KR20080102543A - 비접촉식 자전거용 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 바퀴에 영구자석들이 결합되는 비접촉식 자전거용 발전기에 관한 것이다.

본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는, 전륜(10) 중심부에서 일정한 거리만큼 떨어진 상태로 설치되는 다수의 영구자석(11)과; 서로 대향하는 두 포크부재(F)의 각 대향면에 결합되는 한 쌍의 브라켓트(12)와; 각 브라켓트(12) 대향면에 배열 결합되어 서로 연결되며 영구자석(11)들을 잇는 가상원과 동일한 연결 궤적을 갖는 다수의 코일(13) 등으로 구성된다.

본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는, 종래의 발전기에 비하여 제작이 쉬우며, 전기를 충분히 생산할 있을 뿐만 아니라, 정비와 보수가 간편한 장점이 있다.

자전거, 발전기, 영구자석, 코일, 포크

Description

비접촉식 자전거용 발전기{Contactless type generator for a bycle}

도 1은 본 발명 제1실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거의 측면도.

도 2는 본 발명 제1실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거 전륜부의 부분 구조도.

도 3은 본 발명 제2실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거 전륜부의 부분 측면도.

도 4는 본 발명 제3실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거의 측면도.

도 5는 본 발명 발전기를 구성하는 영구자석의 배열과 코일의 연결 방법을 보인 것으로,

(가)는 영구자석이 동일한 자극 방향으로 배열된 경우의 전류흐름과 코일 연결 방법을 보인 모식도이고,

(나)는 영구자석의 자극 방향이 교대로 변화하도록 배열된 경우의 전류흐름과 코일 연결 방법을 보인 모식도이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 전륜 11. 영구자석 12. 브라켓트

13. 코일 14. 링부재 20. 후륜

30. 프레임 F. 포크부재 S. 바퀴살

본 발명은, 전륜이 장착되는 11자형 포크의 대향 내면에 다수의 코일을 각각 원호 상으로 배열 결합하고, 코일과 접촉하지 않으면서 대향하는 코일 사이로 통과할수록 전륜의 내경부에 다수의 영구자석을 설치한 비접촉식 자전거용 발전기에 관한 것이다.

최초의 자전거는 대부분이 나무로 만들어진 구조로서 단순히 발로 땅을 차는 힘으로 움직이는 구조이었으나, 1839년 페달식 자전거가 개발된 후 수많은 기술개발에 의해 오늘날의 자전거가 제조되었는 바, 초기의 자전거는 보조적인 운송 수단으로 사용되어 왔으나 생활 수준의 향상과 함께 오늘날에는 주로 레저용 또는 스포츠용으로 이용되고 있으며, 대부분의 가정에는 이미 1대 이상이 보급되어 있다.

상기와 같이 오늘날의 자전거는 학생들의 통학용으로 사용되기도 하지만, 상기와 같은 보조적인 운송 수단으로 보다는 주로 어린이들의 놀이용이나 산악 자전거와 같은 성인들의 레저용이나 운동용으로 사용되고 있다.

그러나, 자전거의 보급율과 달리 자전거 전용도로의 보급은 거의 이루어지지 않고 있어 대부분의 자전거 이용자는 자동차 도로를 주행할 수 밖에 없는 실정으로 안전 사고의 위험이 매우 크다.

더욱이, 야간에 어두운 거리를 주행하는 경우, 주행 중인 자동차의 운전자가 자전거를 발견하기가 용이하지 않으며, 특히 주위 환경에 대한 상황 판단력이 부족한 어린이들이 자전거를 타는 경우 돌발적인 행동에 의한 사고의 위험은 더욱 클 수 밖에 없기 때문에, 차량의 운전자는 충분히 떨어진 거리에서 자전거의 주행 상황을 사전에 정확히 파악하고 있어야만 한다.

그러나. 주간이 아닌 야간에 주행중인 자전거의 손쉬운 식별을 위한 장치는 거의 없는 실정으로서, 바퀴살이나 프레임 등에 부착되어 빛을 받을 경우 반사에 의한 다소의 발광 현상을 일으키는 작은 야광반사체를 자전거에 부착하기도 하나 크게 효과가 있지는 않다.

즉, 상기의 야광반사체는 외부로부터 입사되는 빛에 의해서만 반사 작용을 일으키기 때문에 제3자에게 자전거를 식별시켜 주는 기능이 약하여 항상 안전사고에 노출되는 문제가 있다.

따라서, 근래에는 밧데리와 엘이디 등을 이용하여 강한 빛을 내는 발광장치를 자전거에 부착하기도 하나, 밧데리 수명에 제한이 있기 때문에 밧데리를 자주 교환해 주어야 하는 단점이 있다.

상기와 같이 밧데리를 사용하는데 따른 불편함을 해소하기 위한 수단으로는 자전거 바퀴의 회전을 이용한 발전기를 들 수 있는데, 실제, 소규모 짐을 싣는 용도로 많이 사용되었던 이전 자전거의 전면부와 포크에 헤드라이트와 소형 발전기가 각각 결합되기도 했었다.

상기의 소형 발전기는, 발전기 하우징 외부로 노출된 로터의 외측단부 외주 면을 자전거 바퀴의 측면에 밀착 접촉시킴으로써, 바퀴와 함께 회전하는 로터에 의해 전기를 발생시키는 것으로, 자전거의 야간 주행 시 효과적이기는 하나, 바퀴에 대한 로터 회전축 외측단부 외주면의 밀착력이 바퀴의 회전을 방해하게 되는바, 발전기를 가동하지 않는 경우에 비하여 페달을 돌리는데 많은 힘이 필요로 되는 단점이 있다.

즉, 발전기를 작동시키는 경우에는 주행 속도가 현저히 떨어지게 되면서 주행을 위하여 더욱 많은 힘이 들게 될 뿐만 아니라, 로터 회전축 외측단부 외주면과 밀착되는 바퀴의 외주면이 쉽게 닳는 단점도 있다.

따라서, 근래에는, 바퀴, 페달 등의 회전축과 회전축이 결합되는 하우징에 코일과 영구자석을 장착하여 유도전류를 얻는 구조가 개발되었으며, 이러한 구조의 경우, 상기의 소형 발전기와 달리, 자전거의 주행 속도를 떨어뜨리지 않을 뿐 아니라, 자전거의 주행에 힘이 더욱 소요되지도 않는 장점이 있다.

그러나, 자전거의 각종 회전축과 하우징은 그 특성상 크기가 작기 때문에 코일의 권회수와 영구자석의 크기에 제한이 있을 수 밖에 없으며, 그 결과, 얻어지는 유도전류의 크기 역시 만족할만한 수준이 되기 어려울 뿐만 아니라, 크기가 작은 회전축과 하우징에 코일과 영구자석을 장착하기가 어려우면서도 복잡하여 제조비용을 상승시키게 되는 문제도 있다.

본 발명은, 자전거의 야간 주행 시 안전사고를 방지하기 위하여 주행 중인 자전거를 제3자에게 확실하게 인식시킬 수 없는 종래 자전거의 제반 문제점들을 해 결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 접촉식 발전기에 비하여 자전거의 주행에 필요로 되는 힘을 거의 증가시키지 않으면서 충분한 전기를 생산하는 동시에, 외부로 노출되기 때문에 그 구조가 비교적 간단하여 제조비용을 절감할 수 있는 비접촉식 자전거용 발전기를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 자전거 전·후륜이 장착되는 11자형 포크와 좌·우로 분기된 프레임 후방부에 각각 설치되는 다수의 코일 및 바퀴살이 위치한 전·후륜의 내경부에 설치되는 다수의 영구자석에 의하여 달성된다.

이때, 상기 코일은 포크와 프레임 후방부 모두 또는 어느 일측에만 결합될 수도 있으며, 이에 대응하는 영구자석 역시 전·후륜 내경부 모두 또는 어느 일측에만 장착될 수도 있는 바, 편의상, 이하에서는 코일과 영구자석이 포크와 전륜 내경부에만 결합되는 것으로 한정하여 설명하기로 한다.

본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는, 전륜 내경부에 결합되는 다수의 영구자석과; 서로 대향하는 11자형 포크의 각 대향면에 결합되는 한 쌍의 브라켓트와; 각 브라켓트의 대향면에 배열 결합되는 다수의 코일로 구성되는 바, 각각을 살펴보면 다음과 같다.

영구자석은, 바퀴살 등을 이용하여 전륜 내경부에 결합된 상태에서 전륜의 회전과 함께 서로 대향하는 두 브라켓에 각각 결합된 코일들 사이를 순차적으로 반복 통과함으로써, 좌·우 양 측 코일들에 유도전류를 발생시키는 역할을 하게 되는바, 다수의 영구자석은 가상의 원으로 연결될 수 있으며, 이 가상원은 전륜의 림과 동심원을 이룬다.

즉, 전륜의 내경부에 설치되는 다수의 영구자석은 전륜의 림과 동심원을 이루는 가상원의 원주를 따라 일정한 간격으로 배열됨으로써, 전륜의 중심부에서부터 일정한 거리에 위치하게 된다.

브라켓트는, 다수의 코일을 고정 설치하기 위하여 포크의 대향면에 각각 결합되는 부재로서 장착되는 코일의 수에 따라 그 길이가 변화될 수 있는 바, 영구자석이 결합되는 가상원의 좌·우 양측에서 가상원과 대칭되는 환(또는 링)의 형상을 할 수도 있고, 중심각이 360°보다 작은 가상원의 원호에 대응하는 부분환의 형태일 수도 있다.

이때, 상기 포크는, 서로 대향하도록 분기되어 11자형을 이루도록 대향하는 상태로 하향 연장되며 각 하단부가 전륜 회전축의 양 단부에 각각 결합되는 두 포크부재로 구성되는바, 브라켓트는 두 포크부재의 각 대향면에 결합됨으로써, 자전거의 길이 방향(또는 전·후 방향)에 수직한 단면 상에서, 두 브라켓트는 전륜의 좌·우 양 측에 위치하는 상태가 된다.

코일은, 각 코일에 접근했다 멀어지는 영구자석의 회전 운동에 의해 발생되는 유도전류가 흐르는 도선으로서, 각 브라켓트의 대향면에 일정한 간격으로 결합되는 다수 코일의 중심부를 잇는 원호는, 측면도 상에서, 영구자석 중심부의 회전 궤적과 일치하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는, 서로 대향하는 한 쌍의 브라켓에 각각 다수씩 결합되는 코일 사이로, 바퀴의 회전과 함께 전륜 내경부에 설치된 다수의 영구자석이 지속적으로 반복 통과하면서 유도전류를 발생시키게 된다.

본 발명의 목적과 자세한 기술적 특성 및 작용 효과는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 일실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거의 측면도를, 도 2에 본 발명 일실시예 비접촉식 자전거용 발전기가 결합된 자전거의 전륜부에 대한 부분 정면도를 도시하였다.

도시된 바와 같이 본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는,

자전거 전륜(10) 중심부로부터 일정한 거리에 위치하도록 전륜(10)의 내경부에 결합되는 다수의 영구자석(11)과;

11자형의 포크를 이루도록 서로 대향하는 두 포크부재(F)의 각 대향면에 결합되며, 상기 영구자석(11)들의 각 중심부를 잇는 가상원의 적어도 일부와 좌·우 방향으로 일치하는 가상궤적이 포함되는 대향면을 가진 한 쌍의 브라켓트(12)와;

상기 두 브라켓트(12)의 각 대향면에 포함되는 가상궤적을 따라 배열 결합되며 전기적으로 연결되는 다수의 코일(13) 등으로 구성된다.

여기서, 좌·우 방향은 자전거를 탄 사람을 기준으로 한다.

그리고, 유도전류가 가능한 일정하게 생성될 수 있도록 영구자석(11)과 코일(13)을 각각 일정한 간격으로 배열하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 다수의 영구자석(11)은 다양한 방법을 통하여 전륜(10)의 내경부 에 결합될 수 있는데, 예를 들어, 전륜(10)보다 작은 직경을 갖는 링부재(14)에 다수의 영구자석(11)을 일정 간격으로 결합한 후 이 링부재(14)를 전륜(10)의 좌·우 바퀴살(S) 사이에 결합하는 방법으로 영구자석을 전륜 내경부에 위치하도록 설치할 수가 있다.

상기와 같은 경우, 링부재(14)의 일측부가 분리 가능하게 연결된 경우에는 전륜이 조립된 상태에서 링부재(14)를 결합할 수 있으나, 링부재(14)의 일측부가 분리 가능하게 연결되지 않은 경우에는 전륜(10)의 조립 시 링부재(14)가 함께 조립되어야 한다.

그리고, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 상기 링부재(14)를 영구자석(11)에 관통 결합시킬 수도 있으나, 링부재(14)의 폭을 영구자석(11)의 직경보다 크게 한 후 영구자석(11)을 링부재(14)에 관통 결합시킬 수도 있다.

또한, 상기와 같이 링부재(14)를 사용하지 않고 바퀴살(S)에 직접 결합할 수도 있는 등 그 외의 다양한 방법으로 영구자석(11)을 전륜(10)의 내경부에 설치할 수가 있는바, 영구자석(11)을 전륜의 내경부에 고정 설치만 할 수 있으면 그 방법이나 구조에는 관계가 없다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는, 필요에 따라, 영구자석(11)과 코일(13)의 수를 변화시킴으로써 유도전류의 크기를 손쉽게 조절할 수 있는 바, 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 브라켓트(12)를 완전한 링의 형상으로 제작함으로써 그 대향면에 배열 결합되는 코일의 수를 최대화할 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 자전거 프레임(30)의 후방부에 결합되는 후 륜(20)의 내경부에도 다수의 영구자석(11)을 결합하는 동시에, 후륜(20)을 장착할 수 있도록 양 측으로 분기된 프레임(30) 후방부의 두 대향면에 한 쌍의 브라켓트(12)를 결합한 후 브라켓트(12)의 대향면에 다수의 코일을 결합함으로써, 영구자석과 코일의 수를 더욱 증가시킬 수도 있으며, 필요에 따라, 코일, 브라켓트 및 영구자석을 후륜부측에만 결합할 수도 있다.

그리고, 후륜(20)과 프레임(30) 후방부에 영구자석, 브라켓트 및 코일을 결합하는 방법은 전륜(10) 및 포크부재(F)의 경우와 동일하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 발전기는, 영구자석의 배열 방법에 따라 각 코일에 유도되는 전류의 방향이 달라지게 되는데, 모든 영구자석의 자극을 동일한 방향으로 하거나 교대로 변화하도록 배열하여야만 한다.

이때, 코일(13)들의 연결 방법은 서로 다르게 되는바, 일측 코일(13)들을 향한 모든 영구자석(11)들의 방향이 동일한 경우와 교대로 변화되는 경우, 바퀴의 회전 시 임의의 순간 각 코일(13)에 유도되는 전류의 방향(D)과 코일(13)들의 연결 상태에 대한 일예를 도 5에 도시하였는바, 상기 두 경우의 코일 연결 방법은 서로 다르게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 비접촉식 자전거용 발전기는 코일과 영구자석이 외부로 노출되는 형태로 결합되기 때문에 종래의 발전기에 비하여 제작이 쉬워 제조비용 절감이 가능하며, 코일과 자석의 수를 자유롭게 가감할 수 있기 때문에 자전거의 야간 주행 시 필요로 되는 전기를 충분히 생산할 있을 뿐만 아니 라, 발전기의 정비와 보수가 간편한 장점이 있다.

Claims (4)

1. 자전거에 결합되며 코일과 영구자석을 포함하여 구성되는 자전거용 발전기에 있어서,

   자전거 전륜(10) 중심부로부터 일정한 거리에 위치하도록 전륜(10)의 내경부에 설치되는 다수의 영구자석(11)과;

   서로 대향하는 두 포크부재(F)의 각 대향면에 결합되며, 상기 영구자석(11)들의 각 중심부를 잇는 가상원 전체 또는 일부와 좌·우 방향으로 일치하는 가상궤적이 포함되는 대향면을 가진 한 쌍의 브라켓트(12)와;

   상기 각 브라켓트(12) 대향면의 가상궤적을 따라 배열 결합되며 전기적으로 연결되는 다수의 코일(13)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 자전거용 발전기.
2. 자전거에 결합되며 코일과 영구자석을 포함하여 구성되는 자전거용 발전기에 있어서,

   자전거 후륜(20) 중심부로부터 일정한 거리에 위치하도록 후륜(20)의 내경부에 설치되는 다수의 영구자석(11)과;

   서로 대향하도록 분기된 프레임(30) 후방부의 각 대향면에 결합되며, 상기 영구자석(11)들의 각 중심부를 잇는 가상원 전체 또는 일부와 좌·우 방향으로 일치하는 가상궤적이 포함되는 대향면을 가진 한 쌍의 브라켓트(12)와;

   상기 각 브라켓트(12) 대향면의 가상궤적을 따라 배열 결합되며 전기적으로 연결되는 다수의 코일(13)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 자전거용 발전기.
3. 자전거에 결합되며 코일과 영구자석을 포함하여 구성되는 자전거용 발전기에 있어서,

   자전거 전·후륜(10)(20) 중심부로부터 일정한 거리에 위치하도록 전·후륜(10)(20)의 각 내경부에 설치되는 다수의 영구자석(11)과;

   서로 대향하는 두 포크부재(F)의 각 대향면 및 서로 대향하도록 분기된 프레임(30) 후방부의 각 대향면에 결합되며, 상기 영구자석(11)들의 각 중심부를 잇는 가상원 전체 또는 일부와 좌·우 방향으로 일치하는 가상궤적이 포함되는 대향면을 가진 각각 한 쌍씩의 브라켓트(12)와;

   상기 각 브라켓트(12)의 대향면에 포함되는 가상궤적을 따라 배열 결합되며 전기적으로 연결되는 다수의 코일(13)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 자전거용 발전기.
4. 제 1항 내지 3항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 영구자석(11)은 서로 동일한 자극 방향을 갖도록 배열되거나, 교대로 자극 방향이 바뀌도록 배열된 것을 특징으로 하는 비접촉식 자전거용 발전기.

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