KR20000063529A - 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원동기에 의한 전기에너지를 모터에 의해 회전에너지로 바꾸어 감속 장치에 의해서 태엽스프링에 대용량의 탄성에너지로 변환시켜 저장한 후 전기에너지를 필요로 할 때 다시 증속 장치에 의해 발전을 일으킬 수 있도록 한 태엽스프링의 탄성에너지 저장 장치에 관한 것이다.

본 발명은 전기에너지를 일으키는 장치(1)와, 전기에너지를 기계적 회전에너지로 바꾸는 모터(6)와, 감속장치(3)와 (4)의 단계별 작동 원리에 의해서 감속된 회전에너지를 태엽스프링(9)에 대용량의 탄성 에너지로 저장시킨 후 탄성에너지가 충만 되었을 때는 선형 모터가 내장된 축이동장치 (2)와 (2′)의 작동에 의해서 감속장치가 역으로 증속 장치의 역할을 함으로써 증속 장치 (4)와 (3)의 단계별 증속 과정을 거쳐서 발전기(7)에 충분한 전력을 일으킬 수 있도록 구성된 장치이다.

Description

전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템 {The power generation system for storage of electronic energy of spring}

본 발명은 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템에 관한 것으로서, 심야전기와 같은 유휴 전기에너지를 모터에 의해서 회전에너지로 바꾸어 태엽스프링(spiral spring)에 탄성에너지로 변환시켜 저장하는 장치로서 더 상세하게는 전기에너지가 모터에 의해서 동력 전달 장치의 일부인 감속 기어와 풀리를 통해서 대형의 태엽 스프링 내에 탄성에너지로서 저장된 후 에너지가 충만 되었을 때 증속 기어 장치를 통하여 일정 시간 동안 빠른 속도의 기계적인 회전 에너지로 변환 될 수 있도록 발명한 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템이다.

심야 전기에너지는 전기에너지의 특성상 저장이 어려우며 사용하지 않으면 낭비되기 때문에 효율적인 에너지 저장기술이 필요하다.

또한, 풍력이나 조력 파력 등을 활용한 발전 방식은 발전하고 남는 전기에너지를 효율적으로 저장할 필요가 대두되며, 현재의 축전지 기술로는 다양한 전기에너지 저장에 어려움이 있고 많은 환경 오염 문제를 야기 시키고 있는 실정이다.

미국특허공보 제4,020,923호는 전기에너지의 외력에 의해서 주어지는 전기모터로부터 출력축까지 에너지의 전달에 있어서 몇 가지 구성체를 가진 에너지 저장 시스템이며, 그 구성단위는 전기모터와 모터의 구동에 의하여 회전하는 주기어, 스프링에너지 저장을 위해서 주기어에 체결된 태엽스프링, 전기모터에 의해서 주기어가 회전 될 때와 태엽스프링이 주기어를 회전시킬 때 주기어가 선택적으로 출력피동축을 체결하여 회전시키는 장치 및 스프링에 맞물린 모터조절스위치, 스프링의 신축작용을 감지하고 스프링이 신축되는 지점을 사전 선택하는 모터의 가동과 정지에 관한 것으로서,

상기 종래의 기술들은 상기 기술에 관하여 특별히 언급한 본체에 대한 상기의 상세 설명의 관점에서 보면 이 발명의 더 많은 수정과 선택할 여지가 있는 본체가 이 기술에서 숙련된 솜씨로 명백해 질 수가 있으며, 단지 해석적이고 실례가 되는 것으로서 구성되어 있으며, 이 발명을 만들고 이용하는데 이 기술에서 그러한 솜씨로 가르치고 가능하게 하는데 목적이 있는 것으로서, 교육적인 목적이며, 실제로 현실에 응용되지 못하고 있는 실정이었다.

본 발명의 목적은 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전기에너지가 모터를 가동시켜 태엽스프링에 연결된 감속 전달장치를 통해서 대형의 태엽스프링에 탄성에너지로 저장되었다가 탄성에너지가 저장 한계점에 이르렀을 때 센서에 의해서 착탈장치 내의 선형 모터에 의해서 회전자축은 자동으로 상승하여 동력 전달장치에서 착탈되며 발전기의 기어가 태엽스프링에 연결된 증속 기어 장치에 자동 결합 되도록 하여 발전기의 회전자가 발전에 필요로 하는 충분한 용량의 회전수를 얻어서 일정기간 동안 가동하여 원하는 전력을 얻을 수 있는 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 보인 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 태엽 스프링의 분리 상태를 보인 사시도.

도 3의 (가)는 소형기어의 사시도.

(나)는 소형 기어와 대형 기어의 결합 상태를 나타낸 정면도.

(다)는 태엽스프링의 중심축과 감기부를 나타낸 정면도.

도 4의 (가)는 풀리의 정면도.

(나)는 풀리와 벨트가 체결된 상태를 나타낸 사시도.

도 5a는 선형모터의 이동자에 고정된 모터의 축 이동장치를 나타낸

상세도

도 5b는 선형모터의 이동자에 고정된 발전기의 축 이동장치를 나타낸

상세도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

(1) 전기에너지를 전달하는 장치

(2) 선형 모터가 내장된 모터 회전자의 축이동 장치

(2') 선형 모터가 내장된 발전기의 축 이동 장치

(3)소형기어 (4)대형기어 (6)모터(MOTER) (7)발전기

(8) 풀리에 체결된 벨트 (9) 태엽스프링 (13) 태엽스프링의 중심 회전축

(14,14') 고정자 (15,15') 이동자 (16,16') 선형유도전동기

(30) ㉮,㉯지점의 센서와 (2)에 설치된 선형(Linear)모터에 연결된 전선

(30') ㉮,㉯지점의 센서와 (2')에 설치된 선형(Linear)모터에 연결된 전선

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 것으로서, 장치상부에 모터(6)가 설치되어 있으며, 내부 장치된 기어(3,4)와 태엽스프링(9)에 의하여 상기 모터(6)의 회전에너지(기계에너지)를 탄성에너지로 변환하여 저장했다가 발전기(7)의 구동에너지로 전환시켜 사용함을 반복하여 에너지효율을 높은 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장장치에 의한 발전시스템에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 본 고안의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 보인 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 태엽 스프링의 분리 상태를 보인 사시도, 도 3의 (가)는 소형기어의 사시도, (나)는 소형 기어와 대형 기어의 결합 상태를 나타낸 정면도, (다)는 태엽스프링의 중심축과 감기부를 나타낸 정면도, 도 4의 (가)는 풀리의 정면도, (나)는 풀리와 벨트가 체결된 상태를 나타낸 사시도, 도 5a는 선형모터의 이동자에 고정된 모터의 축 이동장치를 나타낸 상세도, 도 5b는 선형모터의 이동자에 고정된 발전기의 축 이동장치를 나타낸 상세도를 도시하였으며, 전기 에너지를 전달하는 장치(1), 선형 모터가 내장된 모터 회전자의 축이동 장치(2), 선형 모터가 내장된 발전기의 축 이동 장치(2`), 소형기어(3), 대형기어(4), 모터(MOTER)(6), 발전기(7), 풀리에 체결된 벨트(8), 태엽스프링(9), 태엽스프링의 중심 회전축(13), 고정자(14,14'), 이동자 (15,15'), 선형유도전동기(16,16'), ㉮,㉯지점의 센서와 (2)에 설치된 선형 (Linear) 모터에 연결된 전선(30), ㉮,㉯지점의 센서와 (2')에 설치된 선형 (Linear) 모터에 연결된 전선(30`)를 나타낸 것임을 알 수 있다.

본 고안 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전 시스템은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 모터(6)와, 선형모터(Linear Motor)에 실려져서 기어에 의하여 축의 구동이 가능한 모터축이동 장치(2), 발전기축이동장치 (2′)와, 소형기어(3)와 착탈이 가능한 대형 기어 (4)와, 탄성 에너지를 저장했다가 발전기(7)의 구동 에너지로 전환시키는 태엽 스프링(9)으로 구성됨을 그 기술적 구성상의 기본적인 특징으로 한다. 자연에너지에 있어서 가장 중요한 것은 항상 변화하고 있다는 것이다. 여러 가지 형태의 자연 에너지 즉 풍력, 조력, 파력등 대부분은 불규칙적이고 단속적으로 얻어지므로 에너지의 축적이야말로 매우 유용하게 이용할 수 있는 열쇠이다.

여기서 전기에너지를 받은 모터의 회전자는 소형치차(3)를 회전시켜서 소형치차에 연결된 대형치차(4)를 통해 회전수가 감속되며,

그 정면도는 도 3의 (나)에 형상화하였다. 이러한 감속 장치를 통해서 1단계, 2단계, 3단계......등의 감속 장치를 거친 기계적 회전에너지는 태엽 스프링(9)과 회전축(13)의 감기 돌기부(19)에 의해서 체결되어 매우 느린 회전 속도로 대용량의 탄성 에너지로서 저장된 후 태엽 스프링의 최종 바깥 면이 ㉯의 지점에 도달하였을 때 ㉯지점에 설치된 타이머가 장착된 감지센서 장치에 의해서 지정된 시간이 지나면 모터의 축이동 장치 (2)가 A방향으로 상향 이동하여 착탈되고, 발전기(7)의 구동축에 설치된 기어 축 이동장치(2')가 B방향으로 평형 이동하여 태엽 스프링에 연결된 증속 기어 장치에 자동 결합하여 운전이 용이하도록 구성되었다.

이때 외력에 의해서 회전하는 모터의 회전자는 대용량의 전력을 일으킬 수 있는 안정된 회전력으로 기어(3)와 기어(4)로 이루어지는 단계별 감속장치에 의해서 도 2에 보인 태엽스프링(9)에 점진적으로 대용량의 크기로 서서히 에너지를 저장했다가 ㉯(최대압축)의 지점에 이르렀을 때 전술한 바와 같이 발전기(7)에 자동 체결되어 이번에는 감속장치가 역으로 증속 장치로 바뀌어 태엽스프링(9)의 탄성 에너지가 주 동력원이 되어 목표로 하는 발전량인 일정rpm 이상에 이르는 빠른 회전력에 의해서 원하는 전력이 생산 되도록 구성하였다.

또한, 태엽 스프링의 탄성에너지가 감소해서 회전력이 떨어져 발전을 일으킬 수 없는 상태에 이르는 때와 태엽 스프링의 외경이 ㉮(최대팽창)의 위치에 도달하는 시점과 일치시키도록 설계해서 선형모터가 내장된 모터회전자의 축이동장치(2)와 선형모터가 내장된 발전기의 축 이동장치 (2')의 센서가 작동 되도록 하여 선형모터가 내장된 모터 회전자의 축 이동장치(2)의 회전자 기어는 하강되어 본체 감속 기어 박스와 결합되고 선형모터가 내장된 발전기의 축이동장치(2')는 도 5b에 보여진 것과 같이 선형유도전동기의 이동자(15')에 부착된 발전기는 좌측으로 이동되어 발전기축에 연결된 기어는 착탈되어 발전이 자동으로 중단되며, 처음상태로 되돌아가서, 모터의 회전에 의해 다시 감속장치들의 작용으로 회전에너지(기계에너지)를 태엽스프링(9)의 탄성에너지로 변환시키는 것을 반복하게 하는 장치인 것이다.

도5a의 (가)에서는 감지센서에 감응하여 (2)의 선형모터의 이동자(15)에 부착된 모터회전자의 축에 결합된 기어가 가동됨을 나타내는 블랙선도이고,(나)는 선형모터의 고정자(14)위를 이동하는 이동자편에 부착된 모터가 A방향으로의 이동 상태를 보인 것이다.

감지센서는 1과 0의 두 가지 신호로 제어되며, 스프링이 완전히 감길 경우는 0으로 설정하고 스프링이 풀리는 경우는 1로 설정해서 0일 때는 컨트롤러의 접점이 OFF상태가 됨으로서, 선형모터의 이동자가 구동하여 기어가 부착된 모터가 위로 상승하여 감속기어 장치에서 탈착되므로서 모터의 회전자가 멈추게 되고, 1일 때는 컨트롤러의 접점이 ON상태로 되어 모터가 아래로 하강하여 감속기어장치에 결합되므로서 에너지가 저장된다.

도5b의 (가)에서는 감지센서에 감응하여 (2')의 선형모터의 이동자에 부착된 발전기회전자의 축에 결합된 기어가 가동됨을 나타내는 블랙선도이고,(나)는 선형모터의 고정자(14')위를 이동하는 이동자편에 부착된 발전기가 B방향으로 이동상태를 보인 것이다.

감지센서는 1과 0의 두 가지 신호로 제어되며, 스프링이 완전히 감길 경우는 1로 설정하고 스프링이 지정지점까지 풀리는 경우는 0으로 설정해서 1일 때는 컨트롤러의 접점이 ON상태로서, 선형모터의 이동자가 구동하여 기어가 부착된 발전기가 오른쪽으로 이동하여 증속기어장치에 결합되므로서 발전기의 회전자가 회전하게 되어 발전되고, 0일 때는 컨트롤러의 접점이 OFF상태로 되어 발전기가 왼쪽으로 이동하여 증속기어장치에서 탈착되어 발전이 멈춘다.

특히, 초기 설계시 기어나 풀리의 감속비나 증속비는 태엽 스프링의 탄성 에너지와의 상관 관계에 의해서 계산 결정되어진다.

도 2에 표시된 태엽 스프링(9)의 구조물은 태엽 스프링의 한쪽 끝단을 지지하는 중심축(11)을 본체 케이스(12)에 체결하는 볼트 장치(20)로 구성되었으며, 태엽 스프링을 구동시키는 회전축(13)의 감기 돌기부(19)에 연결되는 태엽스프링 체결 구멍(18)으로서 구성되었다.

이때 ㉠ 방향은 태엽 스프링이 감길 때의 회전축 회전 방향이고, ㉡ 방향은 태엽 스프링이 풀리면서 발전기(7)를 가동시킬 때의 회전 방향이며, (24)는 태엽 스프링의 최종 내면을 단면화 한 것이다.

여기서 태엽 스프링의 용량은 전체 태엽 스프링의 크기와 감기는 회전수에 의해서 결정된다.

상기와 같은 본 발명은 화석연료나 자연에너지에서 얻어지는 전기 에너지중 심야전기를 비롯한 유휴의 에너지를 대용량의 에너지를 저장할 수 있는 태엽스프링에 탄성에너지로 변환시킨 후 발전에 충분한 회전비로 증속 시켜서 일정한 크기를 지닌 양질의 전기에너지로 전환하여 어느 지역에서나 양질의 에너지원으로써 인류생활에 기여 할 수 있는 호환성 있는 에너지를 얻는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장장치에 의한 발전시스템에 있어서, 장치의 상부에 설치되어 있으며, 심야 전기에너지 등을 공급받아 장치 내에 전기에너지를 회전에너지로 공급하는 모터(6)와, 장치의 좌측 상부에 설치되어 있으며, 상기 태엽스프링(9)에서 발생되는 탄성에너지에 의해 가동되는 발전기(7)와, 상기모터(6)에 의해 연결된 회전자와, 상기모터(6)에 부착된 선형모터가 내장된 모터회전자의 축이동장치(2)와, 상기 모터의 축이동장치(2)에 연결되어, 회전하는 소형기어(3)와, 상기 소형기어(3)에 체결되어 있고, 회전수를 감속시키는 대형기어(4)와, 상기 대형기어(4)의 하단에 연결된 또 다른 소형기어와 대형기어로 이루어지는 단계별 감속장치와, 상기감속장치의 일부인 풀리와 상기 풀리에 연결된 벨트(8)와, 상기벨트(8)에 체결된 회전축(13)과, 상기회전축(13) 하단에 형성되어 있는 감기돌기부 (19)에 연결되어 있으며, 매우 느린 회전속도로서 생성된 기계적 에너지를 대용량의 탄성에너지로서 저장시키는 태엽스프링(9)과, 상기태엽스프링(9)의 최종 바깥면 최대 또는 최소간의 지점인 ㉮,㉯에 설치된 압력센서 감지장치와, 상기 압력센서 감지장치에 연결되어 있는 전선(30,30')과, 상기 전선(30,30')에 의해서 작동하는 선형모터가 내장된 발전기 회전자의 축이동장치(2')와 선형모터가 내장된 모터회전자의 축이동 장치(2)에 연결되어 있어서 동력전달층으로부터 분리 결합되는 모터 및 발전기를 자동으로 작동시키는 상기 모터 및 발전기의 축이동장치(2,2')를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지센서는 1과 0의 두 가지 신호로 제어되며, 스프링이 완전히 감길 경우는 0으로 설정하고 스프링이 풀리는 경우는 1로 설정해서 0일 때는 컨트롤러의 접점이 OFF상태가 됨으로서, 선형모터의 고정자(14)위를 이동하는 이동자(15)가 구동하여 기어가 부착된 모터가 위로 상승하여 감속기어 장치에서 탈착되므로서 모터의 회전자가 멈추게 되고, 1일 때는 컨트롤러의 접점이 ON상태로 되어 모터가 아래로 하강하여 감속기어장치에 결합되므로서 에너지가 저장되게 하는 감지센서를 특징으로 하는 전기에너지의 태엽(판)스프링 저장 장치에 의한 발전시스템.