KR20090121139A - 진동 에너지 재생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동 에너지 재생장치를 제공한다. 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치는 외부의 진동 에너지를 흡수하는 탄성부재, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 가진되는 질량체, 일단에 상기 질량체가 연결된 커넥팅 로드, 상기 커넥팅 로드의 타단에 연결되며 상기 질량체의 선형 운동을 전달하는 상기 커넥팅 로드에 의해 회전 운동하는 회전자 및 상기 회전자를 둘러싸며 상기 회전자와의 상호 작용에 의해 회전자계를 생성하는 고정자를 포함하여, 자계누설이 없는 회전자계를 생성할 수 있다.
탄성부재, 슬라이더, 회전자, 고정자

Description

진동 에너지 재생장치{DEVICE FOR HARVESTING VIBRATION ENERGY}
본 발명은 진동 에너지 재생장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 외부의 선형 가진으로부터 회전 운동을 얻을 수 있는 진동 에너지 재생장치를 제공한다.
일반적으로 현재 많이 사용되고 있는 일회용 화학전지는 한번 소모되면 교체해 주어야 하며, 충전용 화학전지는 재충전을 하여야 한다. 따라서 교체하거나 재충전이 필요 없는 반영구적인 전원의 개발은 많은 연구자들의 연구 대상으로 주목을 받아 왔다. 그 중에 진동에너지 재생 연구(Vibration-energy harvesting research)는 진동이 존재하는 환경 하에서 진동에너지원으로부터, 에너지 변환 장치를 통해 전기에너지로 재생하여 활용하려는 연구이다. 진동에너지 재생을 통해 얻어지는 전기에너지는 소용량이지만, 진동이 존재하는 한 계속적으로 에너지를 공급 받을 수 있고, 최근 저전력 집적회로(IC)의 개발로 활용 가능성이 점차 커지고 있으며 환경 친화적인 에너지원으로 주목을 받고 있다. 특히 한번 설치하면 유지 보수가 필요 없으며, 별도의 외부 전원과 연결할 필요가 없어 배선이 필요 없는 등의 장점으로 이미 유비쿼터스 센서(ubiquitous sensor)를 구동하는 동력원으로 상용화가 이미 이루어지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 진동 에너지 재생장치(1)는 진동을 일으키는 대상체(10)에 설치되어 대상체의 가진(加振)을 전달받는 스프링(20), 스프링(20)의 일단에 연결되어 선형 가진하는 마그네트(30), 마그네트(30)를 감싸도록 권선된 코일(40) 및 코일(40)에 연결된 브릿지형 정류회로(50)를 포함한다.
이와 같은 종래의 진동 에너지 재생장치(1)는 외부의 가진에 의해 질량체 역할을 하는 마그네트(30)가 선형으로 가진된다. 이 때, 마그네트(30)에서 발생하는 자계(F)에 의해 코일(40)에 전류 내지 전압이 인가되어 전기를 생성하게 된다. 이러한 종래의 진동 에너지 재생장치(1)는 선형 마이크로 발전기라고 할 수 있다.
그러나, 기존의 진동 에너지 재생장치에서는 마그네트(30)의 선형 왕복 운동에 의해 발생되는 자계가 공기 중으로 누설되는 문제가 있었다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 마그네트(30)의 선형 운동 방향에 위치하는 코일(40)의 개부된 부분을 통해서 자계누설(LF)이 발생한다. 따라서, 누설되는 자계는 코일(40)에 전류 내지 전압을 인가하는데 기여하지 못하였다.
또한, 종래의 진동 에너지 재생장치(1)에서 생성되는 전류 내지 전압은 교류이기 때문에 이를 직류로 정류해야 하는데, 직류 전원으로의 효과적인 정류를 하기 위한 다상(multi-phase)정류구조를 설계하기가 어려운 매우 비효율적인 구조였다. 기존의 진동 에너지 재생장치(1)에서는 기계적 공진 현상에 의해 재생장치 내의 마그네트(30)의 운동 변위가 증폭되더라도 기계적인 선형 왕복 운동 하에서는 에너지 변환이 발생하는 자기회로가 효과적으로 설계될 수가 없었다.
뿐만 아니라, 단상 정류 보다 다상 정류가 효율 측면에서 유리한데, 선형 가진에 의해 생성되는 전원은 다상 정류에 불리한 면이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전기 에너지 발전에 유리한 회전 자계를 생성하여 자기 누설을 줄일 수 있는 진동 에너지 재생장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 정류에 유리한 다상 구조를 적용할 수 있고 발전 효율을 대폭 향상 시킬 수 있는 진동 에너지 재생장치를 제공한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 외부의 진동 에너지를 흡수하는 탄성부재; 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 가진되는 질량체; 일단에 상기 질량체가 연결된 커넥팅 로드; 상기 커넥팅 로드의 타단에 연결되며, 상기 질량체의 선형 운동을 전달하는 상기 커넥팅 로드에 의해 회전 운동하는 회전자; 및 상기 회전자를 둘러싸며, 상기 회전자와의 상호 작용에 의해 회전자계를 생성하는 고정자;를 포함하는 진동 에너지 재생장치를 제공한다.
상기와 같이 구성함으로써, 누설되는 자계를 줄일 수 있고 이로 인해 발전 효율을 높일 수 있다.
여기서, 상기 회전자는 N극과 S극이 교대로 배치된 마그네트를 포함하고 상기 고정자는 코어 및 상기 코어에 권선된 코일을 포함하거나, 상기 고정자가 N극과 S극이 교대로 배치된 마그네트를 포함하고 상기 회전자는 코어 및 상기 코어에 권선된 코일을 포함할 수 있다. 즉, 자계를 생성하는 마그네트를 회전시키기나, 자 계와 교차하는 코일을 회전시킴으로써 회전자계를 생성할 수 있고, 이로 인해 전기 에너지 생성에 기여하지 않는 자계가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 코일은 적어도 2상 전원을 생성할 수 있도록 권선되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 코일에 연결되어, 상기 적어도 2상 전원을 정류하기 위한 정류 회로를 더 포함할 수 있다. 즉, 자계와의 상호 작용에 의해 코일에 적어도 2상 전원이 생성될 수 있도록 적합한 위상차를 갖도록 코일을 권선하는 것이 바람직하다. 이로 인해 2상 이상의 다상 정류회로를 용이하게 설계할 수 있기 때문에, 다상 전원을 생성하도록 함으로써 교류 전원이 만들어지더라도 효과적으로 직류 전원으로 정류할 수 있다.
한편, 상기 질량체는 정현파적인 운동 주기를 가지는 것이 바람직하다. 진동 에너지로부터 영구적인 전기 에너지를 얻기 위해서는 기계적 공진이 일어나도록 설계되어야 하는데, 이와 같이 공진이 발생하기 위해서는 질량체가 일정한 주기를 가지며 움직여야 하고 정현파와 같이 주기적으로 움직이는 것이 좋다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 진동 에너지로부터 전기 에너지를 얻는 진동 에너지 재생장치에 있어서, 외부의 선형 가진을 회전 운동으로 변환할 수 있는 슬라이더 및 크랭크를 포함하며, 회전자계를 생성하여 진동 에너지를 전기 에너지로 재생하는 진동 에너지 재생장치를 제공할 수도 있다. 이와 같이 구성함으로써, 선형 운동을 효과적으로 회전 운동으로 변환할 수 있고, 자속 누설이 발생하지 않는 회전 자계를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 슬라이더와 상기 크랭크는 커넥팅 로드에 의해 연결되며, 상기 크랭크의 외주면에는 상기 크랭크와 함께 회전하는 마그네트가 부착되고, 상기 마그네트의 둘레에는 상기 마그네트와 일정한 간극을 두고 코일이 권선된 고정자가 구비될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 슬라이더와 상기 크랭크는 커넥팅 로드에 의해 연결되며, 상기 크랭크에는 코일이 권선되며, 상기 크랭크의 둘레에는 상기 크랭크와 일정한 간극을 두고 마그네트가 구비될 수도 있다.
여기서, 상기 재생장치는 기계적 공진이 가능하도록 설계되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전기 에너지의 생성에 기여하지 않는 누설 자계가 발생하는 것을 방지할 수 있고 이로 인해 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 직류 전원으로의 효과적인 정류를 하기 위한 다상 구조를 효율적으로 설계할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 진동 에너지로부터 계속적인 전기 동력원을 공급 받을 수 있기 때문에 건전지의 교체, 배선의 불편함 및 이에 따라 부수적으로 발생할 수 있는 위험한 작업 등을 회피할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 실시 예(embodiments) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치의 원리 즉, 선형 진동으로부터 회전자계를 얻기 위한 개념을 개괄적으로 보여주는 것이다. 따라서, 이러한 개념을 구현하기 위한 구체적인 실시예가 본 발명에서 한정하는 것은 아님을 밝혀 둔다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치(100)는 개인 휴대 단말기 또는 유비쿼터스 센서 등 진동이 발생하는 대상체(110)에 부착되어 외부의 진동 에너지를 흡수하는 탄성부재(120), 탄성부재(120)의 탄성력에 의해 가진(加振)되는 일종의 질량체인 슬라이더(130), 일단에 슬라이더(130)가 연결되는 커넥팅 로드(140), 커넥팅 로드(140)의 타단에 연결되며 슬라이더(130)의 선형 운동을 전달하는 커넥팅 로드(140)에 의해 회전 운동하는 회전자(150.160) 및 회전자(150,160)를 둘러싸며 회전자(150,160)와의 상호 작용에 의해 회전자계를 생성하는 고정자(170,180)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성함으로써, 전기 에너지 생성에 기여하지 못하고 공기 중으로 누설되는 자기가 발생하는 것을 줄일 수 있고 이로 인해 발전 효율을 높일 수 있다. 즉, 상기와 같이 구성함으로써, 진동 에너지 재생장치(100)는 일종의 회전 형 마이크로 발전기(Rotating type micro generator)의 기능을 가질 수 있다.
여기서, 대상체(110)는 진동 에너지 재생장치(100)가 사용되어 진동 에너지 재생장치(100)를 전기 동력원으로 사용하는 대상 제품 내지 물건을 의미할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100)는 발전소, 공장, 항공기, 철도, 자동차 등에 존재하는 진동으로부터 전기를 재생하여 기계구조물의 응력, 압력, 진동 등의 상태를 감시하는 유비쿼터스 센서의 동력원, 나아가서는 인간의 보행 혹은 주행 운동으로부터 전기를 재생하여 개인 휴대 단말기 같은 통신 장치 등의 동력원으로 활용될 수 있는데, 이 때, 상기 유비쿼터스 센서 또는 통신 장치 등이 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100)의 대상체(110)가 될 수 있다.
이러한 대상체(110)는 진동을 수반하는 작동 환경에 놓여지는데, 버려지는 진동 에너지를 재생하여 전기적 에너지를 생산할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100)가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100)의 탄성부재(120)는 대상체(110)의 진동 에너지를 흡수하고, 일종의 질량체인 슬라이더(130)를 가진하게 된다. 여기서, 탄성부재(120)는 코일 스프링 뿐만 아니라 일정한 탄성계수를 가지는 것이면 어떠한 형태라도 채용할 수 있다. 즉, 탄성부재(120)는 외팔보(cantilever), 판스프링 뿐만 아니라 등가 스프링일 수도 있다.
탄성부재(120)에 의해 질량체 내지 슬라이더(130)는 대략적으로 선형 운동을 하게 되는데, 탄성부재(120)가 압축형 코일 스프링인 경우에는 슬라이더(130)의 안정적인 선형 운동을 위해 슬라이더(130)를 선형으로 안내하기 위한 별도의 가이드 부재(미도시)를 더 구비할 수 도 있다. 이 경우에는 슬라이더(130)와 가이드부재 간의 마찰에 의해 슬라이더(130)의 움직임이 둔화되는 것을 방지하기 위해 적절히 윤활하는 것이 바람직하다.
한편, 탄성부재(120)가 판 스프링, 보다 자세하게는 일정한 슬롯을 구비한 원판형 스프링인 경우에는 슬라이더(130)를 보다 안정적으로 지지할 수 있기 때문에 슬라이더(130)의 선형 운동을 안내하기 위해 별도의 가이드부재를 구비하지 않을 수도 있다.
질량체 내지 슬라이더(130)에는 커넥팅 로드(140)가 연결된다. 커넥팅 로드(140)는 슬라이더(130)의 직선 운동 내지 선형 진동을 회전자(150,160)에 전달하는 역할을 한다.
즉, 커넥팅 로드(140)의 타단에는 탄성부재(120) 또는 슬라이더(130)의 선형 가진에 의해 회전 운동하는 회전자(150,160)가 연결되며, 회전자(150,160)는 고정자(170,180)의 내부에 수용되는 형태로 제공된다.
회전자(150,160)는 커넥팅 로드(140)의 타단에 연결되어 회전중심 등의 기능을 하는 베어링(151)을 기준으로 회전 운동하는 크랭크(150) 및 크랭크(150)의 외주면에 부착되어 크랭크(150)와 함께 회전하는 마그네트(160)를 포함할 수 있다.
크랭크(150)가 베어링(151)을 기준으로 회전하기 위해서는, 커넥팅 로드(140)의 타단이 연결된 커넥팅 로드 연결부(152)는 베어링(151)의 회전 중심에서부터 소정 거리 이격되어 편심되는 것이 바람직하다.
한편, 별도의 크랭크(150)를 구비하지 않고 마그네트(160)에 커넥팅 로 드(140)를 직접 연결할 수도 있다.
진동 에너지 재생장치(100)의 효율을 높이기 위해서는 자기 누설을 줄여야 하는데, 이를 위해서 커넥팅 로드(140) 및 크랭크(150)는 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다.
만약, 자성체인 크랭크(150)에 마그네트(160)를 부착하는 경우에는 크랭크(150)와 마그네트(160) 사이에 비자성체인 절연패드(미도시)를 더 부착할 수 있다.
여기서, 마그네트(160)는 N극과 S극이 교대로 배치되는데, N극 및 S극의 개수는 생성하고자 하는 상(phase)의 수에 따라 결정할 수 있다. 즉, 마그네트의 극수와 코일의 권선 방식에 의해서 2상 이상의 다상 구현이 가능하다.
도 2에 도시된 마그네트(160)는 N극 및 S극이 각각 2개인 경우로서, 코일과의 상대적인 관계에 의해 3상 전원을 생성하는 것을 예시하고 있다.
이와 같이, N극 및 S극이 교대로 배치되는 원통형의 마그네트(160)를 제조하기 위해서는 N극과 S극을 교대로 배치하여 접착하는 것을 고려할 수 있지만, 제작의 편의를 위해서는 소결에 의해 성형하는 것이 보다 유리할 수 있다.
한편, 고정자(170,180)는 대략 원통형의 코어(170) 및 코어(170)에 권선되는 코일(180)을 포함하여 구성된다.
우선 코어(170)는 코일(180)이 직접 권선되는 부분인 티스(171) 및 원주 방향을 따라 티스(171) 사이에 형성된 슬롯(172)을 포함하며, 티스의 양 끝단은 티스(171)로부터 돌출 연장 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 코어(170)에는 6개의 티스(171) 또는 슬롯(172)이 형성되어 있으며, 이는 상기한 바와 같이 3상 전원을 생성하기 위한 것이다. 자계와의 상호 작용에 의해 코일(180)에 3상 전원이 생성될 수 있도록 120도의 위상차를 갖도록 코일(180)을 권선하는 것이 바람직하다. 도 2에는 3상 전원을 생성할 수 있도록 코일(180)이 권선되어 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 2상 이상의 다상을 구현할 수도 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
마그네트(160)와 코어(170)의 티스(171) 사이에는 에어갭(air-gap)이 형성되는데, 에어갭의 폭은 자기 누설이 발생하지 않도록 적절히 선택할 수 있다.
이와 같은 회전자(150,160) 및 고정자(170,180)를 구비함으로써 전기 에너지 생성에 기여하지 않는 자계가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 질량체 내지 슬라이더(130)는 일정한 주기를 가지며 선형 운동하는 것이 바람직하다. 진동 에너지로부터 영구적인 전기 에너지를 얻기 위해서는 기계적 공진(mechanical resonance)이 일어나도록 설계되어야 하는데, 이와 같은 공진이 발생하기 위해서는 질량체 내지 슬라이더(130)가 일정한 주기를 가지며 움직여야 하고, 바람직하게는 정현파(sinusoidal) 함수와 같이 주기적으로 움직이는 것이 좋다.
공진이 일어나도록 설계되면, 슬라이더(130)의 진폭이 더 커지기 때문에 대상체(110)의 작은 진동으로도 회전자(150,160)의 회전을 유지할 수 있다. 예를 들면, 회전자(150,160)가 크랭크(150)의 중심을 지나는 가상의 수평선(미도시) 아래에 있는 상태에서 대상체(110)의 진동이 없어지거나 작아진 경우에도 회전 자(150,160)는 상기 가상의 수평선을 넘어서 계속 회전할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치(200)는 개인 휴대 단말기 또는 유비쿼터스 센서 등 진동이 발생하는 대상체(210)에 부착되어 외부의 진동 에너지를 흡수하는 탄성부재(220), 탄성부재(220)의 탄성력에 의해 가진(加振)되는 일종의 질량체인 슬라이더(230), 일단에 슬라이더(230)가 연결되는 커넥팅 로드(240), 커넥팅 로드(240)의 타단에 연결되며 슬라이더(230)의 선형 운동을 전달하는 커넥팅 로드(240)에 의해 회전 운동하는 회전자(250,270,280) 및 회전자(250,270,280)를 둘러싸며 회전자(250,270,280)와의 상호 작용에 의해 회전자계를 생성하는 고정자(260)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 회전자 및 고정자를 제외하면, 도 3에 도시된 진동 에너지 재생장치(200)의 구성은 도 2에 도시된 진동 에너지 재생장치(100)의 구성과 동일하다.
도 2에 도시된 진동 에너지 재생장치(100)와 달리 도 3에 도시된 진동 에너지 재생장치(200)는 마그네트(260)가 회전하는 것이 아니라 코어(270) 및 코일(280)이 크랭크(250)와 함께 회전한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(240)에 연결된 크랭크(250)의 외주면에 코일(280)이 권선된 코어(270)가 부착된다. 여기서, 코어(270) 및 마그네트(260)의 구조는 도 2에 도시된 코어(170) 및 마그네트(160)의 구조와 동일하다. 즉, 마그네트(260)는 N극 및 S극이 교대로 배치되며, 코어(270)는 티스, 슬롯 및 티스 끝단을 포함할 수 있다. 이 경우에도, 커넥팅 로드(240) 및 크랭크(250)는 비자성체인 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시된 진동 에너지 재생장치(100,200)에서와 같이, 외부의 선형 가진을 회전 운동으로 변환할 수 있는 슬라이더(130,230) 및 크랭크(150,250)를 포함하여 구성함으로써 회전자계를 생성할 수 있다. 즉, 마그네트(160,260) 또는 코일(180,280) 중 어느 하나를 회전 운동시킴으로써, 회전자계를 생성할 수 있고 이러한 회전자계는 공기 중으로 누설되지 않기 때문에 발전 효율이 높아진다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100,200)는 기계적 공진이 가능하도록 설계되는 것이 바람직하다. 공진 설계를 함으로써 진동이 지속적으로 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 회전자의 회전을 일정하게 할 수 있다.
만약, 공진 설계를 하지 않은 경우에는 회전자가 일정한 방향으로 완전히 회전하지 못하고 스윙 운동을 할 수 있는데, 이 경우에도 코일에 의해 전기적 에너지를 생성할 수는 있지만, 그 효율이 저하될 가능성이 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서라도 공진 설계가 필요한 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치(100,200)에 의해 전기적 에너지가 생성되는 원리에 대해서 간단히 살펴본다. 재생장치(100,200)의 원리는 패러데이의 법칙 또는 렌츠의 법칙에 의한다.
도 2를 참조하면, 슬라이더(130)의 선형방향(LD) 운동을 전달받은 마그네 트(160)는 시계방향(RD)으로 회전 운동한다. 설명의 편의를 위해, "a" 지점에 위치하는 티스(171)에 권선된 코일(180)에 인가되는 전류의 변화를 살펴 본다.
도 2를 보면, 티스(171)에 권선된 코일(180)에는 마그네트(160)의 S극이 들어온 상태인데, S극이 코일(180)을 벗어나려고 하는 경우에 코일(180)에는 S극이 코일(180)을 못 벗어나게 하는 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이 때의 전류는 도 2의 코일(180)에 표시된 전류의 방향과 반대로 흐르게 된다.
다음으로 N극이 코일(180)을 벗어나려고 하는 경우에 코일(180)에는 N극이 코일(180)을 못 벗어나게 하는 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이 때 전류는 도 2의 코일(180)에 표시된 전류의 방향과 동일한 방향으로 흐르게 된다.
이와 같이, N극과 S극이 교대로 코일(180)을 통과함에 따라 각각의 코일(180)에는 교류 전원이 생성되며, 도 2의 경우에는 3상 교류 전원이 생성된다.
유비쿼터스 센서 등 대부분의 대상체(110,210)에는 직류 전원이 공급되기 때문에 진동 에너지 재생장치는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하기 위한 정류회로를 포함하는 것이 바람직하다.
도 4는 도 2에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서 정류회로를 포함한 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 2에 따른 진동 에너지 재생장치에 의해 생성된 전압과 도 4에 따라 정류된 전압을 도시한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 정류 회로(190)는 고정자(170,180)에 권선된 코일(180)과 연결되어 있다. 정류 회로(190)는 직류 전원으로의 효과적인 정류를 하기 위한 다상(multi-phase) 구조임을 알 수 있다.
도 2에 따른 진동 에너지 재생장치(100)에서 발생된 전압은 도 5의 좌측 그래프에서와 같이 양값과 음값을 모두 가지는 교류인 반면, 도 4에 따른 정류 회로(190)를 거진 전압은 도 5의 우측 그래프에서와 같이 양값만 가지는 직류임을 알 수 있다.
한편, 도 5의 그래프의 세로축에는 전압이 표시되어 있으나, 경우에 따라서는 도 5의 좌측 그래프는 진동 에너지 재생장치(100)에 의해 생성된 이상 교류를 나타내고 도 5의 우측 그래프는 이 이상 교류를 전파 정류한 결과를 나타내는 것으로 볼 수도 있다.
이상 설명한 진동 에너지 재생장치(100,200)에 있어서 생성되는 교류 전류 내지 전압의 양을 많게 하려면 질량체 내지 슬라이더(130,230)가 빨리 가진되게 하여 회전자와 고정자 사이에서 일어나는 자기장의 변화가 많아지도록 해야 한다.
지금까지 설명한 진동 에너지 재생장치는 마이크로 발전기의 관점에서 설명하였으나, 이는 다양한 관점에서 파악될 수 있는 본 발명의 기술 사상 또는 본 발명에 대한 최소한의 기술로서 이해되어야 하고, 본 발명을 제한하는 경계로서 이해되어서는 아니 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
본 발명에 따른 진동 에너지 재생장치는 발전소, 공장, 항공기, 철도, 자동 차등의 진동이 존재하면서 직류 혹은 교류 전원이 필요한 분야에 이용될 수 있다. 즉, 발전소, 공장, 항공기, 철도, 자동차등에 존재하는 진동으로부터 전기를 재생하여 기계구조물의 응력, 압력, 진동 등의 상태를 감시하는 유비쿼터스 센서 네트워크(ubiquitous sensor network)에 적용되는 유비쿼터스 센서의 동력원 나아가서는 인간의 보행 혹은 주행 운동으로부터 전기를 재생하여 개인용 휴대 단말기(PDA; Personal Digital Assistant)와 핸드폰과 같은 모바일 컴퓨팅(mobile computing)과 통신 장치(communication device)의 동력원으로 활용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 2에 따른 진동 에너지 재생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서 정류회로를 포함한 상태를 나타낸 도면,
도 5는 도 2에 따른 진동 에너지 재생장치에 의해 생성된 전압과 도 4에 따라 정류된 전압을 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200：진동 에너지 재생장치 120,220: 탄성부재
130,230: 슬라이더 140,240：커넥팅 로드
150,250: 크랭크 160,260: 마그네트
170,270: 코어 180,280: 코일
190: 정류회로

Claims (10)

  1. 외부의 진동 에너지를 흡수하는 탄성부재;
    상기 탄성부재의 탄성력에 의해 가진되는 질량체;
    일단에 상기 질량체가 연결된 커넥팅 로드;
    상기 커넥팅 로드의 타단에 연결되며, 상기 질량체의 선형 운동을 전달하는 상기 커넥팅 로드에 의해 회전 운동하는 회전자; 및
    상기 회전자를 둘러싸며, 상기 회전자와의 상호 작용에 의해 회전자계를 생성하는 고정자;
    를 포함하는 진동 에너지 재생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 N극과 S극이 교대로 배치된 마그네트를 포함하고, 상기 고정자는 코어 및 상기 코어에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 N극과 S극이 교대로 배치된 마그네트를 포함하고, 상기 회전자는 코어 및 상기 코어에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 코일은 적어도 2상 전원을 생성할 수 있도록 권선된 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일에 연결되어, 상기 적어도 2상 전원을 정류하기 위한 정류 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 질량체는 정현파적인 운동 주기를 가지는 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  7. 진동 에너지로부터 전기 에너지를 얻는 진동 에너지 재생장치에 있어서,
    외부의 선형 가진을 회전 운동으로 변환할 수 있는 슬라이더 및 크랭크를 포함하며, 회전자계를 생성하여 진동 에너지를 전기 에너지로 재생하는 진동 에너지 재생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬라이더와 상기 크랭크는 커넥팅 로드에 의해 연결되며, 상기 크랭크 의 외주면에는 상기 크랭크와 함께 회전하는 마그네트가 부착되고, 상기 마그네트의 둘레에는 상기 마그네트와 일정한 간극을 두고 코일이 권선된 고정자가 구비된 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슬라이더와 상기 크랭크는 커넥팅 로드에 의해 연결되며, 상기 크랭크에는 코일이 권선되며, 상기 크랭크의 둘레에는 상기 크랭크와 일정한 간극을 두고 마그네트가 구비된 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
  10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 재생장치는 기계적 공진이 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 진동 에너지 재생장치.
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