KR102677370B1 - 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 진동과 바람을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 지점 가진에 의해 진동하는 제1 진동 부재; 바람에 의해 갤로핑 진동을 발생시키는 제2 진동 부재 및 상기 제1 진동 부재와 제2 진동 부재의 진동을 전달 받아 발전을 수행하는 발전부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치{Combine energy harvesting device using point excitation and vibration by wind}

본 발명은 두 가지의 에너지원을 이용하여 발전을 수행할 수 있는 복합 에너지 수확장치에 관한 것으로, 특히 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치에 관한 것이다.

종래에 다양한 에너지원을 이용하여 발전을 수행하는 장치들의 연구가 활발히 진행되어 왔다.

일례로, 한국등록특허 제10-1746857호 '하이브리드 진동발전장치'에는 발전장치가 설치된 구조물에서 발생되는 지점 가진을 이용하여 발전을 수행할 수 있는 장치를 개시하고 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1546822호 '풍력 발전기'에 개시된 바와 같이 통상적으로 다수의 회전 블레이드를 통해 바람에 대한 저항을 이용하여 발전을 수행할 수 있는 장치가 있다.

이처럼 종래에는 주로 지점 가진이나 바람의 한가지 에너지원을 이용하는 것에 초점이 맞추어져 있었다.

그러나, 에너지원을 복합적으로 이용하는 것이 효율적인 것임은 자명하기에 최근, 에너지원을 복합적으로 이용하는 것에 대한 필요성이 대두되었으나, 아직까지는 지점 가진과 바람에 의한 에너지원을 복합적으로 이용하는 수단은 개시된 바 없다.

본 발명은 상술한 바를 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 지점 가진과 바람을 에너지원으로 하는 진동을 이용하여 복합 발전을 수행할 수 있고, 나아가 그 발전 효율성을 증대시킬 수 있는 구조로 형성되어 무선 센서 등에 소규모 전원을 공급하도록 활용될 수 있는 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치를 개시하는 데 일 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 지점 가진에 의해 진동하는 제1 진동 부재; 바람에 의해 갤로핑 진동을 발생시키는 제2 진동 부재 및 상기 제1 진동 부재와 제2 진동 부재의 진동을 전달 받아 발전을 수행하는 발전부를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 진동 부재는, 진동이 쉽게 발생하고 복원력을 제공하는 캔틸레버 부재일 수 있다.

또한, 상기 제2 진동 부재는, 바람에 의해 유발되는 갤로핑 진동이 가장 잘 일어나는 형상인 사각기둥일 수 있다.

또한, 상기 제1 진동 부재와 상기 제2 진동 부재는 서로 연결된 형태일 수 있다.

또한, 상기 발전부는, 상기 제1 진동 부재 또는 제2 진동 부재로부터 진동을 전달 받는 복수의 코일과 복수의 영구자석을 번갈아가면서 교차 배열하도록 구성되어, 상기 복수의 코일과 복수의 영구자석의 상대 운동에 의해 발전을 수행할 수 있다.

또한, 상기 발전부는, 상기 제2 진동 부재 내부로 매립될 수 있다.

또한, 상기 제1 진동 부재의 진동수는, 상기 제1 진동 부재가 설치되어 지점 가진을 제공하는 구조물의 진동수와 일치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 진동이 쉽게 발생하고 복원력을 제공하는 캔틸레버 부재인 제1 진동 부재와, 바람에 의해 유발되는 갤로핑 진동이 가장 잘 일어나는 형상인 사각 기둥의 제2 진동 부재의 복합적 진동에 의해 높은 효율로 무선 센서 등에 소규모 전원을 공급하도록 활용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 발전부의 발전을 수행하는 복수의 코일과 복수의 영구자석이 서로 교차 배열되어 자력의 누수가 적고, 발전부의 부피를 줄인 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 발전부가 제2 진동 부재 내부로 매립됨으로써 바람 흐름에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 제1 진동 부재의 진동수가 제1 진동 부재가 설치되어 지점 가진을 제공하는 구조물의 진동수와 일치되어 공진으로 인한 진폭을 증폭시킴으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 위에서 언급된 본 발명의 실시 예에 따른 효과가 기재된 내용에만 한정되지 않고, 명세서 및 도면으로부터 예측 가능한 모든 효과를 더 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치의 구성도이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치로서, 제1 진동 부재(10), 제2 진동 부재(20) 및 발전부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 제1 진동 부재(10)는 지점 가진 즉, 본 발명이 복합 에너지 수확장치가 설치되는 구조물에서 발생되는 기계적 진동에 의해 진동하도록 구성되는 부재이고, 제2 진동 부재(20)는 주변 바람에 의해 저항하여 갤로핑 진동을 발생시키는 부재이다. 여기서 갤로핑 진동은, 물체의 형상에 따라 진동 외력의 크기가 변화하여 진동이 증폭되는 일종의 자려 진동을 의미한다.

한편, 구조물은 교량이나 건물일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 설명되지 아니한 다양한 위치에 설치될 수 있다.

발전부(30)는 상기 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)의 진동을 전달 받아 발전을 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서, 발전부(30)는 제1 진동 부재(10) 혹은 제2 진동 부재(20) 중 하나의 진동을 전달 받을 수 있거나, 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)의 진동을 모두 전달 받아 복합 발전을 수행하도록 구성될 수 있다.

이는, 종래 지점 가진만을 이용하거나 바람에 의한 진동만을 이용하도록 구성되는 것과는 차별되는 것으로, 두 가지 에너지원을 동시에 이용하므로 발전 효율이 높을 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치를 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

제1 진동 부재(10)는 지점 가진을 보다 쉽게 발생시킬 수 있도록, 진동이 쉽게 발생하고 복원력을 제공할 수 있는 형태인 캔틸레버 부재로 마련될 수 있다. 캔틸레버 부재는, 한쪽 끝이 고정되고 다른 끝은 받쳐지지 않은 상태로 된 형태로써 외력에 의해 진동이 쉽게 발생된다.

제2 진동 부재(20)는 바람에 의해 유발되는 갤로핑 진동이 가장 잘 일어나는 형상인 사각 기둥으로 마련될 수 있다. 사각 기둥은 길이 방향 전체에 이르러 바람을 맞받아 저항하기 용이하고, 이 저항으로 인하여 바람에 의한 진동을 보다 잘 발생시킬 수 있다.

여기서, 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)는 각기 이원화 된 위치에서 진동을 발생시키도록 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이 서로 연결된 형태로 구성되어 진동을 증폭시키도록 구성될 수가 있다.

캔틸레버 부재인 제1 진동 부재(10)와 사각 기둥인 제2 진동 부재(20)가 서로 연결될 경우에는, 상술한 캔틸레버 부재의 고정점이 제2 진동 부재(20)가 되고, 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)에서 각기 발생되는 진동은 서로 상호 작용되어 증폭될 수 있다.

그러나, 이는 바람직한 예시일 뿐 반드시 한정되는 사항은 아니며, 상술한 바와 같이 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)는 각기 이원화 된 위치에서 각기 따로 진동을 발생시켜 발전부(30)로 전달하여 발전을 수행하도록 구성될 수도 있다.

본 발명에서는 캔틸레버 부재인 제1 진동 부재(10)가 'u'형의 판상으로 형성되어 양 단부가 사각 기둥인 제2 진동 부재(20)의 길이 방향에 대해 수직으로 고정점을 갖는 형태로 연결될 수 있다. 이때, 제1 진동 부재(10)의 면상 위치는 사각 기둥의 길이 방향을 바라보지 않는 형태로 고정될 수 있다.

한편, 발전부(30)는 제1 진동 부재(10) 또는 제2 진동 부재(20)로부터 진동을 전달 받는 복수의 코일(31)과 복수의 영구자석(32)으로 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 코일(31)과 복수의 영구자석(32)은 서로 번갈아가면서 교차 배열될 수 있고, 코일과 영구자석의 위치는 도면에 도시된 형태와 다르게 맞바뀔 수도 있다. 또한, 복수의 코일(31)은 복수의 영구자석(32) 사이에 끼워진 상태로 본 발명이 설치되는 구조물에 인접한 특정 위치에 고정점을 갖는 코일 서포터(33)에 의해 지지될 수 있다.

이를 통해, 복수의 코일(31)과 복수의 영구자석(32)은 제1 진동 부재(10) 또는 제2 진동 부재(20)로부터 진동을 전달 받아 서로 상대 운동하게 되고, 이에 따라 전자기적 원리에 의해 발전을 수행하게 된다.

상기와 같이 복수의 코일(31)과 복수의 영구자석(32)을 연속적으로 교차 배열함으로써, 본 발명은 자력의 누수를 최소화할 수 있고, 발전부(30)의 부피 또한 줄인 장점을 나타낼 수 있다.

이러한 발전부(30)는 바람 흐름에 미치는 영향을 최소화하고자 바람직하게는 도면과 같이 상기 제2 진동 부재(20) 내부로 매립되도록 구성될 수 있다. 그러나, 반드시 한정되는 사항은 아니며 경우에 따라서는 제2 진동 부재(20) 외부로 노출될 수도 있다.

아울러, 제1 진동 부재(10)의 진동수는, 제1 진동 부재(10)가 설치되어 지점 가진을 제공하는 구조물의 진동수와 일치되도록 구성될 수 있다.

이를 통해, 본 발명이 설치된 구조물에 기계적 진동이 발생하여 제1 진동 부재(10)에 지점 가진을 발생시키고, 연결된 제1 진동 부재(10)와 제2 진동 부재(20)가 함께 진동할 때에, 공진에 의하여 진폭이 증폭될 수 있어 발전 효율을 높일 수가 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치는, 교량이나 건물 등에 설치되어 높은 효율로 무선 센서 등에 소규모 전원을 공급하도록 활용될 수 있으며, 설치되는 구조물의 진동 발생 방향에 따라 설치 형태 또한 다르게 하여 효과적으로 지점 가진과 바람의 영향을 효과적으로 받을 수 있게 구성될 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

10 : 제1 진동 부재
20 : 제2 진동 부재
30 : 발전부
31 : 코일
32 : 영구자석
33 : 코일 서포터

Claims (7)

1. 구조물의 지점 가진에 의해 진동하는 제1 진동 부재;
   바람에 의해 갤로핑 진동을 발생시키는 제2 진동 부재 및
   상기 제1 진동 부재와 제2 진동 부재의 진동을 전달 받아 발전을 수행하는 발전부를 포함하고,
   상기 제2 진동 부재는 사각기둥 형태로 형성되고,
   상기 제1 진동 부재는 일단이 상기 제2 진동 부재의 측면에 결합 고정되는 캔틸레버 부재로 적용되며,
   상기 발전부는
   상기 제2 진동 부재에 결합되는 복수의 영구자석과, 상기 복수의 영구자석과 번갈아가면서 교차 배열되며 별도의 코일 서포터에 의해 지지되는 복수의 코일을 포함하고,
   상기 발전부는 상기 제1 진동 부재 및 제 2 진동 부재 중 적어도 어느 하나에서 발생한 진동에 의해 상기 복수의 코일과 복수의 영구자석이 서로에 대해 상대 운동하며 발전을 수행하는 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치.
   
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3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발전부는,
   상기 제2 진동 부재 내부로 매립된 것을 특징으로 하는 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 진동 부재의 진동수는,
   상기 제1 진동 부재가 설치되어 지점 가진을 제공하는 구조물의 진동수와 일치된 것을 특징으로 하는 지점 가진과 바람에 의한 진동을 이용한 복합 에너지 수확장치.