent magnet 121 may be attached to the surface of the intermediate spherical body 120.

이러한 영구 자석(121)은, 외부 회전축(IAX)을 기준으로 한 경도 및 위도 각각을 따라 기설정된 각도 간격을 가지고 중간 구체(120)의 표면에 적어도 2개 이상 구비될 수 있다. 도 2a 내지 도 2b에서는, 2 이상의 영구 자석(121)이 위도 15도, 경도 15도 간격으로 설치된 것을 도시하고 있다. 상술한 기설정된 각도 간격의 구체적 수치는 실시 형태에 따라 달라질 수 있으며, 기설정된 각도 간격을 줄일수록 에너지 수집 밀도를 높임과 동시에 에너지 수집 효율을 높일 수 있다.At least two permanent magnets 121 may be provided on the surface of the intermediate spherical body 120 with predetermined angular intervals along the hardness and latitude with reference to the external rotational axis IAX. 2A and 2B, two or more permanent magnets 121 are installed at intervals of 15 degrees latitude and 15 degrees latitude. The concrete numerical value of the predetermined angular interval may be varied according to the embodiment. As the predetermined angular interval is decreased, the energy collection density can be increased and the energy collection efficiency can be increased.

내부 구체(130)는, 내부 코일(131)을 구비한 중공 형태의 구일 수 있다. The inner sphere 130 may be a hollow sphere having an inner coil 131.

도 1에 도시된 바와 같이, 내부 구체(130)의 표면에는 내부 코일(131)이 매립된 형태로 제공될 수 있다. 또는 실시 형태에 따라서는 내부 코일(131)은 내부 구체(130)의 표면에 부착된 형태일 수 있다.As shown in FIG. 1, an inner coil 131 may be provided on the surface of the inner sphere 130 in a buried form. Or the inner coil 131 may be attached to the surface of the inner sphere 130, depending on the embodiment.

상술한 내부 코일(131)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 2회 이상 감겨진 코일일 수 있으며, 각각의 내부 코일(131)은, 중간 구체(120)의 표면에 구비된 적어도 2개 이상의 영구 자석(121) 중 하나와 대응되는 위치에 구비될 수 있다.The inner coil 131 may be a coil wound at least twice, as shown in FIG. 3, and each inner coil 131 may have at least two inner coils 131 provided on the surface of the intermediate spheres 120 The permanent magnets 121 may be disposed at a position corresponding to one of the permanent magnets 121.

상술한 내부 코일(131)은 상호 직렬 연결되며, 후술하는 케이스(150) 내에 구비된 배터리(미도시)에 연결되어 내부 구체(130)와 중간 구체(120)와의 상대적인 회전 운동(D2 참조)에 의해 야기되는 기전력을 배터리(미도시)에 전달할 수 있다.The inner coils 131 are connected to each other in series and are connected to a battery (not shown) provided in a case 150 to be described later to rotate relative to the inner spherical body 130 and the intermediate spherical body 120 To the battery (not shown).

한편, 내부 구체(130)의 내부 중심에는 케이스(150)가 배치되며, 케이스(150) 내부에는 배터리(미도시)가 수용될 수 있다.Meanwhile, a case 150 is disposed at the inner center of the inner sphere 130, and a battery (not shown) may be accommodated in the case 150.

상술한 구조의 에너지 하베스팅 모듈(100)의 동작 원리는 하기와 같다. The operation principle of the energy harvesting module 100 having the above-described structure is as follows.

즉, 외부 구체(110)와 중간 구체(120)의 상대 회전 운동(D1 참조)에 의해 외부 구체(110)에 구비된 외부 코일(111)에 기전력이 야기되며, 야기된 기전력은 케이스(150) 내에 구비된 배터리(미도시)에 전달되어 배터리를 충전시킬 수 있다.That is, an external electromotive force is generated in the outer coil 111 provided in the outer sphere 110 by the relative rotation (refer to D1) between the outer sphere 110 and the intermediate sphere 120, (Not shown) provided in the battery pack 100 to charge the battery.

또한, 중간 구체(120)와 내부 구체(130)의 상대 회전 운동(D2 참조)에 의해 내부 구체(130)에 구비된 내부 코일(131)에 기전력이 야기되며, 야기된 기전력은 케이스(150) 내에 구비된 배터리(미도시)에 전달되어 배터리를 충전시킬 수 있다.The electromotive force is induced in the inner coil 131 provided in the inner sphere 130 by the relative rotation of the intermediate spherical body 120 and the inner sphere 130 (refer to D2) (Not shown) provided in the battery pack 100 to charge the battery.

하기의 수학식 1에 도시된 바와 같이, 각속도가 같다면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)이 생산하는 유도 기전력은 12극의 일반 발전기가 29회 회전하면서 생산한 유도 기전력과 같다.As shown in Equation 1 below, if the angular velocities are the same, the induced electromotive force produced by the energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention is the induction electromotive force Equal to electromotive force.

Figure 112017019579812-pat00001
Figure 112017019579812-pat00001

여기서, |ε|은 유도 기전력의 절대값을 의미한다.Where | ε | denotes the absolute value of the induced electromotive force.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)의 회전 운동에 의한 에너지 수집 효율이 높은 이유는, 3개의 구체 표면에 코일-자석-코일을 샌드위치 방식으로 집적하여 설치함으로써, 에너지 수집 밀도를 높여기 때문이다.The reason why the energy harvesting module 100 according to the embodiment of the present invention has high energy collection efficiency due to the rotational motion is that the coil-magnet-coil is installed in a sandwich manner on the three spherical surfaces, Because it increases the energy collection density.

또한, 내부 구체(130)의 내부에는 방사상으로 형성된 적어도 2개 이상의 자기 부상 발전기들(140)이 수용될 수 있다. 자기 부상 발전기(140)에 대해서는 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.Also, at least two radially formed mag- netic levitation generators 140 may be accommodated in the inner sphere 130. The magnetic levitation generator 140 will be described in detail with reference to FIG.

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈 내부에 구비되는 자기 부상 발전기의 구조를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈 내부에 구비되는 자기 부상 발전기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view illustrating a structure of a magnetic levitation generator provided in an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention. 5 is a view for explaining the operation of a magnetic levitation generator provided in an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 2개 이상의 자기 부상 발전기들(140) 각각은, 내부 구체(130)의 내부 표면과 케이스(150)의 표면에 부착된 중공 형태의 직선형 케이스(141)와, 직선형 케이스(141)의 둘레를 따라 적어도 2회 이상 감겨진 유도 코일(142)과, 직선형 케이스(141) 내부의 상부에 상부 스프링(143a)을 매개로 부착된 상부 영구 자석(143b)과, 직선형 케이스(141) 내부의 하부에 하부 스프링(144a)을 매개로 부착된 하부 영구 자석(144b)과, 직선형 케이스(141) 내부의 상부 영구 자석(143b) 및 하부 영구 자석(144b) 사이에 놓여 상부 영구 자석(143b) 및 하부 영구 자석(144b)과의 척력 및 중력에 의해 승하강 가능하도록 구비된 승하강 영구 자석(145)을 포함할 수 있다.4, each of at least two or more mag- netic levitation generators 140 includes a hollow linear case 141 attached to an inner surface of the inner sphere 130 and a surface of the case 150, An induction coil 142 wound at least twice around the periphery of the straight casing 141, an upper permanent magnet 143b attached to the upper portion of the inside of the straight casing 141 via an upper spring 143a, A lower permanent magnet 144b attached to the lower portion of the case 141 through a lower spring 144a and an upper permanent magnet 143b and a lower permanent magnet 144b inside the linear case 141, Descending permanent magnet 145 which can be raised and lowered by the repulsive force and the gravity of the permanent magnet 143b and the lower permanent magnet 144b.

상술한 적어도 2 이상의 자기 부상 발전기들(140) 각각에 포함된 유도 코일(143)은, 내부 구체(130)의 중심에 구비된 케이스(150) 내에 구비된 배터리에 기전력을 전달할 수 있다.The induction coil 143 included in each of the at least two magnetic levitation generators 140 can transfer electromotive force to the battery provided in the case 150 provided at the center of the inner sphere 130. [

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100) 내부에 구비되는 자기 부상 발전기(140)의 동작을 설명한다.5 illustrates the operation of the magnetic levitation generator 140 provided within the energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention.

우선, 도 5의 (a)는 중립 상태를 도시한 것으로, 상부 영구 자석(143b)과 승하강 영구 자석(145) 간의 척력, 하부 영구 자석(144b)과 승하강 영구 자석(145) 간의 척력 그리고 중력에 의해 승하강 영구 자석(145)이 중립인 상태를 도시하고 있다. 본 발명에서 중립 상태 또는 중립인 상태는, 에너지 하베스팅 모듈(100)에 외력이 가해지지 않은 상태를 의미한다.5 (a) shows a neutral state. The repulsive force between the upper permanent magnet 143b and the rising / falling permanent magnet 145, the repulsive force between the lower permanent magnet 144b and the rising / falling permanent magnet 145, and And the rising and falling permanent magnets 145 are in a neutral state by gravity. In the present invention, the neutral state or the neutral state means that no external force is applied to the energy harvesting module 100.

이후, 에너지 하베스팅 모듈(100)의 상하 유동이 생길 경우, 도 5의 (b) 또는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 승하강 영구 자석(145)의 하강 또는 승강 운동이 일어날 수 있다.5 (b) or 5 (c), when the up-down flow of the energy harvesting module 100 occurs, a downward or upward movement of the lifting permanent magnet 145 may occur have.

즉, 외력에 의해 유도 코일(143)이 감겨진 직선형 케이스(141)가 상승하게 되면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 승하강 영구 자석(145)은 하부 영구 자석(144b)을 누르게 된다. 이후, 즉, 외력에 의해 유도 코일(143)이 감겨진 직선형 케이스(141)가 하강하게 되면, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 하부 스프링(144a)의 복원력과 승하강 영구 자석(145)과 하부 영구 자석(144b) 간의 척력에 의해 승하강 영구 자석(145)은 상부 영구 자석(143b)을 누르게 된다. 이와 같은 과정들의 반복을 통해 승하강 영구 자석(145)은 상하로 유동하게 되며, 이때 직선형 케이스(141) 외부에 감겨진 유도 코일(143)에 기전력을 야기하게 된다. 야기된 기전력은 내부 구체(130)의 중심에 구비된 케이스(150) 내에 구비된 배터리에 전달될 수 있다. 여기서, 외력은 파도에 의해 발생되는 파력일 수 있다.5 (b), when the linear casing 141 wound with the induction coil 143 is lifted by the external force, the rising and falling permanent magnets 145 move in the direction of the lower permanent magnets 144b . 5 (c), when the restoring force of the lower spring 144a and the restoring force of the upward and downward permanent magnets 141a and 141b are lowered, Falling permanent magnet 145 presses the upper permanent magnet 143b by a repulsive force between the upper permanent magnet 143 and the lower permanent magnet 144b. By repeating these processes, the up-down permanent magnet 145 flows upward and downward, and at this time, the induction coil 143 wound around the linear case 141 causes an electromotive force. The generated electromotive force can be transmitted to the battery provided in the case 150 provided at the center of the inner sphere 130. Here, the external force may be the wave generated by the wave.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)의 직선 운동에 의한 에너지 수집 밀도는, 내부 구체(130)와 케이스(150) 사이에 구비된 자기 부상식 발전기(140)가 많을수록 높아질 수 있다.The energy collection density due to the linear movement of the energy harvesting module 100 according to an embodiment of the present invention can be increased as the number of the magnetic induction generators 140 provided between the inner sphere 130 and the case 150 increases have.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면 에너지 하베스팅 장치가 제공될 수 있다. 상술한 에너지 하베스팅 장치는, 위에서 기술된 에너지 하베스팅 모듈(100)이 적어도 2 이상 상호 연결된 것일 수 있다. 이때 적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈(100)은 낚시줄과 같이 잘 끊어지지 않는 재료를 이용하여 상호 연결될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, an energy harvesting apparatus can be provided. The energy harvesting apparatus described above may be one in which at least two or more of the energy harvesting modules 100 described above are interconnected. At least two or more energy harvesting modules 100 may be interconnected using a material that is not breakable, such as a fishing line.

즉, 2 이상의 상술한 에너지 하베스팅 모듈(100)이 상호 연결된 상태에서 회전 운동 또는 상하 직선 운동을 하게 되면, 각각의 에너지 하베스팅 모듈(100)의 코일들(111, 121, 131, 142)로부터 기전력이 야기되고, 야기된 기전력은 각 에너지 하베스팅 모듈(100) 내부에 구비된 배터리를 충전시킬 수 있다.That is, when two or more of the above-described energy harvesting modules 100 are rotated or moved up and down in a state of being connected to each other, the energy is transferred from the coils 111, 121, 131, and 142 of each energy harvesting module 100 An electromotive force is generated and the induced electromotive force can charge the battery provided in each energy harvesting module 100. [

또는, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈(100)은 절연 및 방수 재질의 피복으로 덮힌 전선을 통해 상호 연결되고, 외부의 충전 모듈에 연결됨으로써, 외부의 충전 모듈을 충전시킬 수도 있음은 물론이다.Alternatively, according to another embodiment of the present invention, at least two energy harvesting modules 100 are interconnected through wires covered with insulating and waterproof coating, and connected to an external charging module, It is of course also possible to charge.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 3개의 구체가 2개의 축에 의해 연결된 짐발 구조의 에너지 하베스팅 모듈 내에 코일, 영구 자석, 코일을 샌드위치 형식으로 배치하여 회전 운동에 의한 기전력을 발생시키며, 추가로 자기 부상 발전기를 에너지 하베스팅 모듈 내부에 배치하여 에너지 하베스팅 모듈의 상하 유동에 의한 직선 운동으로부터 기전력을 발생시킴으로써, 에너지 수집 밀도를 높임과 동시에 에너지 수집 효율을 높일 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, a coil, a permanent magnet, and a coil are arranged in a sandwich form in an energy harvesting module of a gimp structure in which three spheres are connected by two axes, Further, the magnetic levitation generator is disposed inside the energy harvesting module to generate the electromotive force from the linear motion caused by the upward and downward flow of the energy harvesting module, thereby increasing the energy collection density and increasing the energy collection efficiency.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be self-evident.

100: 에너지 하베스팅 모듈
110: 외부 구체
111: 외부 코일
120: 중간 구체
121: 영구 자석
130: 내부 구체
131: 내부 코일
140: 자기 부상 발전기
141: 직선형 케이스
142: 유도 코일
143a: 상부 스프링
143b: 상부 영구 자석
144a: 하부 스프링
144b: 하부 영구 자석
150: 케이스100: Energy Harvesting Module
110: outer sphere
111: outer coil
120: intermediate spheres
121: permanent magnet
130: inner sphere
131: inner coil
140: Magnetic levitation generator
141: Straight case
142: induction coil
143a: Upper spring
143b: upper permanent magnet
144a: Lower spring
144b: lower permanent magnet
150: Case

Claims (10)

외부 코일을 구비한 중공 형태의 외부 구체;
상기 외부 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 외부 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 외부 회전축을 통해 상기 외부 구체와 연결된, 영구 자석을 구비한 중공 형태의 중간 구체; 및
상기 중간 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 중간 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 상기 외부 회전축과 직각 방향으로 구비된 내부 회전축을 통해 상기 중간 구체와 연결된, 내부 코일을 구비한 중공 형태의 내부 구체를 포함하는 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
A hollow outer shell having an outer coil;
A hollow intermediate spherical body having a permanent magnet connected to the outer spherical body through an outer rotating shaft so as to be able to rotate relative to the outer spherical body by concentric spheres existing inside the outer spherical body; And
A hollow inner spherical body having an inner coil connected to the intermediate spherical body through an inner rotary shaft provided in a direction perpendicular to the outer rotary shaft so as to be capable of relatively rotating with the intermediate spherical body, And an energy harvesting module having a biaxial I-beam structure including the energy harvesting module.
제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 모듈은,
상기 외부 구체와 상기 중간 구체의 상대 회전 운동에 의해 상기 외부 구체에 구비된 상기 외부 코일에 기전력이 야기되며,
상기 중간 구체와 상기 내부 구체의 상대 회전 운동에 의해 상기 내부 구체에 구비된 상기 내부 코일에 기전력이 야기되도록 구성된 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
The method according to claim 1,
The energy harvesting module comprises:
An electromotive force is generated in the outer coil provided in the outer sphere by the relative rotational movement of the outer sphere and the intermediate sphere,
And a biaxial universal structure configured to generate an electromotive force in the inner coil provided in the inner sphere by relative rotation of the inner sphere and the inner sphere.
제1항에 있어서,
상기 영구 자석은, 상기 외부 회전축을 기준으로 한 경도 및 위도 각각을 따라 기설정된 각도 간격을 가지고 상기 중간 구체의 표면에 적어도 2개 이상 구비되고,
상기 외부 코일은, 적어도 2개 이상의 영구 자석들 중 하나와 대응되는 위치에 배치되도록 상기 외부 구체의 표면에 적어도 2개 이상 구비되며,
상기 내부 코일은, 상기 적어도 2개 이상의 영구 자석들 중 하나와 대응되는 위치에 배치되도록 상기 내부 구체의 표면에 적어도 2개 이상 구비된 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the permanent magnets are provided on the surface of the intermediate sphere at least two at predetermined angular intervals along respective hardness and latitude with reference to the outer rotational axis,
At least two or more outer coils are provided on the surface of the outer sphere so as to be disposed at positions corresponding to one of the at least two permanent magnets,
Wherein the inner coil has a biaxial universal gravure structure provided on at least two surfaces of the inner sphere so as to be disposed at a position corresponding to one of the at least two permanent magnets.
제3항에 있어서,
적어도 2개 이상의 외부 코일들 각각은, 상기 외부 구체의 표면 중 상기 적어도 2개 이상의 영구 자석 중 하나와 대응되는 위치에 구비된, 적어도 2회 이상 감겨진 코일이며,
적어도 2 이상의 내부 코일들 각각은, 상기 내부 구체의 표면 중 상기 적어도 2개 이상의 영구 자석 중 하나와 대응되는 위치에 구비된, 적어도 2회 이상 감겨진 코일인 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
The method of claim 3,
Each of the at least two outer coils is a coil wound at least twice at a position corresponding to one of the at least two permanent magnets among the surfaces of the outer spheres,
Wherein each of the at least two inner coils has an energy harvesting module having a biaxial universal gravitational structure, which is a coil wound at least twice, provided at a position corresponding to one of the at least two permanent magnets among the surfaces of the inner spheres .
제4항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 모듈은,
상기 내부 구체의 중심에 구비된 케이스를 포함하며,
상기 외부 구체의 표면에 구비된 상기 적어도 2개 이상의 외부 코일들은, 상호 직렬 연결되고,
상기 내부 구체의 표면에 구비된 상기 적어도 2개 이상의 내부 코일들은, 상호 직렬 연결되고,
직렬 연결된 상기 적어도 2개 이상의 외부 코일들 및 직렬 연결된 상기 적어도 2개 이상의 내부 코일들은, 상기 케이스에 구비된 배터리에 기전력을 전달하도록 구성된 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
5. The method of claim 4,
The energy harvesting module comprises:
A case provided at the center of the inner sphere,
The at least two outer coils provided on the surface of the outer sphere are connected in series with each other,
Wherein the at least two inner coils provided on the surface of the inner sphere are mutually connected in series,
Wherein the at least two or more outer coils connected in series and the at least two or more inner coils connected in series have a biaxial universal joint structure configured to transmit electromotive force to a battery provided in the case.
제3항에 있어서,
적어도 2개 이상의 외부 코일들이 부착된 상기 외부 구체의 표면은,
절연 및 방수 재질의 물질에 의해 덮어지며, 그 위에는 적어도 2 이상의 반구형 돌기가 부착된 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
The method of claim 3,
The surface of the outer sphere, to which at least two outer coils are attached,
Wherein the energy harvesting module is covered by a material of insulating and waterproof material and has a biaxial bar structure with at least two hemispherical protrusions thereon.
제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 모듈은,
상기 내부 구체에 구비된 케이스로부터 상기 내부 구체의 내부 표면을 향해 방사상으로 형성된 적어도 2개 이상의 자기 부상 발전기들을 더 포함하는 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
The method according to claim 1,
The energy harvesting module comprises:
Further comprising at least two or more mag- netic levitation generators radially formed from the case provided in the inner sphere toward the inner surface of the inner sphere.
제7항에 있어서,
상기 적어도 2개 이상의 자기 부상 발전기들 각각은,
상기 내부 구체의 내부 표면과 상기 케이스의 표면에 부착된 중공 형태의 직선형 케이스;
상기 직선형 케이스의 둘레를 따라 적어도 2회 이상 감겨진 유도 코일;
상기 직선형 케이스 내부의 상부에 상부 스프링을 매개로 부착된 상부 영구 자석;
상기 직선형 케이스 내부의 하부에 하부 스프링을 매개로 부착된 하부 영구 자석; 및
상기 직선형 케이스 내부의 상기 상부 영구 자석 및 상기 하부 영구 자석 사이에 놓여져 상기 상부 영구 자석 및 상기 하부 영구 자석과의 척력 및 중력에 의해 승하강 가능하도록 구비된 승하강 영구 자석을 포함하는 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
8. The method of claim 7,
Wherein each of the at least two or more mag-
A hollow straight case attached to an inner surface of the inner sphere and a surface of the case;
An induction coil wound at least twice around the periphery of the linear casing;
An upper permanent magnet attached to an upper portion of the linear casing through an upper spring;
A lower permanent magnet attached to a lower portion of the inside of the linear casing through a lower spring; And
And a lifting / lowering permanent magnet disposed between the upper permanent magnet and the lower permanent magnet in the linear casing so as to be able to move up and down by a repulsive force and gravity with the upper permanent magnet and the lower permanent magnet. An energy harvesting module with.
제8항에 있어서,
상기 적어도 2 이상의 자기 부상 발전기들 각각에 포함된 상기 유도 코일은,
상기 내부 구체의 중심에 구비된 케이스 내에 구비된 배터리에 기전력을 전달하도록 구성된 2축 짐볼 구조를 가진 에너지 하베스팅 모듈.
9. The method of claim 8,
Wherein the induction coil included in each of the at least two or more magnetic levitation generators comprises:
And an energy harvesting module having a biaxial universal gravure structure configured to transmit an electromotive force to a battery provided in a case provided at the center of the inner sphere.
적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈들이 상호 연결된 에너지 하베스팅 장치에 있어서,
상기 적어도 2 이상의 에너지 하베스팅 모듈들 각각은,
외부 코일을 구비한 중공 형태의 외부 구체;
상기 외부 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 외부 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 외부 회전축을 통해 상기 외부 구체와 연결된, 영구 자석을 구비한 중공 형태의 중간 구체; 및
상기 중간 구체의 내부에 존재하는 동심구로, 상기 중간 구체와 상대 회전 운동이 가능하도록 상기 외부 회전축과 직각 방향으로 구비된 내부 회전축을 통해 상기 중간 구체와 연결된, 내부 코일을 구비한 중공 형태의 내부 구체를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.In an energy harvesting apparatus in which at least two energy harvesting modules are interconnected,
Wherein each of the at least two energy harvesting modules comprises:
A hollow outer shell having an outer coil;
A hollow intermediate spherical body having a permanent magnet connected to the outer spherical body through an outer rotating shaft so as to be able to rotate relative to the outer spherical body by concentric spheres existing inside the outer spherical body; And
A hollow inner spherical body having an inner coil connected to the intermediate spherical body through an inner rotary shaft provided in a direction perpendicular to the outer rotary shaft so as to be capable of relatively rotating with the intermediate spherical body, And an energy harvesting device.
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