KR102588563B1 - 유체마찰발전을 통한 led 조명 운동화 - Google Patents

유체마찰발전을 통한 led 조명 운동화 Download PDF

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안지환
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화가 개시된다. 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화는, 운동화 본체, 운동화 본체의 밑창 내부에 설치되며, LED 조명 운동화를 착용한 사용자의 움직임에 의하여 발생한 진동에 따라 유체와 부도체를 마찰시켜 발전을 수행하여 교류 전류를 생성하는 유체마찰발전기, 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기, 직류 전류를 공급받아 전력을 저장하는 축전기 및 운동화 본체의 외측으로 노출되도록 설치되며, 저장된 전력을 공급받아 발광하는 LED 램프를 포함한다.

Description

유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화{LED lighting sneakers through fluid friction power generation}
본 발명은 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화에 관한 것이다.
일반적으로, 운동화는 어린이 및 청년층들이 많이 착용하고 있다. 종래에, LED 조명을 구비한 운동화는 내장된 배터리를 이용하여 LED 조명에 전원을 공급한다. 이러한 내장 배터리는 장시간 사용할 수 없는 한계가 있다. 즉, 주 사용자로 예측되는 어린이들이 LED 조명을 구비한 운동화를 신고 다니다가 배터리가 방전되기 전에 배터리를 주기적으로 교체하지 못하면, LED 조명을 원활하게 작동시킬 수 없다.
따라서, 내부에 충전지 및 발전기를 구비하여 LED 조명에 전원을 공급할 수 있는 보다 효율적인 자가발전식 LED 조명 운동화가 요구된다.
대한민국등록실용신안공보 제20-0318122호(2003.06.17)
본 발명은 사용자가 착용한 상태로 움직일 때 발생하는 진동을 이용하여 자가 발전을 수행하고, 자가 발전을 통해 생성된 전원을 이용하여 LED 조명을 작동시키는 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화는, 운동화 본체, 상기 운동화 본체의 밑창 내부에 설치되며, 상기 LED 조명 운동화를 착용한 사용자의 움직임에 의하여 발생한 진동에 따라 유체와 부도체를 마찰시켜 발전을 수행하여 교류 전류를 생성하는 유체마찰발전기, 상기 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기, 상기 직류 전류를 공급받아 전력을 저장하는 축전기 및 상기 운동화 본체의 외측으로 노출되도록 설치되며, 상기 저장된 전력을 공급받아 발광하는 LED 램프를 포함한다.
상기 유체마찰발전기는, 상기 운동화 본체의 밑창 내부에 장착 가능하도록 패드 형태로 형성된 부도체 튜브, 상기 부도체 튜브 내부에 삽입되는 제1 유체 및 제2 유체, 상기 부도체 튜브의 외측에 결합되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다.
상기 부도체 튜브는, 상기 진동에 의하여 상기 부도체 튜브 내부에서 상기 제1 유체가 유동함에 따라 상기 제1 유체와 마찰을 일으키며, 상기 제1 유체와 상기 부도체 튜브의 마찰로 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전하가 유도되어 유체마찰발전이 이루어진다.
상기 제1 유체가 상기 제2 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브를 향하여 이동 중에, 상기 제1 전극이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 상기 제1 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 감소하고, 상기 제2 전극이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 상기 제2 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로 양전하가 이동하여 제1 전류가 생성된다.
상기 제1 유체가 상기 제1 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브를 향하여 이동 중에, 상기 제2 전극이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 상기 제2 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 감소하고, 상기 제1 전극이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 상기 제1 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로 양전하가 이동하여 제2 전류가 생성된다.
본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화는, 사용자가 착용한 상태로 움직일 때 발생하는 진동을 이용하여 자가 발전을 수행하고, 자가 발전을 통해 생성된 전원을 이용하여 LED 조명을 작동시킴으로써, 추가적인 전원이나 여분의 배터리가 필요 없으며, 야간에 LED 조명을 작동시켜 주변의 보행자나 운전자들에게 용이하게 식별되어 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 외관을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 내부 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화에 장착되는 유체마찰발전기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 회로도를 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 유체마찰발전기가 발전하는 과정을 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 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, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 외관을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 내부 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화에 장착되는 유체마찰발전기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 회로도를 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화의 유체마찰발전기가 발전하는 과정을 예시하여 나타낸 도면이다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화에 대하여 설명하기로 한다.
우선, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화(100)는, 운동화 본체(101), 유체마찰발전기(110), 전력저장모듈(120) 및 LED 램프(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 유체마찰발전기(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 운동화 본체(101)의 밑창 내부에 설치될 수 있으며, LED 조명 운동화(100)를 착용한 사용자의 움직임에 의하여 발생한 진동에 따라 유체와 부도체를 마찰시켜 발전을 수행한다.
즉, 유체마찰발전기(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 운동화 본체(101)의 밑창 내부에 장착 가능하도록 패드 형태로 형성된 부도체 튜브(111), 부도체 튜브(111) 내부에 삽입되는 제1 유체(112) 및 제2 유체(113), 부도체 튜브(111)의 외측에 결합되는 제1 전극(115) 및 제2 전극(116)을 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 운동화 본체(101)의 밑창에는 부도체 튜브(111)의 형상 및 크기에 상응하게 유체마찰발전기(110)가 삽입되는 공간이 형성될 수 있으며, 형성된 공간에 유체마찰발전기(110)가 삽입되어 설치될 수 있다.
부도체 튜브(111) 내부에는 제1 유체(112)와 제2 유체(113)가 함께 주입된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화(100)의 진동에 의하여 제1 유체(112)가 부도체 튜브(111) 내부에서 유동하도록, 제1 유체(112)가 차지하는 공간의 나머지 공간에 제2 유체(113)가 채워질 수 있다. 예를 들어, 제1 유체(112)는 물이고, 제2 유체(113)는 공기일 수 있다. 여기서, 제1 유체(112)는 물방울 형태로 부도체 튜브(111) 내부에 삽입될 수 있다. 제1 유체(112)는 LED 조명 운동화(100)를 착용한 사용자의 움직임에 의하여 발생한 진동에 따라 부도체 튜브(111) 내부에서 유동할 수 있다.
부도체 튜브(111)는, 진동에 의하여 부도체 튜브(111) 내부에서 제1 유체(112)가 유동함에 따라 제1 유체(112)와 마찰을 일으키며, 제1 유체(112)와 부도체 튜브(111)의 마찰로 제1 전극(115) 및 제2 전극(116)에 전하가 유도되어 유체마찰발전이 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하면, 전력저장모듈(120)은 정류기(Rectifier)(121), 축전기(Capacitor)(122) 및 스위치(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극(115, 116)은 전력저장모듈(120)과 연결된다. 즉, 전극(115, 116)은 전선을 통해 정류기(121)와 연결될 수 있으며, 전극(115, 116)에서 교류 전류가 생성됨에 따라 생성된 교류 전류가 정류기(121)를 통해 축전기(122) 및 LED 램프(130)로 공급될 수 있다.
정류기(121)는 전극(115, 116)으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여 축전기(122)로 전달한다. 예를 들어, 정류기(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 다이오드 브리지(diode bridge) 회로로 구성될 수 있다.
축전기(122)는 정류기(121)로부터 직류 전류를 공급받아 전력을 저장한다. 그리고, 축전기(122)는 LED 램프(130)로 전력을 공급한다.
스위치(123)는 축전기(122)와 LED 램프(130) 사이에 구비되어, 축전기(122)에서 LED 램프(130)로 공급되는 전원을 사용자 조작에 따라 온오프(On/Off)한다.
LED 램프(130)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 운동화 본체(101)의 밑창 외측으로 노출되도록 설치되며, 축전기(122)로부터 전력을 공급받아 동작하여 발광한다. 예를 들어, LED 램프(130)는 복수의 LED(Light-Emitting Diode)가 배열된 LED 모듈로 구성될 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유체마찰전기(110)가 LED 조명 운동화(100)에 가해지는 진동에 의하여 부도체 튜브(111) 내부에서 제1 유체(112)가 유동함에 따라 제1 유체(112)와 마찰을 일으켜 전력을 생성하는 과정을 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 도 5의 (a)는 제1 유체(112)가 부도체 튜브(111) 내에서 제2 전극(116)이 위치하는 부분을 향하여 이동하기 시작하여, 제1 전극(115)이 위치하는 부분의 부도체 튜브(111)와 마찰을 일으키며 제2 전극(116)이 위치하는 부분을 향하여 이동하는 것을 나타낸다. 이에 따라, 정전기가 발생하여 제1 유체(112)는 양전하로 대전되어 부도체 튜브(111)와 제1 유체(112)는 전기적 평형을 이룬다.
다음으로, 도 5의 (b)에서와 같이, 제1 유체(112)가 제2 전극(116)이 위치하는 부분의 부도체 튜브(111)를 향하여 이동 중에, 제1 전극(115)이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 제1 전극(115)이 위치하는 부도체 튜브(111)와 접촉면적이 감소하고, 제2 전극(116)이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 제2 전극(116)이 위치하는 부도체 튜브(111)와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 제2 전극(116)에서 제1 전극(115)으로 양전하가 이동하여 제1 전류가 생성된다.
다음으로, 도 5의 (c)에서와 같이, 제1 유체(112)가 제1 전극(115)이 위치하는 부분을 벗어나 제2 전극(116)이 위치하는 부분으로의 이동이 완료되는 경우, 제2 전극(116)이 위치하는 부분의 부도체 튜브(111)와 제1 유체(112)는 서로 전기적 평형을 이루도록 각각 음전하와 양전하로 대전되며, 이에 따라 전극(115, 116)에서 전자 흐름이 발생하지 않아 전류가 생성되지 않는다.
다음으로, 도 5의 (d)에서와 같이, 제1 유체(112)가 도 5의 (b)에서와는 반대로, 제1 전극(115)이 위치하는 부분의 부도체 튜브(111)를 향하여 이동 중에, 제2 전극(116)이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 제2 전극(116)이 위치하는 부도체 튜브(111)와 접촉면적이 감소하고, 제1 전극(115)이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 제1 전극(115)이 위치하는 부도체 튜브(111)와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 제1 전극(115)에서 제2 전극(116)으로 양전하가 이동하여 제2 전류가 생성된다.
다음으로, 도 5의 (e)에서와 같이, 제1 유체(112)가 제2 전극(116)이 위치하는 부분을 벗어나 제1 전극(115)이 위치하는 부분으로의 이동이 완료되는 경우, 제1 전극(115)이 위치하는 부분의 부도체 튜브(111)와 제1 유체(112)는 서로 전기적 평형을 이루도록 각각 음전하와 양전하로 대전되며, 이에 따라 전극(115, 116)에서 전자 흐름이 발생하지 않아 전류가 생성되지 않는다.
이와 같은 (a) 내지 (e) 단계가 외부 진동에 의하여 반복됨으로써, 유체마찰발전이 이루어질 수 있다. 즉, 제1 유체(112)가 외부 진동에 의하여 부도체 튜브(111) 내부에서 제1 전극(115)이 위치하는 부분과 제2 전극(116)이 위치하는 부분을 왕복하면서, 부도체 튜브(111)의 내벽과 마찰하여 정전기를 일으켜 대전되고, 전기적 불균형이 발생함에 따라 제1 전극(115) 및 제2 전극(116)에 전하가 유도되어 전류가 생성될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: LED 조명 운동화
101: 운동화 본체
110: 유체마찰발전기
111: 부도체 튜브
112: 제1 유체
113: 제2 유체
115: 제1 전극
116: 제2 전극
120: 전력저장모듈
130: LED 램프

Claims (5)

  1. 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화에 있어서,
    운동화 본체;
    상기 운동화 본체의 밑창 내부에 설치되며, 상기 LED 조명 운동화를 착용한 사용자의 움직임에 의하여 발생한 진동에 따라 유체와 부도체를 마찰시켜 발전을 수행하여 교류 전류를 생성하는 유체마찰발전기;
    상기 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기;
    상기 직류 전류를 공급받아 전력을 저장하는 축전기; 및
    상기 운동화 본체의 외측으로 노출되도록 설치되며, 상기 저장된 전력을 공급받아 발광하는 LED 램프를 포함하되,
    상기 유체마찰발전기는,
    상기 운동화 본체의 밑창 내부에 장착 가능하도록 패드 형태로 형성된 부도체 튜브;
    상기 부도체 튜브 내부에 삽입되는 제1 유체 및 제2 유체;
    상기 부도체 튜브의 외측에 결합되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 유체는 물방울 형태로 부도체 튜브 내부에 삽입되고,
    상기 제1 유체가 상기 부도체 튜브 내에서 상기 제2 전극이 위치하는 부분을 향하여 이동하기 시작하여, 상기 제1 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브와 마찰을 일으키며 상기 제2 전극이 위치하는 부분을 향하여 이동함에 따라 정전기가 발생하여 상기 제1 유체가 양전하로 대전되어 상기 부도체 튜브와 상기 제1 유체가 전기적 평형을 이루고,
    상기 제1 유체가 상기 제2 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브를 향하여 이동 중에, 상기 제1 전극이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 상기 제1 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 감소하고, 상기 제2 전극이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 상기 제2 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로 양전하가 이동하여 제1 전류가 생성되고,
    상기 제1 유체가 상기 제1 전극이 위치하는 부분을 벗어나 상기 제2 전극이 위치하는 부분으로의 이동이 완료되는 경우, 상기 제2 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브와 상기 제1 유체가 서로 전기적 평형을 이루도록 각각 음전하와 양전하로 대전되어 전극에서 전자 흐름이 발생하지 않아 전류가 생성되지 않고,
    상기 제1 유체가 상기 제1 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브를 향하여 이동 중에, 상기 제2 전극이 위치하는 부분으로부터 점차 멀어져 가면서 상기 제2 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 감소하고, 상기 제1 전극이 위치하는 부분으로 점차 근접하면서 상기 제1 전극이 위치하는 부도체 튜브와 접촉면적이 증가하는 경우, 전기적 평형을 유지하기 위하여 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로 양전하가 이동하여 제2 전류가 생성되고,
    상기 제1 유체가 상기 제2 전극이 위치하는 부분을 벗어나 상기 제1 전극이 위치하는 부분으로의 이동이 완료되는 경우, 상기 제1 전극이 위치하는 부분의 부도체 튜브와 상기 제1 유체는 서로 전기적 평형을 이루도록 각각 음전하와 양전하로 대전되어 전극에서 전자 흐름이 발생하지 않아 전류가 생성되지 않는 것을 특징으로 하는 유체마찰발전을 통한 LED 조명 운동화.
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