KR101885653B1 - 전기 에너지 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)을 단 방향 회전으로 변환하여 그 움직임에 의한 운동 에너지)를 전기 에너지로 변환함으로써 전기 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있는 전기 에너지 발생 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치는, 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체와; 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 프리휠과; 상기 제1 프리휠을 통해 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 구동 기어와; 상기 구동축에 연결된 제2 프리휠과; 상기 제2 프리휠을 통해 상기 구동축과 연결된 제2 구동 기어와; 상기 제1 구동 기어와 제2 구동 기어 사이에 맞물린 전달 기어와; 상기 전달 기어에 연결된 발전기를 포함할 수 있다.

Description

전기 에너지 발생 장치{ELECTRICITY ENERGY GENERATING APPARATUS}

본 명세서는 전기 에너지 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 에너지 발생 장치는 인체 또는 사물의 움직임에 의해 발생하는 가속도가 질량체에 전달되고, 그 질량체에 전달된 운동 에너지를 압전, 전자기 유도 등의 방식을 이용하여 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 특히 인체와 같이 불규칙하고 주파수가 느리며 변위가 큰 움직임에 대해서는 효율적으로 전기 에너지를 수집하기 위해 회전형 구동 방식을 주로 채택한다.

회전형 구동 방식은 회전축과 무게 중심이 일치하지 않는 질량체를 포함하여 외부의 움직임에 대해 반응하여 질량체가 진자 운동을 하고, 이때 발생한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식이다.

종래에는 기계식 손목시계 등에 회전형 구동 방식을 적용하여 사용되었으나, 최근 전자기기들의 소모 전력이 낮아지고 환경에 무해한 재생 에너지의 수요가 늘어남에 따라 이러한 종래의 회전형 구동 방식의 성능을 개선하여 다양한 휴대용 전자기기에 응용하려는 연구가 진행되고 있다. 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치에 대한 설명은 한국 특허 출원 번호 10-2008-0048588에도 개시되어 있다.

본 명세서는 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)을 단 방향 회전으로 변환하여 그 움직임에 의한 운동 에너지)를 전기 에너지로 변환함으로써 전기 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있는 전기 에너지 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서의 실시예들에 따른 전기 에너지 발생 장치는, 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체와; 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 프리휠과; 상기 제1 프리휠을 통해 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 구동 기어와; 상기 구동축에 연결된 제2 프리휠과; 상기 제2 프리휠을 통해 상기 구동축과 연결된 제2 구동 기어와; 상기 제1 구동 기어와 제2 구동 기어 사이에 맞물린 전달 기어와; 상기 전달 기어에 연결된 발전기를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제1 프리휠과 상기 제2 프리휠은 서로 반대 방향으로 연동되도록 구성될 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제1 구동 기어는 내치 기어이며, 상기 제2 구동 기어는 외치 기어일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전달 기어에 연결되는 제3 프리휠을 더 포함하며, 상기 제3 프리휠은 상기 전달 기어의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때 상기 제3 프리휠의 구동축과 회전체가 연동될 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 발전기의 로터는 상기 제3 프리휠에 연결될 수 있다.

본 명세서의 실시예들에 따른 전기 에너지 발생 장치는, 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체와; 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 프리휠과; 상기 제1 프리휠을 통해 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 구동 기어와; 상기 구동축에 연결된 제2 프리휠과; 상기 제2 프리휠을 통해 상기 구동축과 연결된 제2 구동 기어와; 상기 제1 구동 기어와 제2 구동 기어 사이에 맞물린 전달 기어와; 상기 전달 기어에 연결되며, 상기 전달 기어의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때 구동축과 회전체가 서로 연동하는 제3 프리휠과; 상기 제3 프리휠에 연결된 발전기를 포함하며, 상기 제1 프리휠과 상기 제2 프리휠은 서로 반대 방향으로 연동되도록 구성되며, 상기 제1 구동 기어는 내치 기어이며, 상기 제2 구동 기어는 외치 기어일 수 있다.

본 명세서의 실시예들에 따른 전기 에너지 발생 장치는, 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)을 단 방향(One-way) 회전으로 변환하여 그 움직임에 의한 운동 에너지(kinetic energy)를 전기 에너지(electricity energy)(전력)로 변환함으로써 전기 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 프리휠(Free-wheel) 구조 및 원리를 나타낸 예시도 이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 회전형 구동부의 구조 및 원리를 나타낸 예시도 이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서는, 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)을 단 방향(One-way) 회전으로 변환하여 그 움직임에 의한 운동 에너지(kinetic energy)를 전기 에너지(electricity energy)(전력)로 변환함으로써 전기 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있는 전기 에너지 발생 장치(또는 회전형 운동에너지 수집장치(Rotational Kinetic Energy Harvesting Device)를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치는 불규칙한 움직임에 의해 질량체가 어느 방향으로 회전하더라도 발전기의 로터(rotor)의 회전 속도를 증가시키는 토크(torque)를 갖도록 하여 종래 방식에 비해 높은 효율을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 프리휠(Free-wheel) 구조 및 원리를 나타낸 예시도 이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 프리휠(Free-wheel)(100)은, 제1 방향(예를 들면, 시계 방향)으로는 구동축과 회전체 사이에 작은 회전 저항을 받아 자유롭게 회전하고, 제2 방향(예를 들면, 시계 반대 방향)으로는 구동축과 회전체가 연동되어(Engaged) 회전하는 기계적 전달 장치로서, 이는 통상적으로 회전체가 구동축보다 더 빠른 속도로 회전하는 기계에 이용된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 회전형 구동부의 정면도 및 개략적인 측면도를 나타낸 예시도 이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치에 적용된 회전형 구동부(200)는, 외부의 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체(201)와; 상기 편심 질량체(201)의 구동축(202)에 연결된 제1 프리휠(101)과; 상기 제1 프리휠(101)을 통해 상기 편심 질량체(201)의 구동축(202)에 연결된 제1 구동 기어(203)와; 상기 구동축(202)에 연결된 제2 프리휠(102)과; 상기 제2 프리휠(102)을 통해 상기 구동축(202)과 연결된 제2 구동 기어(204)와; 상기 제1 구동 기어(203)와 제2 구동 기어(204) 사이에 맞물린 전달 기어(205)를 포함한다. 상기 제1 구동 기어(203)는 내치(內齒)기어일 수 있으며, 상기 제2 구동 기어(204)는 외치(外齒)기어일 수 있다.

상기 제1 프리휠(101)과 상기 제2 프리휠(102)은 서로 반대 방향으로 연동(engaged)되도록 구성된다.

따라서, 상기 편심 질량체(201)가 시계 반대 방향으로 회전하면 상기 제1 구동 기어(203)가 연동되어 회전하고, 상기 편심 질량체(201)가 시계 방향으로 회전하면 상기 제2 구동 기어(204)가 연동되어 회전한다. 이때, 상기 전달 기어(205)는 한 방향(예를 들면, 반 시계방향)으로만 회전하게 되므로, 외부 움직임에 의해 편심 질량체(201)가 어떠한 방향으로 회전을 하더라도 전달 기어(205)는 단 방향(One-way) 회전하는 토크를 얻게 된다.

이하에서는, 상기 프리휠들을 포함하는 회전형 구동부가 적용된 전기 에너지 발생 장치를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치의 구성을 나타낸 측면 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치(300)는, 외부의 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체(201)와; 상기 편심 질량체(201)의 구동축(202)에 연결된 제1 프리휠(101)과; 상기 제1 프리휠(101)을 통해 상기 편심 질량체(201)의 구동축(202)에 연결된 제1 구동 기어(203)와; 상기 구동축(202)에 연결된 제2 프리휠(102)과; 상기 제2 프리휠(102)을 통해 상기 구동축(202)에 연결된 제2 구동 기어(204)와; 상기 제1 구동 기어(203)와 제2 구동 기어(204) 사이에 맞물린 전달 기어(205)와; 상기 전달 기어(205)에 연결된 발전기(301, 302)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치는 상기 전달 기어(205)에 연결되고, 상기 전달 기어(205)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때 연동되도록 배치된 제3 프리휠(303)을 더 포함할 수 있다.

상기 발전기는 로터(rotor)(301)와 스테이터(stator)(302)를 포함하며, 상기 로터(301)는 상기 제3 프리휠(303)에 연결된다.

상기 발전기의 로터(rotor)(301)는 상기 제3 프리휠(303)을 통해 상기 전달 기어(205)와 맞물리게 구성된다.

상기 편심 질량체(201)는 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)에 의해 회전하고, 상기 회전에 의해 상기 편심 질량체(201)의 토크는 제1 구동 기어(203)와 제2 구동 기어(204)에 의해 단 방향 회전으로 정류(整流)되어 상기 전달 기어(205)에 전달된다.

상기 전달 기어(205)의 토크는 상기 발전기의 로터(301)에 전달되고, 상기 로터(301)는 상기 전달 기어(205)의 토크에 의해 회전함으로써 전기 에너지를 발생한다. 상기 로터(301)에 연결된 제3 프리휠(303)은 전달 기어(205)로부터 로터(301)에 토크를 인가하지만, 로터(301)의 속도가 전달 기어(205)의 속도보다 빠를 때는 연동되지 않은 자유 회전 상태가 되어, 상기 로터(301)의 회전 속도를 저해하지 않으므로 종래의 회전형 운동 에너지 수집 장치에 비해 에너지 수집 효율을 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치는, 움직임(예를 들면, 불규칙한 신체의 움직임)을 단 방향(One-way) 회전으로 변환하여 그 움직임에 의한 운동 에너지(kinetic energy)를 전기 에너지(electricity energy)(전력)로 변환함으로써 전기 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 발생 장치는 불규칙한 움직임에 의해 질량체가 어느 방향으로 회전하더라도 발전기의 로터(rotor)의 회전 속도를 증가시키는 토크(torque)를 갖도록 하여 종래 방식에 비해 높은 효율을 갖는다.

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

101: 제1 프리휠 102: 제2 프리휠
201: 편심 질량체 203: 제1 구동 기어
204: 제2 구동 기어 205: 전달 기어
301: 로터 302: 스테이터
303: 제3 프리휠

Claims (7)

1. 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체와;
   상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 프리휠과;
   상기 제1 프리휠을 통해 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 구동 기어와;
   상기 구동축에 연결된 제2 프리휠과;
   상기 제2 프리휠을 통해 상기 구동축과 연결된 제2 구동 기어와;
   상기 제1 구동 기어와 제2 구동 기어 사이에 맞물린 전달 기어와;
   상기 전달 기어에 연결된 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리휠과 상기 제2 프리휠은 서로 반대 방향으로 연동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 구동 기어는 내치 기어이며, 상기 제2 구동 기어는 외치 기어인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전달 기어에 연결되는 제3 프리휠을 더 포함하며,
   상기 제3 프리휠은,
   상기 전달 기어의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때, 상기 제3 프리휠의 구동축과 회전체가 서로 연동하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 발전기의 로터는 상기 제3 프리휠에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
6. 운동에 의한 가속도를 토크로 변환하기 위한 편심 질량체와;
   상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 프리휠과;
   상기 제1 프리휠을 통해 상기 편심 질량체의 구동축에 연결된 제1 구동 기어와;
   상기 구동축에 연결된 제2 프리휠과;
   상기 제2 프리휠을 통해 상기 구동축과 연결된 제2 구동 기어와;
   상기 제1 구동 기어와 제2 구동 기어 사이에 맞물린 전달 기어와;
   상기 전달 기어와 연결되며, 상기 전달 기어의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 때 구동축과 회전체가 서로 연동하는 제3 프리휠과;
   상기 제3 프리휠에 연결된 발전기를 포함하며, 상기 제1 프리휠과 상기 제2 프리휠은 서로 반대 방향으로 연동되도록 구성되며, 상기 제1 구동 기어는 내치 기어이며, 상기 제2 구동 기어는 외치 기어인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 발전기의 로터는 상기 제3 프리휠에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 발생 장치.

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