KR20060075784A

KR20060075784A - 발전 충전장치

Info

Publication number: KR20060075784A
Application number: KR1020040114683A
Authority: KR
Inventors: 최영길; 김종수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-07-04

Abstract

소형 발전/충전이 요구되는 장치에 장착 또는 분리하여 휴대 가능하며, 간편하게 자력/수동력으로 발전/충전시키는 발전 충전장치가 기재된다. 이를 위하여, 압전소자에 의한 고전압발생부, 상기 고전압발생부에 발생된 고전압을 저전압으로 변환시킴으로써 전류량을 증가시키는 전류발생부 및 상기 발생된 전류를 정류하여 충전에너지를 저장하는 충전부를 포함하여, 소형 전기기기 또는 휴대폰 등에 상시에 필요한 전원을 자체적으로 발생시켜 충전기로 사용할 수 있다.

발전, 고전압발생부, 전류발생부, 충전부

Description

발전 충전장치{Electric Power Generating and Charging Apparatus}

도1은 본 발명에 따른 발전 충전장치의 구성도,

도2는 본 발명에 따른 고전압발생부를 나타내는 구성도,

도3a 내지 도3d는 본 발명에 따른 고전압발생부의 동작원리를 설명하기 위한 도면,

도4는 본 발명에 따른 전류발생부를 나타내는 구성도,

도5는 본 발명에 따른 충전부를 나타내는 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 고전압발생부 200: 전류발생부

300; 충전부

본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형발전/충전이 요구되는 장치에 장착 또는 분리하여 휴대 가능하며, 간편하게 자력/수동력으로 발 전/충전시키는 발전 충전장치에 관한 것이다.

근래에 들어 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등 각종 휴대용 전자기기의 보급이 늘고 있으며, 이들은 휴대의 편의를 위하여 소형의 기본 배터리에 의해 구동된다.

이와 같은 휴대용 전자기기에 장착되는 기본 배터리는 휴대의 편의를 위하여 통상 그 크기가 제한되고 있으며, 휴대용 전자기기를 구동시키는 시간 또한 제한을 받는 것이 사실이다.

따라서, 배터리의 충전을 미리 못한 상태라든지, 또는 사용 중 배터리의 전원이 소진되어 전원이 완전히 나간 상태에서 급하게 휴대용 전자기기를 사용해야 하는 긴급한 상황일 경우 사용자는 매우 당황할 수 밖에 없다.

특히, 현재의 사용자 위치가 충전이 불가한 실외라든지, 실내라 하더라도 주변에 배터리 충전을 위한 장치 또는 전원이 없는 경우에는 아무리 급한 상황이라도 휴대용 전자기기를 이용할 수가 없다.

이에, 상기와 같은 상황에서 대응할 수 있도록 자체 발전 충전장치를 가지고 있는 휴대용 전자기기가 나와 있기는 하나, 이에 구성되는 발전 충전장치의 경우, 종래에는 대부분 발전기 자체가 내장되어 회전을 유발시켜 전원을 발생하였으나, 상기의 내장 발전기가 매우 고가일 뿐만 아니라 그 크기의 축소에 따른 한계로 인하여 휴대하기가 불편하다는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 소형 자가발전이 요구되거나 충전용 배터리 등을 이용하 는 장치에 대하여, 사용자의 필요시에 간편하게 자력 또는 수동으로 발전/충전시킬 수 있고, 또한 사용자가 긴급한 상황에 휴대폰 등을 충전시켜 대처할 수 있도록 휴대 가능하면서도 소형으로 구성되는 비상용의 발전 충전장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발전 충전장치는, 압전소자에 의한 고전압발생부; 상기 고전압발생부에 발생된 고전압을 저전압으로 변환시킴으로써 전류량을 증가시키는 전류발생부; 및 상기 발생된 전류를 정류하여 충전에너지를 저장하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 발전 충전장치를 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 소형 발전 충전장치의 구성도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 상기 소형 발전 충전장치는, 압전소자에 의한 고전압발생부(100), 고전압을 저전압으로 변환시킴으로써 전류량을 증가시키는 전류발생부(200), 상기 발생된 전류를 정류하여 충전에너지를 저장하는 충전부(300)를 포함한다.

도2는 본 발명에 따른 고전압발생부를 나타내는 구성도이고, 도3a내지 도3d는 본 발명에 따른 고전압발생부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 고전압발생부(100)는, 충격인가부 상/하단에 외함(110a,110b)을 두며, 상단 외함(110a) 내부에는 고강도스프링(121), 충격뭉치(122), 충격뭉치 걸림쇠(123)를 가지며, 이 걸림쇠(123)를 걸수 있도록 상단 외함 (110a)의 중간부분에 충격뭉치 걸림쇠 문턱홈(124)이 형성된다. 또한, 하단 외함(110b) 내부에는 압전소자(131), 절연체(132), 도전체(133), 스프링(134), 걸림쇠 걸음용 돌출부(135) 등이 있다.

이와 같이 구성된 고전압발생부(100)의 동작원리는 도3a 내지 도3d에 도시된다.

우선, 도3a는 고전압발생부(100)의 충격인가부(110)에 충격을 가하기전 상태이며, 상단 외함(110a) 내면에 충격뭉치 걸림쇠(124)가 걸릴 수 있도록 내면을 구성하고, 이로 인해 충격뭉치 걸림쇠(124)가 상단 외함(110a)의 충격뭉치 걸림쇠 문턱홈(124)에 걸쳐져 있어 고강도스프링(121)은 압축된 상태이다. 이때, 하단 외함(110b)의 스프링(134)은 팽창상태이어서 상단 외함(110a)의 충격뭉치(122)와 압전소자(131)간의 걸림을 일정하게 유지시킨다.

이어, 도3b에 도시한 바와 같이, 자력 또는 수동력으로 충격인가부(110)를 구동하여 상단 외함(110a)을 하단 외함(110b) 속으로 진입시키며, 일정거리까지 진입되면 하단 외함(110b) 내 걸림쇠 걸림용 돌출부(135)에 의해 충격뭉치 걸림쇠(123)가 걸림쇠 문턱홈(124)에서 이탈하도록 구성하여 이때까지 압축된 고강도 스프링(121)을 팽창시킴으로써, 압전소자(131)에 충격을 가해 전기에너지를 발생시킨다. 여기서, 하단 외함(110b) 내 스프링(134)은 충격뭉치(122)의 반경을 포함하는 정도의 크기를 갖는다.

그리고, 도3c에 도시한 바와 같이, 자력 또는 수동력을 좀 더 가하여 상단 외함(110a)의 충격뭉치 걸림쇠(124)가 하단 외함(110b) 내 걸림쇠 걸림용 돌출부 (135)에 의해 다시 상단 외함(110a)의 걸림문턱홈(124)에 걸릴 수 있도록 하단 외함(110b)의 내면을 구성한다.

그리고, 도3d에 도시한 바와 같이, 자력 또는 수동력을 해제하여 동작이전 상태로 환원한다. 이때, 도3a 내지 도3d와 같은 순서를 반복하여 고전압을 발생시킨다.

이와 같이 발생된 전기에너지를 저장이 용이한 형태의 파형형태로 구성하기 위하여, 전류발생부(200)를 둔다. 상기 전류발생부(200)는 자성체를 두고 이 자성체와 쇄교하도록 복수회 권선하여 구성함으로써 이권선에 의해 형성되는 적절한 자기 인덕턴스(L₁)와 추가적으로 회로상에 인덕턴스(L₂)를 구성함으로 인하여 igniter압전소자로부터 발생되는 고전압의 임펄스 파형형태를 다소 완화시킨다.

이러한 파형완화의 목적은 고전압발생부(100)에서 발생하는 전기에너지가 자성체를 통해 저전압의 전류원 파형형태로 구성하기 위한 것으로, 파형형태를 완화시킴으로써, 임펄스 파형에 반응효율이 낮은 자성체에 대한 한계를 극복하고 에너지의 전달효율을 보다 증가시킨다.

이에 따라, 고전압발생부(100)에 이어 자성체를 두고, 임펄스 파형 에너지로 발생하는 고전압발생부(100)를 전선으로 연결함과 동시에 이 자성체와 쇄교하도록 2회이상 복수회 권선하여 구성하고(1차측 권선), 이 권선의 자기인덕턴스(L1)와 추가 인덕턴스(L2)에 따른 무효 임피던스의 영향으로 파형형태를 완화시키며, 이때의 전기에너지는 고전압발생부로부터 이어지는 전선의 권선으로 인해 자성체에 자속을 발생하며, 이 발생된 1차측 자속이 1회만 권선한 2차측 권선과 쇄교되도록하여 2차 권선에 보다 큰 전류를 유기시킨다.

이후, 충전부(300)를 통해 상기 유기된 에너지를 저장한다.

즉, 도2의 고전압발생부(100)와 도4의 전류발생부(200)로부터 발생하는 저전압전류원을 도5와 같은 정류부(D₁)을 거쳐 전류를 정류하여 캐패시터 C₁에 축적하고, 축적된 전류에 의해 임게전압까지 상승하면, C₁의 전압으로 Q₁과 이에 이어 Q ₂가 통전되며, 이로인하여 C₁이 방전경로를 확보하게 되어 충전부(300)에 충전하게 된다.

이어, C₁은 방전으로 전압강하가 발생하고, 이 전압이 일정수준이하가 되면, Q₁,Q₂가 오프상태가 되어 C₁의 방전을 정지시킨다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 또는 수정이 가능하다는 것을 알 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전 충전장치에 의하면, 소형 전기기기 또는 휴대폰 등에 상시에 필요한 전원을 자체적으로 발생시켜 충전기로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

압전소자에 의한 고전압발생부;

상기 고전압발생부에 발생된 고전압을 저전압으로 변환시킴으로써 전류량을 증가시키는 전류발생부; 및

상기 발생된 전류를 정류하여 충전에너지를 저장하는 충전부를 포함하는 발전 충전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 고전압발생부는

상단 외함과 하단 외함을 구비하는 충격인가부;

상단 외함으로부터 전달되는 힘을 하단 외함으로 전달하는 충격뭉치;

상기 상단 외함 내면에 설치되는 충격뭉치 걸림쇠 문턱홈;

상기 충격뭉치 걸림쇠 문턱홈에 걸리는 충격뭉치 걸림쇠;

상기 상단 외함 내부에 설치되어, 충격인가부에 소정 힘이 가해지면 압축되는 제1 스프링;

상기 고강도 스프링에 대응되어 하단 외함 내면에 설치되는 제2 스프링;

상기 하단 외함 내면의 설치되어, 소정 힘이 가해지면 상기 충격뭉치 걸림쇠가 상기 충격뭉치 걸림쇠 문턱홈에서 이탈하도록 하는 걸림쇠 걸림용 돌출부; 및

상기 충격뭉치가 걸림쇠 걸림용 돌출부에 의해 이탈되면 상기 제1스프링이 팽창되면서 전기에너지를 발생시키는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 충전장치.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 전류발생부는

상기 자성체와 쇄교하도록 복수회 권선하여 형성되는 제1 인덕턴스; 및

상기 제1 인덕턴스와 소정비율로 결합되어 입력되는 고전압의 임펄스 파형형태를 다소 완화시키는 제2 인덕턴스를 포함하고, 2차권선은 1회만 권선하는 것을 특징으로 하는 발전 충전장치.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 충전부는

상기 전류발생부로부터 발생하는 저전압전류원을 정류하는 정류부;

상기 정류된 전류를 축적하는 제1캐패시터;

상기 축적된 전류에 의해 상기 제1캐패시터가 임계전압까지 상승하면 온이 되고, 상기 제1캐패시터의 방전으로 전압강하가 발생하여 일정수준이하로 되면 오프상태인 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 충전장치.