KR20020013075A - 자가발전기를 채용한 도로 표시등 - Google Patents

Abstract

자가발전기를 구비한 도로표시등이 개시된다. 본 발명은 개방공간을 가지는 케이스; 상기 개방공간에 회전가능하도록 설치되는 풍차 및 상기 풍차의 축과 연결되어 발전하는 발전기; 상기 케이스에 설치되어 빛을 조사하는 램프를 포함하는 발광부; 상기 발전기로부터 발생하는 전류를 충전하여 상기 램프로 인가하는 충전소자; 및 상기 발전기로부터 발생된 전류를 승압 및 정류하여 상기 충전소자로 공급하는 조정회로를 포함한다.

Description

자가발전기를 채용한 도로 표시등 {Road indication lamps adopting a self-generator}

본 발명은 도로 표시등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자연풍 또는 자동차에 의하여 발생한 풍력을 이용하여 자가발전함으로써 별도의 전원없이 영구적으로 구동시킬 수 있는 도로 표시등에 관한 것이다.

일반적으로 도로 표시등은 운전자에게 도로의 위험상황을 알 수 있게 함으로써 운전자가 안전하게 차량을 운행할 목적으로 도로가 또는 횡단보도 등에 설치된다.

이러한 도로 표시등 중에는 램프 없이 표면에 발광도료가 도포됨으로써 차량의 불빛을 받으면 발광되는 형태가 있다. 그러나 이러한 도로표시등은 가시거리가 짧기 때문에 도로 표시등으로서의 효과가 떨어질 뿐만 아니라 차량 불빛의 반사각에 따라 반사광의 편차가 심한 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 별도의 전원을 공급하여 램프를 발광시킴으로서 표시를 하는 도로 표시등이 개발되었다. 그러나 이러한 발광형 도로 표시등의 경우에는 전자에 비하여 시인성은 높지만 도로 표시등의 구동을 위한 별도의 전원이 필요하므로, 도로 표시등 설치 지점에 전원공급을 위한 배선 공사를 필수적으로 시행하여야 한다. 따라서, 날로 증가하는 교통사고율에 비추어 볼 때 도로 표시등의 필요성은 더욱 높아지고 있지만 이러한 설치의 번거로움으로 인해 그 설치빈도가 그리 높지 못하다. 나아가, 이러한 전원공급을 위한 배선은 도로나 인도를 통해 매설되므로 차량이나 보행자에 의해 배선이 손상될 뿐만 아니라 누전 등의 사고 위험마저 안고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 풍력에 의해 발전할 수 있는 자가발전기를 내장하여 별도의 전원없이도 영구적으로 구동할 수 있는 도로 표시등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 도로 표시등을 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도로 표시등을 나타내는 종단면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 도로 표시등을 나타내는 종단면도이다.

도 5는 도 4에 채용된 제1클러치의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 6은 도 4에 채용된 제2클러치의 구성을 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 참조부분에 대한 설명>

1 : 케이스, 2 : 발광부, 4 : 충전소자,

5 : 조정회로, 10 : 개방공간, 20 : 광투과창,

30 : 풍차, 36 : 발전기, 50 : 제1종동기어

70 : 중계기어 80 : 스파이어럴 스프링 90 : 제2종동기어

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 도로 표시등은, 개방공간을 가지는 케이스; 상기 개방공간에 회전가능하도록 설치되는 풍차 및 상기 풍차의 축과 연결되어 발전하는 발전기; 상기 케이스에 설치되어 빛을 조사하는 램프를 포함하는 발광부; 상기 발전기로부터 발생하는 전류를 충전하여 상기 램프로 인가하는 충전소자; 및 상기 발전기로부터 발생된 전류를 승압 및 정류하여 상기 충전소자로 공급하는 조정회로를 포함한다.

바람직하게, 본 발명은 상기 풍차의 회전력을 일부 축적하여 그 축적된 에너지를 상기 발전기의 축으로 전달하는 보조동력장치를 더 포함한다.

또한, 상기 보조동력장치는, 상기 풍차의 회전력을 상기 발전기축에 단속적으로 전달하는 제1클러치; 상기 풍차의 회전력에 의해 권선됨으로써 탄성에너지를 축적하는 스파이어럴 스프링; 및 상기 스파이어럴 스프링의 탄성에너지에 의한 회전력을 상기 발전기축에 단속적으로 전달하는 제2클러치;를 포함한다.

또한, 상기 제1클러치는, 상기 풍차의 회전력이 상기 스파이어럴 스프링에 축적된 탄성에너지보다 클 경우에는 그 회전력을 상기 발전기축으로 전달하고, 작을 경우에는 전달하지 않으며, 상기 제2클러치는, 상기 스파이어럴 스프링에 축적된 탄성에너지가 상기 풍차의 회전력보다 클 경우에는 그 탄성에너지에 의한 회전력을 상기 발전기축으로 전달하고, 작을 경우에는 전달하지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다

도 1 및 도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도로 표시등이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 실시예의 도로 표시등은 본체가 되는 케이스(1), 상기 케이스(1)에 설치되는 발광부(2), 풍력에 의해 전류를 생성하는 발전기(36), 상기 발전기(36)에 의해 생성된 전류를 저장하는 동시에 상기 발광부(2)로 공급하는 충전소자(4)를 포함한다.

상기 발광부(2)는 빛을 조사하는 램프(22)와, 상기 램프로부터 조사된 빛이 투과 및 확산될 수 있는 광투과창(20)으로 구성된다. 본 실시예에서, 광투과창(20)은 빛이 사방으로 확산될 수 있도록 반구형으로 형성되어 있으나, 이러한 광투과창의 형태는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 발광부(2)의 위치는 본 실시예에 따라 한정되는 것이 아니며 필요에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 즉, 비록 도면에 도시되지는 않았으나 상기 발광부는 케이스의 측면에 장방향으로 길게 설치될 수도 있는데, 이 경우에, 상기 광투과창은 이를 감싸도록 설치될 수도 있다.

상기 램프(22)로는 전력소비량이 적은 고휘도 발광다이오드(LED)가 채용되는 것이 바람직하며, 필요에 따라 형광등 및 네온등 등이 채용가능하다.

본 발명에 따르면, 풍력을 이용하여 상기 발광부(2)로 전원을 공급하는 발전기(36)가 케이스(1) 내에 구비되는데, 그 발전기축(38)은 풍차축(34)과 연결되어 있다. 상기 풍차축(34)에는 케이스(1)의 개방공간(10)에 설치되어 풍력에 의해 회전하는 풍차(30)가 결합되어 있다. 바람직하게, 상기 풍차(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 회전익(32)들은 호형 단면을 가지도록 굴곡되어 바람에 의해 일방향으로 회전하도록 구성된다.

본 발명에 채용된 상기 발전기(36)는 회전자와 고정자를 구비하여 기계적인 회전운동을 전기에너지로 변환시키는 통상적인 구성의 발전기이므로 그 구성의 상세한 설명은 생략한다.

후술하는 바와 같이 풍차(30)의 회전에 따라 발전기(36)에서 생성된 전류는 이와 전기적으로 접속된 충전소자(4)에 충전된 후 발광부(2)의 램프(22)로 인가된다. 이러한 충전소자(4)는 통상의 커패시터 구조를 가진 전기이중층 콘덴서 (electric double layer capacitor:EDLC)로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 전기이중층 콘덴서는 일반적인 커패시터에 비해 충전용량이 약 1,000 ∼ 100,000배 정도 더 큰 것으로 알려져 있다.

또한, 본 발명의 도로 표시등은, 상기 발전기(36)에서 생성된 교류전류를 승압하고 정류하여 상기 충전소자(4)로 공급하는 조정회로(5)를 더 포함한다. 즉, 상기 조정회로(5)는 발전기(36)에서 발생한 미약한 교류전압을 승압하기 위한 승압부와, 승압된 교류전압을 직류전압으로 변환하기 위한 컨버터를 포함하며, 이러한 조정회로(5)의 구성은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 비록 미도시되었으나 본 발명의 도로 표시등은 외부의 조도를 감지하여 상기 램프(22)를 온/오프시키는 광센서를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 광센서에서 감지된 외부조도가 설정기준값보다 작을 때에는 램프(22)를 온시키고, 광센서에서 감지된 외부조도가 설정기준값보다 크면 램프(22)를 오프시킨다. 대안으로서, 이 광센서 대신에 타이머를 설치하여 발광부(2)를 온/오프 구동하는 것도 가능하다.

그러면, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 제1실시예에 따른 도로 표시등의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 도로 표시등은 바람직하게는 도로가에 설치되거나 횡단보도의 중앙지점 등에 설치된다. 이러한 상태에서 차량의 주행에 의하여 발생한 바람이나 자연풍이 케이스(1)의 개방공간(10)으로 유입됨으로써 풍차(30)가 회전한다.

이 풍차(30)의 회전력은 축(34)과 연결된 발전기축(38)으로 전달됨에 따라 발전기(36)의 회전자와 고정자가 상대 운동함으로써 상호유도기전력에 의하여 전류가 생성된다. 생성된 전류는 조정회로(5)를 거치면서 승압 및 정류된 다음 충전소자(4)에 저장된 후 발광부(2)의 램프(22)에 공급됨으로써 램프(22)가 발광될 수 있다.

도 4에는 본 발명의 제2실시예에 따른 도로 표시등이 도시되어 있다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.

본 실시예에서는 풍차(30)의 회전동력을 일시적으로 축적하여 이를 발전기축(38)으로 인가하는 보조동력장치가 더 설치되어 있다.

상기 보조동력장치는 상기 풍차(30)의 회전력을 발전기축(38)에 단속적으로 전달하는 제1클러치(100)와, 상기 풍차(30)의 회전력을 전달받아 일시적으로 축적한 후 이를 발전기축(38)으로 전달하는 동력저장수단인 스파이어럴 스프링(80)과, 상기 스파이어럴 스프링(80)에 축적된 동력을 상기 발전기축(38)으로 단속적으로 전달하는 제2클러치(200)를 포함한다.

더욱 상세하게, 상기 풍차(30)의 축(34)에는 제1클러치(100)의 제1클러치기어(40)가 결합되는데, 이 제1클러치기어(40)의 내주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 일방향으로 경사진 제1편심랙(40a)이 형성되어 있다. 또한, 상기 발전기축(38)에는 제1플랜지(41)가 결합되고, 이 제1플랜지(41)의 양단에는 그 일단이 회동가능하게 결합되고 그 타단은 상기 제1편심랙(40a)과 선택적으로 맞물리는 제1후크(42)가 구비된다.

후술하는 바와 같이, 상기 제1클러치기어(40)가 반시계방향(CCW)으로 회전하면 제1후크(42)가 제1편심랙(40a)에 맞물려 제1플랜지(41) 및 발전기축(38)도 반시계방향으로 회전하게 되고, 반면에 제1클러치기어(40)가 시계방향(CW)으로 회전하면 제1후크(42)는 제1편심랙(40a)의 경사면을 타고 미끄러질 뿐 맞물리지 않으므로발전기축(38)은 회전하지 않게 된다. 상기 제1클러치(100)는 풍차(30)의 회전력이 스파이어럴 스프링(80)에 저장된 탄성에너지보다 클 경우에만 발전기축(38)으로 회전력을 전달하고 그렇지 않으면 회전력을 전달하지 않는다.

상기 제1클러치기어(40)는 제1종동기어(50)와 치합되며, 이 제1종동기어(50)는 상기 스파이어럴 스프링(80)과 결합된 종동축(81)과 결합되어 있다. 따라서, 상기 제1클러치기어(40)가 회전하면 제1종동기어(50)와 종동축(81)이 회전함으로써 상기 스파이어럴 스프링(80)을 권선시키고 이에 따라 탄성에너지가 저장된다.

상기 종동축(81)의 일단에는 도 6에 도시된 바와 같은 제2클러치(200)가 구비된다. 도 6을 참조하면, 제2클러치(200) 역시 내주면에 제2편심랙(60a)이 형성된 제2클러치기어(60)와, 종동축(81)에 결합된 제2플랜지(61) 및 이 제2플랜지(61)의 양단에 회동가능하게 결합되어 제2편심랙(60a)과 선택적으로 맞물리는 제2후크(62)를 포함한다. 다만, 제2클러치에서는 제2편심랙(60a)의 방향이 제1클러치의 그것과 반대방향이 된다.

또한, 발전기축(38)에는 제2클러치기어(60)와 연동되어 스파이어럴 스프링(80)의 탄성력을 전달받는 제2종동기어(90)가 결합되며, 바람직하게, 제2클러치기어(60)와 제2종동기어(90) 사이에는 중계기어(70)가 개재된다. 상기 제2클러치(200)는 제1클러치(100)와는 반대로 스파이어럴 스프링(80)의 탄성에너지가 풍차(30)의 회전력보다 클 때 발전기축으로 회전력을 전달하고 그렇지 않으면 회전력을 전달하지 않는다.

이상과 같은 구성적 특징을 가진 본 발명의 제2실시예에 따른 도로 표시등의동작에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 자연풍 또는 자동차의 주행에 의해 생성된 풍력에 의해 풍차(30)가 예컨대 반시계방향(도5의 CCW)으로 회전하면 제1클러치(100)의 제1클러치기어(40)도 반시계방향으로 회전한다. 이때, 제1후크(42)가 제1클러치기어(40)의 제1편심랙(40a)에 맞물리게 되어 발전기축(38)도 반시계방향으로 함께 회전하므로 발전기(36)의 전류생성이 가능하다.

동시에, 상기 제1클러치기어(40)와 맞물려 있는 제1종동기어(50)는 시계방향으로 회전하고, 따라서 이와 결합된 종동축(81)이 시계방향으로 회전하면서 스파이어럴 스프링(80)을 권선시켜 회전력을 탄성에너지로 축적하게 된다.

한편, 이 과정에서 제2클러치(200)의 동작을 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이 종동축(81)이 시계방향(CW)으로 회전하면 제2후크(62)가 제2편심랙(60a)의 경사면을 타고 미끄러지므로 제2클러치기어(60)는 종동축(81)의 회전력을 전달받지 않게 된다. 또한, 발전기축(38)이 반시계방향으로 회전함에 따라 중계기어(70)가 시계방향으로 회전하고 그와 연동된 제2클러치기어(60)가 반시계방향(CCW)으로 회전하지만 이때 역시 제2후크(62)가 제2편심랙(60a)의 경사면을 타고 미끄러질 뿐 맞물리지 않으므로 종동축(81)과 제2클러치기어(60) 사이의 동력전달은 여전히 차단된 상태로 유지된다.

이러한 상태로 풍차(30) 및 발전기축(38)이 계속 회전하여 발전기(36)로부터 전류가 생성된다. 그런 다음, 스파이어럴 스프링(80)이 계속 권취되어 그것에 축적된 탄성에너지가 풍력에 의해 풍차(30)에 전달되는 회전력보다 크게 되거나, 또는 바람이 약하거나 일시적을 불지 않아 풍차(30)에 외부 부하가 작용하지 않게 되면, 스파이어럴 스프링(80)이 반대방향 즉, 반시계방향으로 해권되면서 종동축(81)과 제1종동기어(50) 역시 반시계방향으로 회전하게 된다.

그러면, 제1종동기어(50)와 치합되어 있던 제1클러치기어(40)가 시계방향으로 회전하게 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1클러치기어(40)가 시계방향(CW)으로 회전하면 제1후크(42)가 제1편심랙(40a)과 맞물리지 않아 발전기축(38)으로의 동력전달은 차단된다.

동시에, 종동축(81)의 끝단에 부착되어 있던 제2플랜지(도6의 61)와 제2후크(62)가 반시계방향(CCW)으로 회전하게 되고, 이 경우 제2후크(62)가 제2클러치기어(60)의 제2편심랙(60a)과 맞물려 제2클러치기어(60)를 반시계방향(CCW)으로 회전시키게 된다. 따라서, 제2클러치기어(60)의 회전력은 중계기어(70)를 통해 제2종동기어(90)로 전달되는데, 상기 중계기어(70)와 제2종동기어(90)는 각각 시계방향과 반시계방향으로 회전하므로 최종적으로 발전기축(90)은 반시계방향 즉, 원래의 회전방향으로 그대로 회전될 수 있는 것이다. 결과적으로, 스파이어럴 스프링(80)의 탄성에너지에 의한 회전력이 제2클러치(200)에 의해 발전기축(38)으로 전달된 것이다.

만약, 다시 풍력이 우세하여 풍차가 반시계방향으로 회전하면 전술한 바와 같이 발전기축(38)은 제1클러치(100)에 의해 여전히 반시계방향으로 회전하게 되고, 스파이어럴 스프링(80)은 다시 권취되어 탄성에너지를 축적하는 동시에 제2클러치에 의해 발전기축(38)으로의 동력전달은 차단된다.

즉, 본 실시예에 따르면, 풍차(30)의 회전력중 일부가 보조동력장치에 저장된 후 다시 발전기축(38)으로 공급되므로 그 만큼 발전효율을 더 높일 수 있다.

본 실시예에서는 비록 제1 및 제2클러치의 구체적인 구조를 예시하여 설명하였으나 이러한 구조에 의해 본 발명이 한정되어서는 아니되며, 풍차의 회전력이 우세할 경우에는 발전기축으로 회전력을 전달하는 동시에 보조동력장치에 동력을 저장하는 반면, 상기 보조동력장치에 저장된 에너지가 상기 풍차의 회전력보다 클 경우에는 발전기축으로의 동력전달을 차단하는 임의의 구조는 제1클러치로 채용될 수 있으며, 보조동력장치에 저장된 에너지보다 풍차의 회전력이 클 경우에는 발전기축으로 회전력을 전달하지 않는 반면, 보조동력장치에 저장된 에너지가 풍차의 회전력보다 클 경우에는 발전기축으로 동력을 전달하는 임의의 구조는 제2클러치로 채용가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 도로 표시등은 자연풍 또는 차량의 주행에 의한 풍력을 이용하여 풍차를 회전시키고 그에 따라 자가발전을 하여 발광부의 램프를 발광시킴으로써 외부전원의 공급없이도 영구적으로 구동될 수 있다. 따라서, 종래와 같이 도로 표시등을 설치하고 유지하는데 소요되는 번거로움과 비용을 없앨 뿐만 아니라 배선의 손상이나 누전의 염려 또한 제거할 수 있다.

Claims (6)

1. 개방공간을 가지는 케이스;

   상기 개방공간에 회전가능하도록 설치되는 풍차 및 상기 풍차의 축과 연결되어 발전하는 발전기;

   상기 케이스에 설치되어 빛을 조사하는 램프를 포함하는 발광부;

   상기 발전기로부터 발생하는 전류를 충전하여 상기 램프로 인가하는 충전소자; 및

   상기 발전기로부터 발생된 전류를 승압 및 정류하여 상기 충전소자로 공급하는 조정회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 풍차의 회전력을 일부 축적하여 그 축적된 에너지를 상기 발전기의 축으로 전달하는 보조동력장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조동력장치는,

   상기 풍차의 회전력을 상기 발전기축에 단속적으로 전달하는 제1클러치;

   상기 풍차의 회전력에 의해 권선됨으로써 탄성에너지를 축적하는 스파이어럴 스프링; 및

   상기 스파이어럴 스프링의 탄성에너지에 의한 회전력을 상기 발전기축에 단속적으로 전달하는 제2클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1클러치는,

   상기 풍차의 회전력이 상기 스파이어럴 스프링에 축적된 탄성에너지보다 클 경우에는 그 회전력을 상기 발전기축으로 전달하고, 작을 경우에는 전달하지 않으며,

   상기 제2클러치는,

   상기 스파이어럴 스프링에 축적된 탄성에너지가 상기 풍차의 회전력보다 클 경우에는 그 탄성에너지에 의한 회전력을 상기 발전기축으로 전달하고, 작을 경우에는 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1클러치는,

   상기 풍차축에 결합되며, 그 내주면에는 일방향으로 경사면을 가진 제1편심랙이 형성된 제1클러치기어와, 상기 발전기축에 회동가능하도록 결합되어 상기 제1편심랙과 선택적으로 맞물리는 제1후크를 포함하고,

   상기 제2클러치는,

   그 내주면에는 일방향으로 경사면을 가진 제2편심랙이 형성된 제2클러치기어와, 상기 스파이어럴 스프링이 결합된 종동축에 회동가능하도록 결합되어 상기 제2편심랙에 선택적으로 맞물리는 제2후크를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 종동축과 결합되고 상기 제1클러치기어와 치합되어 그로부터 회전력을 전달받는 제1종동기어;

   상기 발전기축에 결합되고, 상기 제2클러치기어와 연동되어 스파이어럴 스프링의 탄성에너지에 의해 회전력을 전달받는 제2종동기어; 및

   상기 제2클러치기어와 제2종동기어 사이에 개재되는 중계기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시등.