KR102477926B1 - 자가발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 보행진동에너지를 진자운동에너지로 전환한 후, 발생된 진자운동에너지를 전기에너지로 전환하여 에너지의 손실을 최소화하면서 발전하도록 되어 발전효율을 극대화하도록;
장치본체와; 상기 장치본체에 구비되어 상기 장치본체로 인가되는 진동에너지를 전달받아 진자운동하도록 된 영구자석과, 상기 영구자석의 진자운동경로를 내부에 형성하며 외주면에 유도코일이 권선된 발전튜브를 가지는 발전수단과; 상기 장치본체에 구비되며 상기 발전수단을 통해 발생된 전기에너지를 충전하도록 된 축전지와; 상기 장치본체에 구비되며 상기 축전지에 충전된 전기에너지를 외부로 송출하도록 된 접속단자;를 포함하는 자가발전장치를 제공한다.

Description

자가발전장치{A Self-powered device}

본 발명은, 사용자가 휴대하여 보행하는 중에 발생되는 보행진동에너지를 전기에너지로 전환하여 자가발전하도록 된 자가발전장치에 관한 것이다.

구체적으로는, 보행진동에너지를 진자운동에너지로 전환한 후, 발생된 진자운동에너지를 전기에너지로 전환하여 에너지의 손실을 최소화하면서 발전하도록 되어 발전효율을 극대화하도록 된 자가발전장치에 관한 것이다.

더 구체적으로는, 구조적으로 단순하고 소형화설계에 적합하여 경제적으로 제공할 수 있도록 된 자가발전장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는, 발전된 전기에너지를 축전한 후, 별도의 휴대용 전자기기에 대하여 충전할 수 있도록 되어 사용품질이 향상된 자가발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기는 산업사회의 주요 에너지원으로 이용되고 있지만, 화석에너지의 고갈로 인해 최근에는 태양광발전, 풍력발전, 조력발전 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다.

한편, 발전시설에서 생산된 전기는 전력케이블을 통해 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 소규모의 가전제품이나, 생활용품과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 제품은 1차 전지나 2차 전지와 같은 배터리를 구비하여 전원으로 사용하고 있다.

그리고 사회가 고도화되면서 다양한 전자기기가 개발되고, 그 사용 인구가 날로 확대되고 있는 추세이며, 최근에는 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자기기의 활용이 증대하고 있다.

또한 낚시, 등산 등과 같이 야외에서 이루어지는 레저문화의 발달로 인하여 야외에서 생활하는 시간이 증가하고 있어 예비 배터리를 구비하여 사용하고 있다.

그러나 배터리는 그 사용시간에 한정되어 있으므로 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하지만, 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없었다.

한편, 배터리가 방전되고 통상의 전기 공급이 안 되는 군사 작전, 난민촌, 지진 등에 의한 재난, 선박의 비상사태 등 구조 요청을 위한 통신, 조명을 위한 전기 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등을 작동시킬 수 없었다.

이에 따라 최근에는, 군사 작전, 낚시, 등산 등과 같이 야외에서 활동하는 동안에 사용되는 각종 전자기기에 소모되는 전기에너지를 자가발전을 통해 획득하여 비상시에 필요한 전원을 사용할 수 있도록 된 휴대용 자가발전장치들이 제안되어 사용되고 있다.

이러한, 종래의 휴대용 자가발전장치는 전기에너지를 생성하고자 할 경우, 정해진 조작(레버의 회전운동) 등과 같은 별도의 동작을 구현하여야만 하기 때문에, 사용이 불편하고 시간이 많이 소요되는 것에 비해 획득할 수 있는 에너지의 양이 극소량에 불과하여 실제 전기기기에 적용할 수 없었다

한편, 근자에는 사용자가 휴대중에 발생되는 진동하중에 의하여 전자기기에 요구된 전기적인 에너지를 얻을 수 있도록 된 자가발전장치들이 제안되고 있다.

그 중 하나로, 한국특허출원번호 제10-2008-0000036호(명칭: 전자기기의 자가발전장치/2008.01.02.)가 있으며, 공보에 공지된 바와 같이, 휴대용 전자기기 내에 설치되어 이의 전원으로 사용되는 자가발전장치에 있어서, 밀폐된 케이싱과; 상기 케이싱의 내부중심에 고정되는 고정원반체와; 상기 고정원반체의 주면에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 압전소자와 복수의 전극으로 구성되는 복수의 압전체와; 상기 고정원반체의 직경보다 더 큰 직경을 가지고 상기 고정원반체와 동심원상으로 배치되어 발생한 진동에 의하여 상기 복수의 압전체에 충돌함으로써 상기 압전체에서 전위차가 발생하도록 하는 링형 진동체와; 상기 링형 진동체가 상기 케이싱에 대하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가되도록 상기 링형 진동체와 상기 케이싱을 연결하는 복수의 스프링을 포함하는 자가발전장치가 기재되어 있다.

그리고, 한국특허출원번호 제10-2017-0010046호(명칭: 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈/2017.01.20.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 회전 가능한 플라이 휠 부재, 상기 플라이 휠 부재를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재, 당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어, 상기 제1 및 제2 와이어의 각각에 대해 감김 동작을 실행시키는 제1 및 제2 스프링 부재, 상기 플라이 휠 부재의 회전에 따라 발전하는 발전 부재를 포함하는 자가발전장치가 기재되어 있다.

한편, 한국특허출원번호 제10-2018-0085174호(명칭: 휴대용 자가발전 장치/2018.07.23.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 사용자에 의해 자가발전을 실행하는 휴대용 자가발전 장치로서, 본체, 상기 본체 내에서 사용자에 의해 직선 왕복 운동하는 랙(rack) 기어 부재, 상기 본체 내에 마련되고, 상기 랙 기어 부재에 결합되며 상기 랙 기어 부재의 직선 왕복 운동에 따라 정회전 및 역회전하는 다수의 피니언(pinion) 기어 부재, 상기 다수의 피니언 기어 부재의 각각에 마련되고, 각각의 피니언 기어 부재의 정회전 또는 역회전에 따라 회전하는 회전 부재, 상기 회전 부재의 회전에 따라 발전하는 발전 부재를 포함하고, 상기 본체의 상부에는 상기 랙 기어 부재의 진출입을 위한 제1 개구부 및 제2 개구부가 마련되고, 상기 다수의 피니언 기어 부재의 각각은 상기 랙 기어 부재의 직선 왕복 운동에 따라 순차적으로 정회전 또는 역회전하는 자가발전장치가 기재되어 있다.

또한, 한국특허출원번호 제10-2020-0053661호(명칭: 휴대용 자가 발전장치/2020.05.06.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 전력의 입력 및 출력이 가능한 전력부; 및 자가 발전에 의해 전력을 발생시키며, 상기 전력부와 연결에 의해 자가 발전된 전력을 상기 전력부로 입력하는 발전부;를 포함하며, 상기 발전부는 상기 전력부에 대해 수납된 수납자세와, 상기 수납자세를 벗어나는 동작자세 사이에서 움직임 가능하게 마련되는 자가발전장치가 기재되어 있다.

한국특허출원번호 제10-2008-0000036호(2008.01.02.) 한국특허출원번호 제10-2017-0010046호(2017.01.20.) 한국특허출원번호 제10-2018-0085174호(2018.07.23.) 한국특허출원번호 제10-2020-0053661호(2020.05.06.)

그러나, 상기와 같은 자가발전장치들은, 사용자의 보행진동에너지를 전기에너지로 전환하는 중에 에너지의 손실을 최소화하지 못함에 따라, 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

아울러, 구조적으로 복잡하여 소형화설계에 부적합고 비경제적인 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하게 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 사용자가 휴대하여 보행하는 중에 발생되는 보행진동에너지를 전기에너지로 전환하여 자가발전하도록 된 것으로, 보행진동에너지를 진자운동에너지로 전환한 후, 발생된 진자운동에너지를 전기에너지로 전환하여 에너지의 손실을 최소화하면서 발전하도록 되어 발전효율을 극대화하도록 됨은 물론, 구조적으로 단순하고 소형화설계에 적합하여 경제적으로 제공할 수 있도록 된 자가발전장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 발전된 전기에너지를 축전한 후, 별도의 휴대용 전자기기에 대하여 충전할 수 있도록 되어 사용품질이 향상된 자가발전장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자가발전장치는, 장치본체와; 상기 장치본체에 구비되어 상기 장치본체로 인가되는 진동에너지를 전달받아 진자운동하도록 된 영구자석과, 상기 영구자석의 진자운동경로를 내부에 형성하며 외주면에 유도코일이 권선된 발전튜브를 가지는 발전수단과; 상기 장치본체에 구비되며 상기 발전수단을 통해 발생된 전기에너지를 충전하도록 된 축전지와; 상기 장치본체에 구비되며 상기 축전지에 충전된 전기에너지를 외부로 송출하도록 된 접속단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 자가발전장치는, 사용자에 의해 고정되어 휴대되는 장치본체가 사용자의 보행하는 중에 발생되는 보행진동에너지를 전달받음과 동시에 발전튜브의 내부에 배치되는 영구자석이 진자운동을 수행하게 되고, 이때, 발전튜브의 외주면에 권선된 유도코일에 전기에너지가 발생되어 발전하는 효과를 가진다.

이에 따라, 보행진동에너지를 진자운동에너지로 전환함과 동시에 전기에너지로 전환하도록 됨에 따라, 에너지의 손실을 최소화하면서 발전하도록 되어 발전효율을 극대화하는 효과를 가진다.

아울러, 구조적으로 단순하고 소형화설계에 적합하여 경제적으로 제공할 수 있음은 물론, 발전수단을 통해 발전된 전기에너지를 축전지로 축전한 후, 접속단자를 통해 별도로 구비되는 휴대용 전자기기에 대하여 직접적으로 충전할 수 있도록 되어 사용품질이 향상되는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 측단면 예시도.
도 3 및 도 4는, 본 실시 예에 의한 자가발전장치의 사용상태를 보인 개략 예시도.
도 5 내지 도 7은, 본 실시 예에 의한 자가발전장치를 구성하는 발전수단의 다른 예를 개략 예시도.
도 8은, 본 실시 예에 의한 자가발전장치를 구성하는 영구자석의 다른 예를 일부 발췌 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 자가발전장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 8은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 자가발전장치(1)를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)는, 장치본체(2)와; 상기 장치본체(2)에 구비되어 상기 장치본체(2)로 인가되는 진동에너지를 전달받아 진자운동하도록 된 영구자석(31)과, 상기 영구자석(31)의 진자운동경로(A)를 내부에 형성하며 외주면에 유도코일(32)이 권선된 발전튜브(33)를 가지는 발전수단(3);을 포함한다.

즉, 상기 장치본체(2)를 사용자가 휴대하면서 보관 및 사용하게 된 것으로, 상기 장치본체(2)가 사용자의 보행하는 중에 발생되는 보행진동에너지를 전달받아 진동하게 된다.

이때, 상기 장치본체(2)로 전달되는 진동에너지가 상기 발전튜브(33)로 전달되면서 상기 발전튜브(33)의 진자운동경로(A)에서 상기 영구자석(31)이 진자운동을 수행하게 된다.

이에 따라, 상기 영구자석(31)이 진자운동을 수행하는 중에, 상기 발전튜브(33)의 외주면에 권선된 상기 유도코일(32)에 전기에너지가 발생되어 발전하게 된다.

따라서, 사용자에 의해 발생되는 보행진동에너지를 진자운동에너지로 전환함과 동시에 전기에너지로 전환하도록 됨에 따라, 에너지의 손실을 최소화하면서 발전하도록 되어 발전효율이 극대화된다.

이와 더불어, 구조적으로 단순하고 소형화설계에 적합하여 경제적으로 제공할 수 있게 된다.

상기에서 장치본체(2)는, 내부에 상기 발전수단(3)이 배치되는 시설공간이 형성된 '통' 형상으로 이루어지며, 일 위치에 사용자가 착의하는 의상 및 휴대하는 휴대품(예를 들면, 가방 등)에 고정되는 '클립구조'로 형성되는 고정체(21)가 구비되어, 사용자에 의해 선택적으로 휴대하도록 될 수 있는 것으로; 상기 고정체(21)의 구성 및 구조는, 종래 공지된 기술들 중에서 사용자에 의해 선택된 구성 및 구조가 적합하게 적용될 수 있다.

상기에서 고정체(21)는, 상기 장치본체(2)에 축회전운동가능하게 축결합될 수 있는 것으로, 사용자에 의해 선택되어 적합하게 적용될 수 있다.

즉, 상기 장치본체(2)가 상기 고정체(21)에 대하여 축회전운동하면서 진자운동을 수행하도록 될 수 있다.

이때, 상기 장치본체(2)에 축결합되는 상기 고정체(21)의 고정축(22)은, 상기 장치본체(2)의 중앙에서 상부에 위치되며; 상기 발전수단은, 상기 장치본체(2)의 중앙에서 하부에 위치되어, 상기 영구자석(31)의 진자운동이 상기 장치본체(2)상에서 하측에서 이루어지도록 될 수 있다.

이에 따라, 상기 영구자석(31)의 진자운동이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.

상기에서 발전튜브(33)의 진자운동경로(A)는, 상기 영구자석(31)이 상기 장치본체(2)의 중심에 대하여 동일한 회전반경을 형성하도록 된 반경의 '원호'형상으로 이루어져, 상기 영구자석(31)의 진자운동이 용이하게 이루어지도록 될 수 있는 것으로; 그 형상 및 구조는, 사용자에 의해 선택된 형상 및 구성이 적합하게 적용될 수 있다.

이러한 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)는, 상기 장치본체(2)에 구비되며 상기 발전수단(3)을 통해 발생된 전기에너지를 충전하도록 된 축전지(4)와; 상기 장치본체(2)에 구비되며 상기 축전지(4)에 충전된 전기에너지를 외부로 송출하도록 된 접속단자(5);를 더 포함한다.

즉, 상기 발전수단(3)을 통해 발전된 전기에너지를 상기 축전지(4)를 통해 축전하도록 된 것으로, 사용자의 선택에 따라 상기 접속단자(5)를 통해 별도로 구비되는 휴대용 전자기기(미 도시됨)에 대하여 직접적으로 충전하게 될 수 있다.

이에 따라, 사용품질이 향상된다.

상기에서 축전지(4) 및 상기 접속단자(5)의 구성 및 구조는, 종래 공지된 기술들 중에서 사용자에 의해 선택된 구성 및 구조가 적합하게 적용될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)는, 상기 발전수단(3)을 통해 발전된 교류전원을 직류전원을 정류하여 상기 축전지(4)로 전달하여 축전하도록 된 정류수단(6);을 포함할 수 있다.

즉, 상기 영구자석(31)의 진자운동을 통해 상기 진자운동경로(A)상에서 정역방향으로 운동하게 되어 상기 유도코일(32)에 교류전기에너지가 얻어지게 되고, 얻어진 교류전기에너지를 상기 정류수단(6)을 통해 정류하여 상기 축전지(4)로 축전하도록 됨에 따라, 축전작업이 원활하게 이루어지게 될 수 있다.

상기에서 정류수단(6)의 구성 및 구조는, 종래 공지된 기술들 중에서 사용자에 의해 선택된 구성 및 구조가 적합하게 적용될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)에서, 상기 발전튜브(33)의 상기 진자운동경로(A)의 각각의 양측부에는, 상기 영구자석(31)과 충돌시 발생하는 충격에너지를 신축탄성에너지로 전환하여 상기 영구자석(31)으로 탄성에너지를 부여하도록 된 탄성체(34)들이 각각 구비될 수 있다.

즉, 상기 영구자석(31)의 진자운동을 통해 상기 진자운동경로(A)상에서 정역방향으로 운동하는 중에, 상기 진자운동경로(A)의 각각의 양측부에서 상기 영구자석(31)과 충돌하게 되어 충격에너지가 상기 탄성체(34)들로 각각 전달된다.

이때, 상기 탄성체(34)로 인가되는 충격에너지를 통해 탄성적으로 신축하면서 탄성에너지로 전환되고, 연이어 형성된 신축탄성에너지가 상기 영구자석(31)으로 운동에너지로 전달되면서 상기 영구자석(31)의 진자운동이 더욱 안정적으로 수행되어, 발전효율이 향상될 수 있다.

상기에서 탄성체(34)는, '코일스프링구조체'로 이루어질 수 있는 것으로; 상기 탄성체(34)의 구성 및 구조는, 종래 공지된 기술들 중에서 사용자에 의해 선택된 구성 및 구조가 적합하게 적용될 수 있다.

한편, 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)에서, 상기 영구자석(31)에는, 상기 발전튜브(33)에서 진자운동경로(A)상의 내측면에 대하여 점접촉하여 마찰력을 최소화하도록 된 점접촉체(7)들이 구비될 수 있다.

즉, 상기 영구자석(31)이 상기 진자운동경로(A)상에서 정역방향으로 진자운동하는 중에, 상기 점접촉체(7)들이 상기 진자운동경로(A)상의 내측면에 점접촉하면서 미끄럼되어 마찰력을 최소화하게 된다.

이에 따라, 상기 영구자석(31)의 운동에너지의 손실을 최소화하여 발전효율이 향상될 수 있다.

상기에서 점접촉체(7)는, 상기 영구자석(31)의 외주면에 자력결합하는 구형 또는 반구형으로 형성되는 금속체로 이루어질 수 있는 것으로; 상기 점접촉체(7)들의 구성 및 구조는, 종래 공지된 기술들 중에서 사용자에 의해 선택된 구성 및 구조가 적합하게 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시 예에 의한 자가발전장치(1)는, 사용자에 의해 고정되어 휴대되는 상기 장치본체(2)와, 사용자의 보행하는 중에 발생되는 보행진동에너지를 상기 장치본체(2)를 통해 상기 발전튜브(33)의 진자운동경로(A)상에서 진자운동하는 상기 영구자석(31)를 가지어 상기 영구자석이 진자운동시 전기에너지를 형성하도록 된 유도코일(32)을 가지는 상기 발전수단(3)을 구비하는 것을 기술적 구성의 특징으로 한다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 자가발전장치 2 : 장치본체
21 : 고정체 22 : 고정축
3 : 발전수단 31 : 영구자석
32 : 유도코일 33 : 발전튜브
34 : 탄성체 4 : 축전지
5 : 접속단자 6 : 정류수단
7 : 점접촉체

Claims (1)

1. 장치본체(2)와; 상기 장치본체(2)에 구비되어 상기 장치본체(2)로 인가되는 진동에너지를 전달받아 진자운동하도록 된 영구자석(31)과, 상기 영구자석(31)의 진자운동경로(A)를 내부에 형성하며 외주면에 유도코일(32)이 권선된 발전튜브(33)를 가지는 발전수단(3)과; 상기 장치본체(2)에 구비되며 상기 발전수단(3)을 통해 발생된 전기에너지를 충전하도록 된 축전지(4)와; 상기 장치본체(2)에 구비되며 상기 축전지(4)에 충전된 전기에너지를 외부로 송출하도록 된 접속단자(5);를 포함하는 자가발전장치(1)에 있어서;
   상기 장치본체(2)에는,
   축회전운동가능하게 축결합되는 클립구조로 형성되는 고정체(21)가 구비되며;
   상기 고정체(21)의 고정축(22)은,
   상기 장치본체(2)의 중앙에서 상부에 위치되며;
   상기 발전수단은,
   상기 장치본체(2)의 중앙에서 하부에 위치되고;
   상기 발전튜브(33)의 진자운동경로(A)는,
   상기 영구자석(31)이 상기 장치본체(2)의 중심에 대하여 동일한 회전반경을 형성하도록 된 반경의 원호형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가발전장치.

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