KR20120137671A - 수동발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대 가능한 소형의 수동발전기의 일종이며, 발전기와 부속장치 그리고 회전체를 이용하는 발전기에 관한 것이다.
발전기와 부속장치에 회전토오크와 회전관성을 올릴 수 있는 회전체를 연결하고, 수동발전기를 손에 쥔 상태로 손목의 움직임을 이용하여 회전체를 돌리면 보다 쉽게 회전체를 구동시킬 수 있으며, 이를 이용하여 전기를 얻는 방식의 구조를 갖추고 있다.
또한, 회전체가 발전기 본체에 물려서 같이 돌아가면서도 회전축 방향으로는 유동할 수 있는 연결구조를 통하여 회전저항을 줄이면서 높은 출력을 얻을 수 있고, 한 손만으로도 발전이 가능한 구조를 갖춘 수동발전기에 관한 것이다.

Description

수동발전기 {Manual Generator}

휴대가 가능한 소형의 발전기를 수동으로 가동시키는 장치에 관한 것으로 회전축에 회전체를 부착하고 이를 손목의 움직임으로 돌려서 발전에 이용하는 구조와 방법에 관한 것이다.

최근 충전전지를 이용하는 휴대기기의 사용이 늘어가고 기능도 다양화되면서, 사용시간과 기기의 종류가 늘어나게 되었고, 따라서 충전전지의 필요용량도 커져가지만, 휴대용이라는 제한적 구조로 인하여 이를 충족시키지 못하는 실정이다.

이러한 배경을 바탕으로 휴대용 발전기들이 다양하게 개발되고 있다.

종래의 휴대용 발전기에서 구현된 발전방식을 살펴보면,

- 풍력: 자전거에 장착해야 하는 등의 사용환경의 제약조건이 많다.

- 태양전지: 날씨 등의 기후상의 제약과 저효율이라는 문제를 극복해야 한다.

- 악력기형: 발전용량이 적어서 소형전구 등에 제한적으로만 사용 가능하다.

- 손잡이형: 한쪽 손은 기기를 잡고, 다른 한쪽 손으로 기기의 회전손잡이를 돌려야 하는데, 동일한 동작을 반복해야 함으로 불편하고 피로감을 빨리 느낀다.

여러 가지 방식의 휴대용 발전장치가 개발되고 시장에 출시되고는 있지만, 필요할 시기에 언제 어디서나 손쉽게 휴대기기들을 재충전시킨다는 본래의 취지와 비추어보건대, 각각의 방식이 나름의 장점을 가지고 있기는 하지만, 대중이 보편적으로 이용하기에는 단점이 더 큰 상태여서, 이를 극복하는 것이 현재 당면한 기술적 과제로 보인다.

상기의 배경기술에서 분석한 문제를 바탕으로 몇 가지 전제와 과제를 도출하였다.

첫째 시간, 공간, 외부환경에 관계없이 발전이 가능해야 하는데, 이를 위해서는 휴대가 가능한 수동발전기의 방식이 적합하다.

둘째 한 손만으로 발전이 되어야 걷거나 다른 작업 중에도 발전을 병행할 수 있다.

셋째 휴대기기의 소비전력이 점점 커져가는 추세이므로 현재 구현되어 있는 휴대용 발전기보다 발전용량을 올려야 한다. 이는 휴대 가능한 크기라는 전제를 감안하여 판단한다면 발전기의 회전속도를 올려야 한다는 과제로 귀결된다.

넷째 수동으로 발전기를 돌릴 때, 사람이 느끼는 피로감과 지루함을 줄여야 한다.

과제 해결을 위하여 도1의 구조와 아래의 특징을 가진 수동발전기를 발명하였다.

정류부(230),발전기(220),증속부(210) 및 회전축(200)이 결합되어 발전기의 본체(20)를 이루고, 그 회전축(200)에 회전추(100)와 회전추부재(110)로 구성된 회전체(10)를 결합하여 회전토오크의 발생이 용이한 구조로 한다.

발전기 본체(20)와 회전체(10)의 결합구조에서 회전체(10)는 발전기 본체(20)의 회전축(200)방향으로는 변위가 가능하도록 하고, 회전축(200)의 회전방향에 대하여는 고정되어 회전시 회전축(200)과 동일한 회전수로 움직이게 한다.

회전체(10)는 무게중심이 회전축(200)에서 먼 쪽에 위치하는 구조로 하여 회전토오크의 발생을 극대화 한다.

발전기 본체920)를 손으로 감싸 쥔 상태에서 손목의 움직이는 것 만으로 회전체(10)를 회전시킬 수 있는 구조로 한다.

증속부(210)는 치차구조물을 이용하여 증속비를 적절히 높여, 발전기(220)에 전달되는 회전속도를 올리고, 증속부(210)의 마찰저항이 회전체의 회전을 방해하지 않도록 적절한 치차구조물을 선정한다.

첫째 손목의 움직임만으로 발전이 가능하므로 피로감이 덜하다. 또한, 손목 위치를 위 아래 왼손 오른손으로 교대하여 발전 동작을 할 수 있으므로 지루함을 느끼지 않는다.

둘째 양손이 아닌 한손 만으로도 발전이 가능하므로 도보 등의 이동 중에도 쉽게 발전이 가능할 뿐만이 아니라, 다른 작업을 병행할 수 있는 장점이 있다.

셋째 중력에 의한 관성을 이용 함으로서 종래의 기술을 적용한 손잡이형 수동발전기보다 적은 힘과 동작으로 높은 회전속도를 구할 수 있다. 이는 발전에 있어서 보다 높은 전압과 큰 출력을 얻을 수 있음을 의미한다.

넷째 운동기구적 구조를 가지고 있어서, 발전기를 돌리는 것이 즐거운 오락으로 인식되는 효과가 있어 지루함에서 벗어나는 효과가 있다.

이로부터 반복적인 충전을 필요로 하는 많은 종류의 휴대기기에 활용할 수 있으며, 비상용 발전기로서 대중이 손쉽게 이용할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 기본 구성도
도2는 발전기 본체와 회전체간에 하나의 연결구조를 가진 수동발전기의 개요도
도3는 발전기 본체를 잡는 방향과 회전력에 따른 회전체의 운전 사례표

본 발명이 적용된 수동발전기는 세가지 주요부로 구성된다.

첫째는 발전기 본체(20)로 회전축(200),증속부(210),발전기(220),정류부(230)를 전기 또는 기계적으로 연결한다.

둘째는 회전체(10)로 회전추(100),회전추부재(110)로 구성한다.

셋째는 회전체(10)의 회전력을 발전기 본체(20)로 전달하는 연결구조로 회전력을 효율적으로 전달하는 구조로 하고, 조인트부재(300)로 구성된다.

우선 회전체(10)의 구조를 보면, 무게중심이 회전축(200)으로부터 멀리 떨어진 추의 구조를 가지며, 이는 회전체(10)의 회전시 회전토오크와 회전관성을 높여서 적은 힘으로도 회전속도의 가속과 유지에 유리하다.

발전기 본체(20)와 회전체(10)의 연결에서, 회전체(10)가 회전 시에는 발전기 본체(20)의 회전축(200)이 회전체(10)와 같이 회전하는 구조이면서, 동시에 회전체(10)의 끝단인 회전추(100)가 그리는 회전 궤도면("가"면)에 대하여 수직한 면 상으로는 회전체(10)의 유동이 가능하도록 한 연결구조를 가지도록 한다.

도3를 참조하면, 회전속도에 따른 회전체(10)의 위치가 다르다. 이는 손목 움직임에 의하여 전달되는 회전력에 더하여 회전체(10)의 중력이 합성된 결과로 그 위치가 결정되기 때문이다.

본 발명에서 채택한 발전기 본체(20)와 회전체(10)의 연결구조는 위 힘의 합성원리를 감안하여, 회전추(100)가 중력과 회전력의 합성방향으로 자연스럽게 이동할 수 있도록 하였다.

만약에 회전축(200)에 대하여 회전체(10)가 수직만을 이루는 구조로 회전체(10)를 돌리면, 회전력과 중력이 합성된 방향과 회전추(100)의 방향이 틀리게 된다. 이 때는 회전추(100)에 회전력과 중력이 합성된 방향으로 가려는 힘이 작용하게 되고, 이는 기동이나 회전을 반대하는 힘으로 작용하게 되어서, 결과적으로 발전효율을 떨어뜨리게 된다.

마지막으로 발전기 본체(20)의 구성과 동작을 살펴보면, 회전체(10)에서 회전축(200)으로 전달된 회전수는 회전축(200)에 연결된 증속부(210)에서 그 내장된 치차구조물의 작용으로 적절한 회전수로 증속하여 발전에 용이한 수준으로 변환한다.

증속부(210)에 기계적으로 연결된 발전기(220)는 전달된 회전수을 이용하여 발전을 하게 되는데, 회전수에 비례하는 자속의 변화가 일어나고, 자속의 변화에 비례하는 기전력이 발전기(220)의 코일에 유기된다.

이는 전압의 형태로 정류부(230)에 전달된다.

발전기(220)에 전기적으로 연결된 정류부(230)에서는 발전된 전압을 받아 내장된 정류회로를 통하여 적절한 형태로 전압을 정류 및 변환시키고, 이를 각각의 휴대기기에서 요구되어지는 전압형태로 공급되도록 한다.

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본 발명에 의한 수동발전기는 구성요소별 기술상으로는 실현에 문제가 없고, 최적화된 상품으로 실용화하는 과정은 남아있다. 종래에 개발된 방식에 비하여 휴대성, 사용상의 편리성 및 활용성이 뛰어나기 때문에 장래 수동발전기시장의 한 축을 형성할 것이다.

10 : 회전체
100 : 회전추
110 : 회전추부재
111 : 조인트로드
20 : 발전기 본체
200 : 회전축
210 : 증속부
220 : 발전기
230 : 정류부
240 : 전원연결선
300 : 조인트부재
"가"면 : 회전추(100)의 회전 궤도면

Claims (4)

1. 정류부(230), 발전기(220), 증속부(210) 및 회전축(200)으로 구성된 발전기 본체와 회전이 용이한 회전체(10)가 결합되어 있는 구조에서 발전기 본체를 손으로 쥐고 손목의 움직임을 이용하여 회전체를 회전시켜 전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 수동발전기.
2. 정류부(230),발전기(220),증속부(210) 및 회전축(200)으로 구성된 발전기 본체(20);
   회전체(10); 및
   발전기 본체(20)와 회전체(10)를 연결함에 있어서, 회전 시에는 발전기 본체(20)의 회전축(200)과 회전체(10)는 같이 회전하는 구조이면서, 동시에 회전추(100)가 그리는 회전 궤도면("가"면)에 대하여 수직한 면 상으로도 회전체(10)의 유동이 가능하도록 한 연결구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수동발전기
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   발전기 본체(20)의 구성에서 증속부(210)가 없는 수동발전기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   발전기 본체(20)의 구성에서 정류부(230))가 없는 수동발전기.

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