KR20110092000A

KR20110092000A - 중력을 활용한 발전장치

Info

Publication number: KR20110092000A
Application number: KR1020100011404A
Authority: KR
Inventors: 김준
Original assignee: 김준
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-17

Abstract

본 발명은 구동부, 상기 구동부의 일측에 위치되는 장구형 회전체, 상기 장구형 회전체와 일체로 형성되는 벨트풀리, 상기 구동부의 모터축과 상기 벨트풀리를 연결하는 벨트, 상기 장구형 회전체의 내면에 원주를 따라 형성되는 기어형레일, 상기 장구형 회전체가 자유롭게 회전될 수 있도록 중심에 형성되는 중심축, 상기 중심축을 지지하며 장구형 회전체가 간섭없이 회전될 수 있도록 중심축을 지면에 고정시키는 지지틀, 상기 중심축에 삽입되고 지지틀에 고정되는 수평봉, 상기 기어형레일에 안착되는 발전기축, 상기 발전기축의 양단에 결합되는 발전기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치에 관한 것이다.

Description

중력을 활용한 발전장치{Generator make use of gravity}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체를 이용하여 중력과 원심력을 활용함으로써 발전효율을 높일 수 있는 중력과 원심력을 활용한 발전장치에 관한 것이다.

발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 일반적으로 전자기 유도 현상을 사용한다. 전기에너지의 역변환은 전동기로 수행되며 모터와 발전기는 많이 흡사하다. 역학적 에너지의 근원은 터빈엔진, 터빈 또는 수차를 통해 떨어지는 물, 내부 연소 엔진, 터빈, 태양에너지, 조력, 풍력, 압축공기 등이 있다.

화력발전이 가장 많이 사용되는 방법이지만, 대기오염 문제와 화석연료의 고갈이라는 문제가 있고, 원자력 발전의 경우 방사능 유출이라는 치명적인 문제를 일으킬 수 있어 관리가 매우 까다롭다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여 최근에는 친환경적인 자연에너지를 사용하는 소규모의 발전장치들이 개발되고 있다.

태양광과 같이 열에너지를 직접 이용한 발전은 전자기 유도 현상을 일으키기 위한 기계적 회전장치가 없어도 발전이 가능 하지만, 풍력이나 조력 인력, 동물력(소나 말 등) 등은 고정자와 회전자로 이루어지므로 회전체가 있어야 발전이 가능하다.

따라서 회전체를 에너지 손실을 최소화시키면서 회전시켜야 발전효율을 높일 수 있다.

상기와 같이 회전체의 에너지 손실을 최소화 시키기 위해서 지금까지는 회전체를 정밀하게 가공한다거나 경량 재료를 사용하는 등의 방법이 사용되고 있지만 에너지 손실을 감소시키는데 한계가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발전기의 회전체를 회전시킬 때 중력을 활용함으로써 발전효율을 높일 수 있도록 하고, 중력을 활용하기 위해서 발전기가 지면과 일정한 경사각을 유지해야 하는데, 이러한 경사각을 유지할 수 있도록 하면서 발전기의 무게를 조절할 수 있도록 하며, 발전기의 위치가 상승될 때 그 위치를 제한하면서 급격한 상승을 방지할 수 있는 중력을 활용한 발전장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 구동부, 상기 구동부의 일측에 위치되는 장구형 회전체, 상기 장구형 회전체와 일체로 형성되는 벨트풀리, 상기 구동부의 모터축과 상기 벨트풀리를 연결하는 벨트, 상기 장구형 회전체의 내면에 원주를 따라 형성되는 기어형레일, 상기 장구형 회전체가 자유롭게 회전될 수 있도록 중심에 형성되는 중심축, 상기 중심축을 지지하며 장구형 회전체가 간섭없이 회전될 수 있도록 중심축을 지면에 고정시키는 지지틀, 상기 중심축에 삽입되고 지지틀에 고정되는 상기 기어형레일에 안착되는 발전기축, 상기 발전기축의 양단에 결합되는 발전기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치를 제공한다.

상기 수평봉과 발전기축 사이에는 신축성 부재로 연결되어 긴장이나 이완시킴으로써 발전기의 무게를 가감할 수 있는 무게조절부재가 형성된다.

상기 지지틀에 고정되고 일측에는 과상승방지롤이 형성되는 과상승방지판과, 상기 발전기축에 일단이 연결되어 다른 일단은 상기 과상승방지롤에 끼워져 슬라이딩 되면서 발전기의 과상승을 제한하는 공정봉이 더 형성된다.

상기 과상승방지롤과 공정봉 사이에 연결되어 탄성적으로 인장됨으로써 발전기가 급격히 상승하는 것을 방지하는 급상승방지부재가 형성된다.

본 발명에 따른 발전장치는 장구형 회전체가 구동부의 동력을 벨트로 전달 받아 회전될 때 장구형 회전체의 회전력 뿐만 아니라 장구형 회전체의 회전에 따른 마찰과 원심력에 의해 발전기를 들어올려 발전기가 떨어지려고 하는 중력을 발전기축의 회전력으로 바꿔 활용함으로써 발전효율이 높고, 중력을 활용하기 위해서는 발전기기 지면과 일정한 각도를 유지하는 것이 중요한데, 발전기의 무게를 조절함으로써 회전체의 회전속도에 따른 힘의 불균형을 해소할 수 있으며, 발전기의 일정한 범위내에서만 위치될 수 있도록 과상승을 방지하고, 발전기의 위치가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 주요부 분리사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발전장치의 측면개략도이다.
도 3는 본 발명에 따른 발전장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 주요부 단면도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 중력을 이용한 발전장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 좌우는 직경이 크고, 가운데 부분은 상대적으로 작은 장구형 회전체(120)가 구비된다. 장구형 회전체(120)의 중심에는 장구형 회전체를 고정하면서 장구형 회전체를 자유 회전시키는 중심축(160)이 형성된다. 중심축의 일단에는 중심축에 삽입되고 장구형 회전체와 일체로 결합되어 장구형 회전체를 회동시킬 수 있는 벨트풀리(130)가 형성된다.

장구형 회전체(120)의 내부에는 장구형 회전체의 원주를 따라 두개의 기어형기어형레일(150)이 일정거리 이격되어 형성되고, 상기 기어형레일에는 발전기축(200)의 양단에 연결되어 한쌍을 이루는 발전기(210)가 안착된다. 즉 기어형레일에는 이탈방지바퀴(152)과 형성되어 있어 발전기축(200)이 기어형레일에서 벗어나지 않고 맞물려 회전될 수 있도록 한다. 장구형 회전체(120)의 일측에는 장구형 회전체와 일체로 벨트풀리(130)가 형성된다.

장구형 회전체(120)에서 일정거리 이격된 지점에는 모터나 풍력, 인력, 동물력등 기계적인 에너지를 발생시킬 수 있는 구동부(110)가 형성된다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 구동부로 모터를 사용한다.

구동부(110)와 벨트풀리(130) 사이에는 벨트(140)를 걸어 구동부(110)의 동력을 장구형 회전체(120)에 전달한다.

중심축(160)의 양단에는 바닥에 고정되어 장구형 회전체(120)를 지지하면서 장구형 회전체(120)가 고정된 상태에서 자유롭게 회전될 수 있도록 하는 지지틀(170)이 형성된다.

중심축(160)에는 중심축을 관통하여 중심축의 양단이 지지틀(170)에 고정되는 수평봉(180)이 삽입된다.

수평봉(180)에는 일단은 발전기축(200)에 결합되고, 다른 일단은 수평봉(180)에 연결되어 볼트/너트 방식으로 고정함으로써, 너트를 풀거나 조이면 인장력이 가감되는 무게조절부재(220)가 형성된다. 무게조절부재(220)는 스프링이나 고무줄과 같이 신축성 재료로서 발전기(210)의 위치는 그대로 둔 상태에서 들어올려 들뜨게 함으로써 무게만 가감시키는 것이다. 무게조절부재(220)는 발전기축(200)의 중심에 하나만 형성해도 기능적으로 상관없지만 발전기축(200)의 양측으로 형성하여 균형을 유지하는 것이 바람직하다. 여기서 발전기축(200)은 발전기의 회전자와 일체로 이루어진 것으로서, 발전기축(200)의 회전으로 발전기 내부에 형성된 고정자 사이에 유도전류를 일으킨다.

발전기축(200) 양측으로 소정거리 이격되고 지지틀(170)에 고정되어 발전기(210)가 적정 위치에서 회전될 수 있도록 하는 회전제한판(230)이 형성되고, 회전제한판에는 과상승방지롤(232)이 형성된다.

발전기축(200)의 일단에는 회전제한판의 과상승방지롤(232)에 끼워져 슬라이딩 되면서 발전기(210)가 설정 위치에서 회전될 수 있도록 회전위치를 제한하고 유지하는 공정봉(240)이 형성된다.

공정봉(240)의 끝에는 베어링을 형성하여 베어링이 과상승방지롤(232)에 삽입되어 이동함으로써 공정봉의 이동을 부드럽게 한다. 또한 광상승방지롤(232)의 시작부에는 공정봉(240)과 연결되어 공정봉이 급속하게 상승하는 것을 방지하는 급상승방지부재(250)가 설치된다. 급상승방지부재(250)는 스프링이나 고무줄과 같은 신축성 재료로서 탄성적으로 인장된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 구성에 따른 발전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

구동부(110)가 가동되면 벨트에 의해 벨트풀리(130)가 회전되고, 벨트풀리가 회전으로 이와 연결된 장구형 회전체(120)가 회전한다.

장구형 회전체(120)의 회전에 따라 기어형레일(150) 위에 안착된 발전기축(200)이 회전되면서 발전이 시작된다. 발전기(210)는 외력이 없으면 중력에 의해 가장 저점(6시방향)에 위치되고, 장구형 회전체(120)의 회전으로 발전기축(200)에 외력이 인가됨으로써 마찰과 원심력으로 점점 위로 들리게 된다.

발전기(210)가 최초의 위치에서 점점 위로 올라가면 발전기는 올라가 높이만큼 6시방향으로 떨어지려고 하는 중력이 발생된다.

이러한 중력은 발전기축(200)의 회전방향과는 반대로 작용하므로 발전기축(200)은 구동력과 중력이 합해지는 회전력을 얻게 된다.

장구형 회전체(120)가 일정속도 이상으로 회전되면 발전기(210)가 원심력에 의해 점점 올라가다가 360°회전될 수도 있는데, 발전기가 지면과 30°정도일 때 발전기축(200)에 장구형 회전체(120)의 회전력이 적절히 인가되면서 중력과 합해져 가장 큰 회전력을 얻을 수 있다. 따라서 45°이상으로 발전기(210)가 올라가면 그 각도가 공정봉(240)에 의해 제한된다. 공정봉(240)은 발전기(210)의 상승에 따라 함께 상승하지만 과상승방지롤(232)을 따라 슬라이딩 하기 때문에 과상승방지롤(232)의 끝에 공정봉(240)이 걸리면 더 이상 올라가지 못하게 멈추게 되는 것이다.

공정봉(240)의 상승이 급격히 이루어지면 공정봉(240)의 과상승방지롤(232)의 끝에서 멈출때 충격에 의해 장치가 손상되거나 오작동될 수 있는데, 이때는 급상승방지부재(250)가 탄성적으로 긴장됨으로써 급속한 상승을 방지하고 완만하게 상승될 수 있도록 해준다.

발전기(210)의 무게는 장구형 회전체(120)의 회전에 따른 기어형레일(150)과 발전기축(200)과의 마찰력 및 회전에 따른 원심력을 계산하여 발전기가 지면과 30°정도에서 힘의 균형을 이루도록 설계하나, 온도나 습도 등의 마찰조건, 또는 발전용량의 변경 등 여러 가지 이유로 발전기(210)의 무게를 가감해야 하는 경우가 발생된다. 이때는 무게조절부재(220)의 너트를 조이거나 풀어서 무게조절부재(220)를 더 긴장시키거나 이완시켜 발전기의 무게를 가감한다. 무게조절부재(220)의 너트를 조이면 무게조절부재(220)가 긴장이 되면서 발전기(210)의 위치 변화는 없지만 들떠서 무게가 감소된다. 반대로 너트를 풀면 긴장됐던 무게조절부재(220)가 이완되면서 발전기(210)의 무게가 무거워진다. 이와 같이 무게조절부재(220)를 긴장시키거나 이완시켜 발전기(210)의 무게를 가감함으로써 중력과 원심력(회전에 따른 마찰력)의 균형을 맞춰 발전기(210)가 설정된 지면과의 각도를 유지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 발전된 전류는 발전기에 전기적으로 접속하여 바로 사용할 수 도 있고, 정류기(r)를 거쳐 축전지(b)에 저장할 수도 있다.

110 : 구동부 120 : 장구형회전체
130 : 벨트풀리 140 : 벨트
150 : 기어형레일 160 : 중심축
170 : 지지틀 180 : 수평봉
200 : 발전기축 210 : 발전기
220 : 무게조절부재 230 : 과상승방지판
240 : 공정봉 250 : 급상승방지부재

Claims

구동부(110);
상기 구동부의 일측에 위치되는 장구형 회전체(120);
상기 장구형 회전체와 일체로 형성되는 벨트풀리(130);
상기 구동부의 모터축과 상기 벨트풀리를 연결하는 벨트(140);
상기 장구형 회전체의 내면에 원주를 따라 형성되는 기어형레일(150);
상기 장구형 회전체가 자유롭게 회전될 수 있도록 중심에 형성되는 중심축(160);
상기 중심축을 지지하며 장구형 회전체가 간섭없이 회전될 수 있도록 중심축을 지면에 고정시키는 지지틀(170);
상기 중심축에 삽입되고 지지틀에 고정되는 수평봉(180);
상기 기어형레일에 안착되는 발전기축(200);
상기 발전기축의 양단에 결합되는 발전기(210);
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 수평봉과 발전기축 사이에는 신축성 부재로 연결되어 긴장이나 이완시킴으로써 발전기의 무게를 가감할 수 있는 무게조절부재(220)가 형성된 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지틀에 고정되고 일측에는 과상승방지롤이 형성되는 과상승방지판(230)과; 상기 발전기축에 일단이 연결되어 다른 일단은 상기 과상승방지롤에 끼워져 슬라이딩 되면서 발전기의 과상승을 제한하는 공정봉(240)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치.
제3항에 있어서,
상기 과상승방지롤과 공정봉 사이에 연결되어 탄성적으로 인장됨으로써 발전기가 급격히 상승하는 것을 방지하는 급상승방지부재(250)가 형성된 것을 특징으로 하는 중력을 활용한 발전장치.