KR20110002961A

KR20110002961A - 휴대용 자가발전 교류 전원공급장치

Info

Publication number: KR20110002961A
Application number: KR1020090060511A
Authority: KR
Inventors: 김호길
Original assignee: 김호길
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-11

Abstract

본 발명은 휴대하면서 편리하게 이용할 수 있도록 자가발전에 의하여 생성되는 교류 전원을 각종 전자기기들에 제공할 수 있는 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에 관한 것이다. 이 장치는 화학에너지가 전기에너지로 변환하여 방전하고 전기에너지를 공급받아 이를 화학에너지로 변화시켜 이를 충전하는 축전지와, 축전지의 (+), (-)측 단자에 전기적으로 접속하여 축전지의 직류전압을 교류전압으로 변환해 주는 인버터와, 인버터로부터 공급받은 직류전압을 소정의 교류전압으로 승압하는 승압기와, 축전지의 직류전압에 의하여 회전 작동하는 직류 전동기와, 벨트를 통하여 직류 전동기의 회전에 따라 직류 전압을 생성하고 이를 축전지에 제공하는 직류 발전기를 포함한다.

본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에 의하면, 필요한 전기에너지를 즉각적으로 얻을 수 있고 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

휴대용 전원공급, 휴대용 자가발전, 자가발전 전원공급

Description

휴대용 자가발전 교류 전원공급장치{ALTERNATING CURRENT POWER SOURCE SUPPLY APPARATUS TO BE OPERATED BY A SELF-ELECTRIC GENERATION SYSTEM}

본 발명은 교류 전원공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대하면서 편리하게 이용할 수 있도록 자가 발전에 의하여 생성되는 교류 전원을 각종 전자기기들에 제공할 수 있는 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에 관한 것이다.

사회가 현대화, 고도화 되면서 다양한 전자기기가 개발되고 그 사용인구 또한 날로 확대되고 있어 사용 인구는 폭발적으로 증가되고 있다. 그리고 레저문화의 발달로 야외에서 보내는 시간이 증가되면서 다양한 휴대용 전자기기의 사용 또한 증가하고 있는 추세에 있다.

직류(direct current: DC)란 일정한 전압을 유지하면서 항상 일정한 방향, 즉 양극에서 음극으로 흐르는 전류로서 (+)극과 (-)극이 유지된다. 이에 반해 교류(alternating current: AC)는 흐름의 방향이 시간에 따라 주기적으로 변하는 전류로서 (+)극과 (-)극이 주기적으로 변한다. 전기를 생산할 때는 정류자를 이용한 방법을 사용하기에 교류를 생산한다. 생산된 교류는 승압 및 감압에 유리하여 전송 손실을 줄일 수 있고 아크 방전을 방지할 수 있기 때문에 전송에 주로 이용된다.

그러나, 직류는 효율 면에서 교류보다 우수하기에 실제 전자기기를 사용할 때는 직류를 사용하는 경우가 많다. 따라서 일반 가정에서는 교류의 형태로 전기를 공급받은 후에 전자기기에 인가하면 전자기기 내부에서 이를 직류로 변환하여 사용하게 된다. 즉, 전자기기 내부의 변압기에서 인가받은 교류를 적정 전압으로 다운시킨 후에 다이오드 및 콘덴서 등을 거쳐 직류로 변환하여 이를 사용하는 것이다.

한편, 전자기기를 휴대하면서 이용할 경우에 일반적으로 배터리 또는 충전지를 사용하는데 배터리 또는 충전지란 충전과 방전이 반복되는 전지로 배터리, 또는 충전지, 또는 2차 전지라고도 한다. 방전이란 화학 에너지가 전기에너지로 변환되는 상태를 말하고, 충전이란 또 다른 전원으로부터 전기에너지를 공급받아 이를 화학에너지로 변화시켜 축적시키는 상태를 말한다. 즉, 배터리 또는 충전지란 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있어, 충전이라는 화학작용에 의해 직류 기전력을 생기게 한 후에 방전을 하면서 전원으로 사용할 수 있는 장치이다. 배터리 또는 충전지는 전자 부품의 발전과 제어 기술의 발달에 의해 다양한 기능의 형태가 생산되고 있다.

일반적으로 배터리 또는 충전지는 별도로 마련된 충전기를 이용하여 충전되고, 이를 소정의 전자기기에 연결하거나 전자기기에 마련된 격납 공간에 장착시켜 사용된다. 그러면 충전된 전력이 방전되면서 전자 기기를 사용할 수 있게 된다.

그러나 배터리 또는 충전지는 직류를 사용하는 전원이기에 보통 가정에서 전기를 공급하는 형태인 교류를 인가받아 기기 내부에서 직류로 변환하여 사용하도록 설계된 전자기기에는 직접 연결하기에 곤란한 점이 있다. 따라서 직류전원을 직접 사용 하는 일부 전자기기에 격납시켜 이용하는 경우를 제외하고는 인버터를 이용하여 교류로 변환하여 사용하여야 한다.

그러나 전원공급장치는 휴대용 전자기기의 전원 공급 시에 배터리나 혹은 충전기의 전기에너지 소비를 한 경우에 필요한 전기에너지를 즉각적으로 얻기 위하여서는 언제 어디서든 휴대용 전자기기를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 배터리나 혹은 충전기로 즉각 교체하여야 하였다.

그리하여 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로 축전지의 충전 전원을 전동기에 공급하여 전동기의 동력으로 발전기를 운전하고, 발전기의 발전에 따른 생성 전기를 다시 축전지에 충전하는 방식으로 전기에너지를 자가 공급할 수 있도록 하는 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치는 화학에너지가 전기에너지로 변환하여 방전하고 전기에너지를 공급받아 이를 화학에너지로 변화시켜 이를 충전하는 축전지와, 축전지의 (+), (-)측 단자에 전기적으로 접속하여 축전지의 직류전압을 교류전압으로 변환해 주는 인버터와, 인버터로부터 공급받은 직류전압을 소정의 교류전압으로 승압하는 승압기와, 축전지의 직류전압에 의하여 회전 작동하는 직류 전동기와, 벨트를 통하여 직류 전동기의 회전 에 따라 직류 전압을 생성하고 이를 축전지에 제공하는 직류 발전기를 포함한다.

본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에서 축전지와 직류 전동기 사이에 위치하여 시동키 박스는 축전지로부터 생성되는 직류 전압(12V)을 전달하여 주는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에서 축전지와 직류 발전기 사이에 위치하여 전기 차단장치는 직류 발전기로부터 생성된 직류 전압을 축전지로 제공하는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에 의하면, 배터리의 사용 시간에 구애받지 않고 휴대용 전자기기를 사용할 수 있도록 함과 더불어, 자가발전에 의하여 전기가 생산되므로 별도의 전압조정기를 구비하지 않아도 언제든지 휴대용 전자기기를 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에 의하면 전원 방전 시 배터리나 혹은 충전지의 교체나 충전기를 통한 충전 없이 전자기기에 필요한 전기에너지를 즉각적으로 얻을 수 있어서 언제 어디서든 전자기기를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리나 혹은 충전지를 교체하지 않아도 되므로 폐 배터리나 혹은 충전지로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치의 구성 및 그에 의하여 발휘되는 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치는 축전지(10)를 포함한다. 축전지(10)는 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치로서, 충전과 방전이 반복되는 전지로 2차 전지라고도 하고, 여기에서 방전이란 화학에너지가 전기에너지로 변환되는 상태를 말하며, 충전이란 전기에너지를 공급받아 이를 화학에너지로 변화시켜 이를 축적시키는 상태를 말한다. 즉, 축전지(10)는 통상 고분자 전해질 막을 중심으로 양쪽에 각각 양극(ANODE)과 음극(CATHODE)을 설치하고 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화를 발생하며, 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 발생한다. 축전지(10)는 전기에너지를 화학에너지로 저장하거나 혹은 화학에너지를 전기에너지로 출력할 수 있는 전지이기 때문에, 축전지(10)는 직류 전원을 받아서 이를 축적하고 직류 전원을 발생시키는 역할을 한다. 축전지(10)는 상기 전기화학적 산화반응과 환원반응에 의해 전자가 생성되고, 그 생성된 전자의 이동으로 인해 전기에너지를 발생하는 발전장치이다.

축전지(10)의 (+)측 단자는 인버터(20)의 (+)측 단자, 시동키 박스(40)의 (+)측 단자, 전기 차단기(70)의 일 측 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로 축전지(10)의 (-)측 단자도 인버터(20)의 (-)측 단자, 시동키 박스(40)의 (-)측 단자, 전기 차단기(70)의 일 측 단자에 전기적으로 접속되어 있다.

축전지(10)의 (+), (-)측 단자에 전기적으로 접속되는 인버터(20)는 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 역할을 하는 전력 변환 장치이다. 인버터(20)는 사이러트론, 수은 정류기 등이 주로 사용하였으나, 직류송전과 같은 대용량 고전압회로를 제외한 일반 인버터는 대부분 사이러스트론으로 바뀌어가는 추세에 있다. 인버터(20)의 동작방식을 분류하면, 자려식과 타려식이 있다. 자려식은 회로 자체의 진상장치에 의해 전류하고, 외부로부터 무효전력의 보상을 받지 않는 것이며, 회로방식에는 직렬형과 병렬형이 있다. 타려식은 외부로부터 무효전력의 보상을 받는다. 따라서, 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에서 이용되는 인버터(20)는 자려식이다.

인버터(20)에 의하여 직류전압으로부터 변환된 교류전압을 공급받기 위하여 인버터(20)의 출력단에는 승압기(30)가 전기적으로 접속되어 있다. 승압기(30)는 공급받은 직류전압을 소정의 교류전압으로 승압하는 역할을 한다. 본 발명의 휴대형 자가발전 교류 전원공급 장치에서 이용되는 승압기(30)는 220V까지 승압하여 1kW ~ 5kW 전기에너지를 출력할 수 있다.

또한 시동키 박스(40)는 직류 전동기(50)에 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전동기(50)는 직류 12V에서 작동된다. 여기에서 미 설명 부호인 80은 냉각장치이고 축전지(10)와 시동키 박스(40) 사이에 위치하게 된다.

따라서, 시동키 박스(40)는 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V를 전달하여 주는 매개 수단의 역할을 한다. 시동키 박스(40)는 세 개의 위치 접점들을 지니고 있다. 시동키 박스(40)의 세 개의 위치 접점들은 스타트(START) 위치 접점, 온(ON) 위치 접점 및, 오프(OFF) 위치 접점을 지니고 있다.

시동키 박스(40)에서 스타트(START) 위치 접점은 직류 전동기(50)의 시동을 걸어주는 위치 접점이고 온(ON) 위치 접점은 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V를 계속하여 공급하여 주는 위치 접점이며, 오프(OFF) 위치 접점은 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V의 공급을 차단하여 주는 위치 접점이다.

시동키 박스(40)에서 시동 키의 위치를 스타트(START) 위치 접점에 놓이게 하면 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V가 직류 전동기(50)에 공급되면서 직류 전동기(50)의 모터가 회전하기 시작한다. 이후에 시동키 박스(40)에서 시동 키의 위치는 자동으로 온(ON) 위치 접점에 놓이게 되어서 계속하여 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V를 직류 전동기(50)에 공급해 줌으로써, 직류 전동기(50)의 모터도 계속하여 회전하게 된다. 그리고 직류 전동기(50)의 모터의 내부 코일 부분의 주변은 방폭 처리되어서 그 위를 둘러싸고 있는 냉매 관(51)과 절연되어 있다. 또한 냉매 관(51)은 순환 모터(52)와 기계적으로 결합하여 있어서 냉각수를 순환시키고 있다. 이는 직류 전동기(50)의 모터가 계속하여 작동하고 있을 때에 모터의 내부 코일 부분으로부터 발생하는 열을 냉각하기 위함이다.

그리고 직류 전동기(50)의 모터의 회전력은 벨트(53)를 통하여 직류 발전기(60)에 전달되고 이에 따라 직류 발전기(60)는 기계적인 입력에너지를 전기적 출력에너지로 변환한다.

직류 발전기(60)는 고정측에 전자석 N, S를 설치하고(이것은 2극의 예이며, 실제에는 4·6·8극과 같은 다극이 많다) 그 안쪽으로 원통 모양의 철심 바깥 둘레에 설치한 슬롯(slot)에 코일을 넣어, 직류 전동기(50)의 모터의 회전력에 의하여 원통을 외력으로 회전시킨다. 이 회전 부분을 전기자(armature)라 한다. 전기자가 회전함에 의하여 코일에 발생하는 기전력은 교류 기전력이 된다. 직류 발전기(60)에서는 이 교류 기전력을 직류로 변환시키기 위해 전기자에 정류자(commutator)를 설치하고, 이것에 브러시를 접촉시켜 두면 브러시를 통해 기전력이 나와 직류 전압을 얻게 된다. 결과적으로 직류 발전기(60)는 직류 전동기(50)의 모터의 회전에 따라 직류 전압을 발생시킨다.

직류 발전기(60)는 전기 차단장치(70)를 통하여 축전지(10)의 (+), (-)측 단자에 전기적으로 접속된다. 전기 차단장치(70)는 한 쌍의 차단기들(71), (72)로 이루어졌다. 한 쌍의 차단기들(71), (72) 중에서 하나의 차단기(71)에서 그의 일 단은 직류 발전기(60)의 (+)단자에, 그리고 그의 타 단은 축전지(10)의 (+)측 단자에 전기적으로 접속된다.

또한 한 쌍의 차단기들(71), (72) 중에서 나머지의 차단기(72)에서 그의 일 단은 직류 발전기(60)의 (-)단자에, 그리고 그의 타 단은 축전지(10)의 (-)측 단자에 전 기적으로 접속된다.

전기 차단장치(70)는 직류 발전기(60)로부터 생성되는 직류 전압 중에서 부하 전류

및 이상 전압을 차단하기 위함이다.

결과적으로 축전지(10)는 전기 차단장치(70)를 통하여 직류 발전기(60)로부터 생성되는 직류 전압에 의하여 자기 방전을 보충함과 동시에, 상용부하에 대한 전원을 공급하는 역할을 하게 된다.

<도면 부호의 간단한 설명>

10 : 축전지 20 : 인버터

30 : 승압기 40 : 시동키 박스

50 : 직류 전동기 51 : 냉매관

52 : 순환 모터 53 : 벨트

60 : 직류 발전기 70 : 전기 차단장치

80 : 냉각장치

Claims

화학에너지가 전기에너지로 변환하여 방전하고 전기에너지를 공급받아 이를 화학에너지로 변화시켜 이를 충전하는 축전지(10)와,

축전지(10)의 (+), (-)측 단자에 전기적으로 접속하여 축전지(10)의 직류전압을 교류전압으로 변환해 주는 인버터(20)와,

인버터(20)로부터 공급받은 직류전압을 소정의 교류전압(220V)으로 승압하는 승압기(30)와,

축전지(10)의 직류전압에 의하여 회전 작동하는 직류 전동기(50)와,

벨트(53)를 통하여 직류 전동기(50)의 회전에 따라 직류 전압을 생성하고 이를 축전지(10)에 제공하는 직류 발전기(60)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 교류 전원공급장치.
제1항에 있어서,

축전지(10)와 직류 전동기(50) 사이에 위치하여 시동키 박스(40)는 축전지(10)로부터 생성되는 직류 전압 12V를 전달하여 주는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 교류 전원공급장치.
제1항에 있어서,

축전지(10)와 직류 발전기(60) 사이에 위치하여 전기 차단장치(70)는 직류 발전기(60)로부터 생성된 직류 전압을 축전지(10)로 제공하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 교류 전원공급장치.