KR20030023832A - 휠(Wheel)의 회전력을 이용한 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠과 휠측(Axle)을 지지하고 있는 휠프레임(Frame)에서 휠의 회전을 이용한 상호 유도기전력을 발생토록 하여 발광 및 기타 전원을 필요로 하는 장치의 작동에 필요한 전력을 자가발전해서 공급하는 시스템을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 특징은 영구자석(200)을 축설한 휠(101)과 전기자코일(500)이 축설된 휠프레임(400)이 도 2에서 단면도로 나와있듯이 전기자코일의 철심(501)이 휠의 영구자석(200)과 서로 마주볼 수 있도록 연장되어 있어 휠이 회전합에 따라 휠내부에 있는 영구자석이 휠프레임에 연장되어 있는 철심을 교차하며 지나게 된다. 영구자석은 철심을 지나면서 철심에 자기력의 변화를 주게 되고, 코일에 전자기 유도를 일으키게 함으로써 전압이 발생되는 것이다. 여기에서 발생된 전원은 정류기를 지나 발광소자 및 기타 전원을 필요로 하는 장치에 인가되는데 발광다이오드에는 구동회로를 통하여 인가되어 다양한 칼라 및 배열을 이루게 된다. 본 발명의 전원공급으로 인해 소형휠을 갖고 있는 롤러 블레이드 및 롤러스케이트, 유모차, 완구 및 여행용 가방등에 다양한 발광소자 악세서리를 장식 할 수 있다. 또한 멜로디와 같은 부가기능의 구동을 위한 전원공급이 가능하여 사용자 및 타인에게 흥미를 유발시키며 특히 어두운 환경에서 사용자의 위치확인이 용이하여 안전사고를 줄일 수 있다.

Description

휠(Wheel)의 회전력을 이용한 전원공급장치{Wheel Generator using Rotating Force}

본 발명은 휠의 회전력을 이용하여 코일조립체내의 자기장을 변화시켜 전압이 생성되도록 하는 장치이다. 생성된 전원은 발광소자에 인가되어 발광소자 구동회로에 의한 다양한 칼라 및 패턴으로 발광하게 하거나 그 외 부가기능의 작동에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 휠에 의한 발광시스템은 지금까지 휠내부에 발전시스템을 갖춰 휠에 내장된 발광다이오드만을 밝히도록 개발이 되어왔다. 여기에서 휠의 발광방법에는 여러 가지가 있으나 휠내부에서 발전하는 원리는 같다. 종래 기술 중 대표적인 것 하나로는 대한민국 등록실용신안공보 제 150352(1999.4.6)의 "스케이트 롤러에 내장된 발광다이오드"인데, 도1은 종래 발광하는 회전휠의 단면도이다.

이에 의하면 휠(1) 중앙의 축공(2)에는 양측으로 휠의 구동이 용이하도록 베어링(3)이 축설되고 양측의 베어링 사이에는 간격을 유지시킬 수 있는 부싱(4)을 축설하고, 부싱의 외주연에는 N,S를 갖는 영구자석(5)이 설치되고, 그 자석과 미세하게 이격된 코일함(6)의 내부에 코일(7)이 권취되어 있고 그 코일의 마이너스(-)선 또는 플러스(+)선과 연결된 발광다이오드(8)가 외부의 투명밀폐막(9)과 내부의 투명밀폐막(10) 사이에 설치되어 구성된 것이다.

상기와 같이 휠의 내부에서 발전이 되는 것은 휠이 회전하면 회전축(미도시)에 축설된 베어링(3)과 부싱(4)이 회전함과 동시에 영구자석(5)이 회전하는 것이다. 이때 영구자석(5)의 N,S극이 회전하면 그 극성과 교차되는 코일에 자력이 발생되면서 전기가 발생하는 것이다.

위의 발전원리는 고정된 도체(코일)내에서 자기극을 회전시키면 도체에 교류의 기전력을 발생시키는 것으로서, 이와 같은 기술은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 기술이며, 이를 이용한 다양한 종류의 제품들이 국내/외에 실용화 되어있는 실정이다. 그러나 위와 같은 휠에 의한 발전은 휠 내부에서만 발전이 가능해 휠내부에 설치된 발광다이오드만을 밝힐 수 있고, 생성되는 전력의 양에 한계가 있다.

본 발명은 휠의 회전력에 의한 전자기유도를 이용하여 발생된 전압을 휠외부의 발광다이오드와 같은 전원이 필요한 곳에 인가한다. 기존의 휠에 의한 발광은 단순히 휠내부에 발광다이오드를 두어 휠이 회전함에 따라 생기는 기전력으로 휠내부의 발광다이오드를 밝히는 발광휠의 역할을 하였으나, 본 발명은 휠에 내장된 영구자석과 휠의 프레임(Frame)에 내장된 코일조립체와의 전자기 유도작용으로 휠 외부에 전원을 공급할 수 있도록 고안된 전원 공급장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 효율적인 발전장치가 되도록 하기 위해 휠에 내장된 영구자석의 배열을 원주방향으로 N,S극을 교대로 하고 휠이 회전함과 동시에 휠프레임에 고정되어 있는 전기자철심에 전자력선의 변화율을 크게 하여 유도전압을 크게 하는 것이다.

도1은 종래기술에 의한 롤러 단면도

도2는 휠과 휠프레임으로 결합된 롤러 단면도

도3은 휠과 휠에 축설되는 영구자석의 사시도.

도4는 휠의 대칭면에 위치한 영구자석의 극성배열

도5는 영구자석이 축설된 휠의 정면도

도6은 연장된 철심을 포함하는 전기자코일

도7은 연장된 철심의 바를 2개로 한 것

도8은 코일조립체의 전류를 이용하여 전원이 공급되는 회로도

〈도면의 주요부분에 대한 설명〉

(1) : 휠 (2) : 축공

(3) : 베어링 (4) : 부싱

(5) : 영구자석 (6) : 코일함

(7) : 코일 (8) : 발광다이오드

(9), (10)′: 투명밀폐막

(10) : 전원 (20): 과보호회로

(30): 구동회로 (40):발광다이오드

(50): 전원을 필요로 하는 장치

101 : 휠 102 : 휠내주면

200 : 영구자석

201,201′,202,202′,203,203′,204,204′,205,205′,206,206′:영구자석

301 : 축공 400 : 휠프레임

500 : 코일 501 : 전기자철심

600 : 축(Axle)

상기목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 휠프레임으로부터 연장된 지지축과 체결되어 휠의 회전에 따라 전력이 생성되는 것으로서: 도2는 휠(101)과 휠프레임(400)에 의한 롤러 단면도인데 영구자석(200)은 휠의 내주면(102)에 축공(301)을 중심으로 원주방향으로 N,S극을 교대로 배열하고, 휠프레임에는 전기자코일(500)에서 연장된 철심(501)이 맞은편의 휠의 영구자석과 교차되는 범위내까지 위치하도록 한다. 도3은 휠(101)에 영구자석들의 배열을 나타낸 사시도 인데 영구자석의 배열은 휠의 맞은 편과 서로 대칭이 되도록 위치하게 한다. 이때 극성의 배열은 서로 대칭하고 있는 자석끼리 도4와 같은 배열을 갖도록 한다. 도6은 연장된 전기자철심을 갖고 있는 코일조립체인데, 휠은 철심(A)와 철심(C) 사이에 위치하게 되며, 이 때 철심(A)가 도3의 휠내부에 있는 자석(201′)의 S극 영향을 받게 되면, 반대편의 철심(C)에는 자석(201) N극의 영향을 받게 되는 것이다. 도7과 같이 보다 큰 유도전압을 얻기 위해 철심을 2개로 수를 늘린 경우에는 철심(A),(B)는 휠에 내장되어 있는 자석 중 항상 같은 극과 교차 되도록 철심 간극을 조정한다. 예를들면도3에서 자석 (201)이 철심과 마주하는 극이 N극이라 하면 그 다음 자석 (202)는 S극, 이렇게 교대로 극성을 갖도록 배열하였기 때문에 철심(A)가 자석 (201)과 마주하게 되었다면 철심(B)는 자석 (201)과 같은 극을 갖는 (203) 또는 (204)에 위치하도록 간극을 갖게 하면 된다. 이 때 반대편의 철심 (C),(D)는 철심(A),(B)와는 반대의 극을 갖게 된다.

이로써 휠이 회전함에 따라 휠에 내장되어 있는 영구자석에 의해 전기자철심(203)에는 자기력선 변화가 생겨 코일에 전압이 유도되는 것이다.

여기에서 인가된 전류는 휠의 고속회전등으로 인한 피크과전류 및 피크과전압이 발생되어서 도8에서와 같이 발광다이오드(40)에 과부하가 걸려 발광다이오드의 수명단축 및 손상이 올 수 있으므로 이를 미연에 방지하기 위해 보호회로(20)를 둔다. 그리고 발광다이오드에 칼라변환 및 순차적 점멸등 다양한 발광패턴을 위해 발광다이오드 구동회로(30)을 두고 그 외에 다른 전기장치(50)가 필요한 곳에도 공급한다.

지금까지 단순히 휠 내부에 발전장치를 내설한 발광휠을 만들어 사용자의 즐거움을 더하게 하여 온 것을, 본 발명을 이용하여 휠의 회전력에 의해서 생성된 전력으로 휠을 포함하고 있는 롤러블레이드, 롤러스케이트, 킥보드, 스케이트보드, 자전거, 소형 스쿠터, 유모차 등에 색의 변화를 주고자 하는 곳에 발광다이오드를 두어 발광다이오드 구동회로를 적용한 다양한 칼라 및 패턴으로 발광시킨다. 그리고 멜로디와 같은 부가적인 기능을 작동시킬 수 있어 상품에 차별화된 이미지를 구축 할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 고정된 휠프레임(400)으로부터 연장된 지지축과 체결된 휠(101)의 회전에 따라 전력이 생성되는 것으로서, 휠의 내주면(102)에 영구자석(200)이 N,S극으로 교대로 원주방향으로 배열되어 있고, 휠을 지지하는 축을 포함하는 휠프레임(400)에 영구자석의 상대적인 위치에 코일조립체로부터 연장된 철심을 위치하게 하여, 휠이 회전함에 따라 휠의 영구자석과 고정된 휠프레임의 철심을 포함하는 코일조립체에 상호 유도작용이 발생하여 전기를 발전하도록 수단이 이루어진 발전장치
2. 제 1항에 있어서 휠프레임의 철심을 포함하는 코일의 수는 필요로 하는 전압에 따라 그 수를 정할 수 있다. 즉 한 개의 휠에 작용하는 코일을 2개 또는 3개를 둘 수 있다.
3. 제 1항에 있어서 도8과 같이 코일 하나에 대한 철심의 수는 같은 극과 작용하도록 하는 한 그 수에 제한을 두지 않는다.