KR20070042046A - 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마그넷이 설치된 회전자가 플라이휠 효과를 발생하도록 하여, 한번 가해진 외부력에 대해 지속적인 회전을 유지시킴으로써, 발전의 효율성을 도모하는 시스템에 관한 것이다. 외부력이 가해지면, 외부력은 특별한 기어구조를 거쳐서 최종 기어에 전달되고, 이 힘은 최종기어에 고정 연결된 플라이휠을 회전시키게 되고, 이 플라이휠에 설치된 마그넷에 의하여 고정자 권선에는 전압이 유도되게 된다. 이렇게 유도된 전압은 전자회로를 거쳐서 출력되게 된다. 플라이휠에는 영구자석형 마그넷이 다수 설치되어 있으며, 다수의 기어 중에는 축이 진동하는 기어가 플라이휠의 효과를 가능하게 하는 구조를 지니고 있다.

마그넷, 플라이휠, 진동축 기어, 발전 시스템

Description

마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템{A Power Generation System with Magnet Flywheel and Vibratory Gear Axis}

도 1 은 본 발명에 따른 전체 시스템의 구조도.

도 2a 는 제 2 기어의 진동축 원리를 설명하기 위한 구성도.

도 2b 는 도 2a 의 제 2 기어의 진동 모습을 보여주는 그림.

도 3 은 전체 전자회로부에 대한 개략 구성도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

100. 제 1 기어부

110. 제 2 기어부

120. 제 3 기어부

130. 제 3 기어부에 고정 연결된 플라이휠

132. 플라이휠에 설치된 S형 마그넷

134. 플라이휠에 설치된 N형 마그넷

140. 회전체를 지지하기 위한 브라캣

142. 브라캣에 설치된 진동축 홀

150. 기본 전자회로

152. 기본 전자회로에 추가될 수 있는 속도, 온도 센서 회로

154. 기본 전자회로에 추가될 수 있는 출력전압 안정화 회로

본 고안은 유비쿼터스 시대를 맞아 다양한 형태의 휴대용 모바일 기기의 사용이 급증함에 따라 모바일 기기의 배터리 문제가 대두하고, 이를 재충전하는 필요성이 더욱 절심해짐에 따라 이에 대비하여 안출된 새로운 개념의 발전 시스템으로서, 사용자가 수동으로 조작하여 전력을 생산하는 데 있어서 플라이휠 효과를 최대한 활용하는 것을 그 특징으로 한다. 기존의 기술은 플라이휠이 장착되어 있다 하더라도 플라이휠 운동이 원활하게 이루어지지 않아 상용적으로 이용하기에는 적절하지 않았다. 그 이유는 플라이휠에 연결된 기어들이 항상 서로 맞물려 연결되어 있기 때문에 플라이휠 운동시 모든 연결된 기어가 동시에 회전하기 때문에 그 운동 효율이 극히 나쁘다고 볼 수 있어서 보다 효율적인 발전 구조가 요구되는 실정이다.

본 고안이 이루어지기 위해서는 다음과 같은 기술적 과제들이 존재한다. 먼저 외부력이 제 1 기어에 가해질 경우에는 효과적으로 그 힘이 최종 기어에까지 전달되어 야 한다. 본 고안에서는 3개의 기어와 마그넷이 설치된 플라이휠을 이용하여 이를 구현하게 된다. 일단 한번 가해진 외부력에 대해 최종 기어에 고정 연결된 플라이휠이 회전하게 되면, 플라이휠에 설치된 마그넷의 회전으로 인해 고정자 권선에는 전압이 유도되므로 발전이 이루어 진다. 여기서, 가장 중요한 핵심은 플라이휠이 원활하게 회전하기 위해서는 플라이휠이 회전할 때, 다른 기어와는 분리되는 것이 바람직하다. 본 고안에서는 축이 진동하는 구조를 통해 이러한 핵심적 과제를 해결하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 마그넷이 설치된 플라이휠과 다수의 기어구조를 제시하고, 이를 통하여 전력을 생산하는 시스템을 설명하고자 한다.

이하 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다. 도면은 예시를 위하여 사용될 뿐, 본 고안의 권리범위가 이러한 도면에 제한되지는 않는다.

도 1 은 본 발명에 따른 전체 시스템의 구조도를 보여준다.

외부력에 의하여 제 1 기어(100)가 일정 각도(θ, 외력각) 만큼 움직이게 되면, 이 힘은 제 2 기어(110)에 전달되고 이 때 제 2 기어(110)의 회전 축은 제 1 기어(100)와 제 2 기어(110)의 접점의 접선방향으로 움직이도록 하는 힘을 받게 된다. 만일 제 2 기어(110)의 회전축이 축의 횡방향으로 움직일 수 있다면, 이러한 제 2 기어(110) 축의 움직임은 제 2 기어와 제 3 기어(120)를 밀착 연결시키게 된다. 따라서 제 3 기어는 외력각(θ)에 해당하는 기어비 만큼 회전하게 되고 제 3 기어에는 플라이휠(130)이 고정 연결되어 있으므로 플라이휠(130)이 제 1 기어(100), 제 2 기어(110) 및 제 3 기어(120)에 해당하는 기어비 만큼 비례하여 회전하게 된다. 플라이휠에는 N극(132)과 S극(134)의 자석이 설치되어 있어서, 플라이휠의 회전으로 인해 주변에 위치한 전자회로(150)에는 전압이 유도된다. 플라이휠(130)은 관성력에 의해 추가적으로 계속 회전하고자 하는 성질이 있는데, 만일 모든 기어의 축이 고정되어 있다면 플라이휠의 관성력은 새로운 운동에너지원이 되어 나머지 두 기어인 제 1 기어와 제 2 기어를 계속 구동시키게 될 것이다. 이러한 상황은 플라이휠의 입장에서 보면 효율이 떨어지는 셈이 된다. 본 고안은 플라이휠이 운동하는 데 있어서 다른 기어들이 자동적으로 이탈되도록 하여, 플라이휠의 운동을 방해하지 않도록 하는 데에 그 초점이 있다.

도 2a 는 제 2 기어(110)이 브라캣(140)에 연결될 때 홀(142)에 조립되는 과정을 나타낸 것이며, 도 2b 는 제 2 기어가 외부력이 가해졌을 경우와 플라이휠 운동시에 각각 축이 홀(142)내에서 상하 이동하는 그림을 보여준다. 외부력이 가해질 경우에는 제 1 기어와 제 2 기어가 접선으로 맞물린 방향, 즉 아래방향으로 제 2 기어의 축이 이동하게 되고, 이 경우 브라캣(140)에 설치된 홀(142)의 아래쪽에 위치하게 되어, 이 상태에서 외부력이 제 2 기어로 전달된다. 만일 플라이휠 운동이 발생하는 경우에는 제 3 기어가 제 2 기어의 속도보다 다 빠른 경우가 되므로 제 3 기어의 회전에 의해 제 2 기어는 제 3 기어로부터 자연스럽게 이탈되어 브라캣(140)에 설치된 홀(142)의 위쪽으로 축이 이동하게 된다. 따라서 플라이휠은 다른 기어들에 의한 저항이 거의 없이 운동을 유지하게 된다. 만일 반복적으로 또는 펄스방식으로 외부력이 가해진다면, 제 2 기어(110)의 회전축은 홀(142)의 상하를 진동하는 형태가 될 것이다.

도 3 은 본 고안과 관련된 전자회로부를 나타낸 것으로서, 기본 전자회로(150)와 속도, 온도센서회로(152) 또는 출력전압 안정화 회로(154)가 더 추가되는 경우를 나타낸다. 기본 전자회로(150)는 외부력에 의한 유도전압이 최종 출력되기까지의 과정을 나타낸다. 속도, 온도센서 회로(152)는 필요에 따라 플라이휠의 속도나 전자회로의 온도를 감지해야 하는 경우에 추가되는 회로이며, 출력전압 안정화 회로(154)는 부가적으로 전압의 안정화를 위해 추가될 수 있는 보조회로이다. 세 가지 회로(150,152,154)는 하나로 구성될 수도 있으며 별개로 구성되는 것도 가능하다. 상기 기본 전자회로(150)는 일반적인 발전 회로의 블록 구성도이며, 응용상 필요에 따라 몇 가지 블록이 추가 또는 삭제될 수도 있다.

지금까지 설명한 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템은 기술적으로 응용 가능한 훨씬 방대한 범위까지 권리가 인정됨을 유추할 수 있는 바이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 사용자가 언제 어디서나 휴대할 수 있는 충전 시스템이 될 수 있으며, 플라이휠 효과를 극대화한 원리를 사용하기 때문에 그 에너지 효율 또한 매우 높아서 환경기술(Green Technology)로서도 각광 받을 것으로 사료된다. 본 발명은 휴대용 모바일기기의 재충전 시스템으로 적절히 응용 가능하며, 그 외의 중형 및 대형 발전기로서의 응용도 얼마든지 가능하다. 사용자가 운동하듯이 외부력을 가해주면서 필요한 충전에너지를 얻는 개념은 향후 에너지가 부족한 미래 사회에 있어서 좋은 에너지 대안이 될 수 있다고 기대된다.

Claims (5)

1. 다수의 기어로 구성된 기어 구조와 전자회로로 구성된 발전 시스템에 있어서,

   외부력에 의해 움직이는 제 1 기어와;

   제 1 기어의 힘을 제 3 기어에 전달하는 축 진동형 제 2 기어와;

   제 2 기어로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 마그넷 플라이휠이 동일축에 연결된 제 3 기어;

   로 구성된 기어 구조와,

   마그넷 플라이휠의 회전에 의한 유도전압이 발생하는 고정자 권선부와;

   고정자 권선에 유도된 전압신호를 처리하기 위한 신호처리부와;

   신호처리된 전압을 출력시키기 위한 출력부;

   로 구성된 전자회로가 있어서,

   상기 기어 구조와 상기 전자회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템
2. 상기 제 1 항에 있어서,

   동력 전달의 특수 목적이나 구조 적용상 필요에 의하여

   제 3 기어에 연결되는 제 4 기어가 더 추가되거나;

   또는 그 이상의 기어가 복수로 더 추가될 수 있어서;

   기어의 수가 확장되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템
3. 상기 제 1 항에 있어서,

   마그넷 플라이휠은 영구자석형 마그넷이 N극과 S극이 교대로 배치되어 있는 구조로서,

   마그넷의 개수는 짝수개로 구성되며;

   마그넷이 플라이휠의 일부로 구성될 수 있거나;

   또는 마그넷이 플라이휠의 표면에 부착되거나;

   또는 마그넷이 플라이휠에 조립되는 방식이 가능한 것;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템
4. 상기 제 1 항에 있어서,

   제 2 기어부는 기어의 축이 일정 공간내에서 자유롭게 진동하도록 하기 위하여 기어축 브라캣에 타원형 또는 장방형의 홀이 뚫어져 있으며, 홀의 방향은 제 1 기어부와 제 2 기어부가 연결되는 점에서 접선방향과 거의 나란하도록 되어 있어서, 외력이 제 1 기어부로 가해질 경우 제 2 기어부의 축은 접선 방향으로 움직여 제 3 기어부로 연결되는 구조이며, 플라이휠 효과에 의한 관성력으로 인한 제 3 기어부가 계속 회전시에는 제 2 기어부의 축은 제 3 기어부와 이탈되는 방향쪽으로 움직여, 제 3 기어부의 힘이 역방향으로 전달되지 않도록 하는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템
5. 상기 제 1 항에 있어서,

   전자회로부를 구성하는 고정자 권선부 또는 신호처리부 또는 출력부의 위치는,

   구조의 편의상 마그넷 플라이휠의 어느 한쪽 면 또는 양쪽면에 위치할 수 있는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그넷 플라이휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템

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