KR20130092852A - 자가발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 소형으로 간편하게 휴대하여 휴대용정보기기 및 보조충전수단으로 유용하게 사용할 수 있음은 물론, 특히 진동에너지를 간편하게 발생시킬 수 있도록 일정길이의 양측이 막힌 중공형 케이스(2)와, 상기 케이스(2)의 외주면에 일정 두께로 권선되어 형성되는 권선부(3)와, 상기 케이스(2) 내에서 자유 이동하게 내장된 영구자석(4)과, 상기 권선부(3)의 단자와 연결되어 상기 영구자석(4)의 왕복이동에 의한 페러데이 법칙에 따라 발생되는 기전력을 축전하는 하도록 된 축전기(5)를 포함하여 이루어진 자가발전장치에 있어서,
상기한 케이스(2)는 원호(圓弧) 상으로 만곡된 형상으로 이루어진 자가발전장치에 관한 것이다.

Description

자가발전장치{Self generator}

본 발명은 진동에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키도록 된 자가발전기에 관한 것으로, 특히 소형으로 간편하게 휴대하여 휴대용정보기기 및 보조충전수단으로 유용하게 사용할 수 있음은 물론, 특히 진동에너지를 간편하게 발생시킬 수 있도록 된 자가발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 정보기기의 일종인 휴대폰에 사용되는 리튬 이온축전지는 4.2V±0.05V 정도의 전압으로 구동되고, 이러한 휴대폰은 기술발전에 힘입어 전력소모가 점차 감소하고 있으며, 연산속도를 증가시키고 전력소모를 줄이기 위해 전압의 크기를 감소시키고 있는 실정이다.

한편, 공지된 기술에 의해서 사용되는 일반적인 휴대용 정보기기는 기종에 관계없이 축전하는 축전기기를 이용하여 축전하는 축전단말기가 있으나 이는 사람이 자주 찾는 편의점, 공항, 터미널 등에 구비되어 있을 뿐 낚시, 등산, 조난, 천재지변에 의한 고립, 위기상황 등에서 배터리의 완전방전으로 인하여 구조요청신호를 전송하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 근자에는 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 손동작에 의한 진동이나 보행 등 자연적인 진동에 의한 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리를 축전하여 배터리 사용시간을 증가시키고 또한 위급상황에서 방전된 정보기기에 약한 진동에서도 전원을 제공할 수 있는 진동발전기가 제안되고 있다.

이러한 자가발전 전원장치는 전원장치로부터 공급되는 전기에너지로 동작되는 휴대용 제품에 사용되는 것으로서, 외부 운동에너지를 발전수단을 통해 전기에너지로 발전시키고 이 전기에너지를 이용하여 충전수단을 통해 휴대용 제품에 필요한 전원을 공급한다

따라서, 상기와 같은 자가발전 전원장치는 휴대용 제품의 전원방전시 건전지의 교체나 충전기를 통한 충전없이 휴대용 제품에 필요한 전기에너지를 즉각적으로 얻을 수 있어 언제 어디서든 휴대용 제품을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 건전지를 교체하지 않아도 되므로 폐건전지로 인한 환경오염을 줄일 수 있기 때문에 많은 연구와 노력이 수행되고 있다.

종래 제안되고 있는 자가발전 전원장치들 중 하나로는 한국실용신안등록번호제 398684호(명칭: 자가발전 및 충전형 소형전지)가 있으며, 공보에 기재된 바와 같이 소형전지규격의 외형을 갖는 케이싱의 상단과 하단에 각각 제1전극부와 제2전극부를 구비시킨 충전형 소형전지에 있어서, 상기 제1전극부와 통전 가능케 접촉된 축부와; 상기 제1전극부의 저부에 밀착되어 상기 축부의 상단을 고정시키게 결합된 제1부싱판과; 상기 제1부싱판의 스프링 안착홈에 안착된 제1스프링과; 상기 제1스프링의 아래쪽에서 상기 축부에 삽입된 링형상의 영구자석과; 상기 제1부싱판의 튜브 안착홈에 안착된 튜브와; 상기 튜브의 외주면에 감겨져 고정되고 상기 영구자석의 움직임에 대응하게 유도기전력을 발생시키는 단상 또는 삼상 결선의 유도코일과; 상기 영구자석의 아래쪽에 배치된 제2스프링과; 상기 축부를 중심 구멍에 삽입시키고 상기 제2스프링과 상기 튜브의 하단을 안착시키게 결합된 제2부싱판과; 상기 제2부싱판의 저부에서 상기 유도코일의 유도기전력을 공급받게 전기적으로 결합된 충전회로와; 상기 충전회로와 상기 제2전극부의 사이에 배치된 축전지를 포함하여 이루어진다.

그리고, 한국공개특허번호 제2006-84972호(명칭: 새로운 진동발전기)에서 공개된 자가발전장치는 공보에 기재된 바와 같이 일정길이의 양측이 막힌 중공형 케이스와, 상기 케이스의 내주면에 일정 두께로 권선되어 형성되는 권선부와, 상기 케이스내 막힌 양측에 일정길이로 설치되는 스프링과, 상기 케이스내 설치된 스프링 사이에 일정 공극을 두고 자유 이동하게 내장된 가동영구자석과, 상기 가동영구자석의 중심을 관통하고 양끝단 일정길이 스프링이 부착된 운동 가이드 축으로 구성된다.

그러나, 상기와 같이 이루어진 종래의 자가발전장치들은 영구자석의 왕복운동에 따라 권선에 발생되는 기전력을 얻도록 된 것으로, 상기 영구자석의 왕복운동이 수직 또는 수평상에서 직선운동하는 것으로 이루어져, 영구자석을 직선적인 왕복운동시키는 것이 불편한 문제점이 있었다.

즉, 사용자가 케이스를 수직적 또는 수평적으로 직선형태의 운동을 시켜야만 하기 때문에 인체의 관절운동으로 이루어지는 케이스의 왕복이 제대로 이루어지지 않아 기전력 발생효율이 저하되는 문제점이 있었다.

예컨데, 인체의 관절운동은 관절을 축으로 하여 회전운동을 하기 때문에 케이스가 자동적으로 직선운동이 아닌 곡선형태로 운동되고, 케이스의 내부에서 왕복되는 영구자석은 케이스의 내부에서 곡선적인 진행방향의 가압력을 받게 된다.

따라서, 영구자석은 곡선적인 진행방향으로 운동을 하려는 힘이 작용하지만, 케이스으 운동통로는 직선형으로 이루어져 영구자석의 운동진행방향을 방해하기 때문에 영구자석의 왕복운동이 원활하게 이루어지지 않아, 기전력이 원활하게 발생하지 않기 때문에 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 소형으로 간편하게 휴대하여 휴대용정보기기 및 보조충전수단으로 유용하게 사용할 수 있음은 물론, 특히 진동에너지를 간편하게 발생시킬 수 있어 발전효율을 증대할 수 있도록 된 자가발전장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자가발전장치는 일정길이의 양측이 막힌 중공형 케이스와, 상기 케이스의 외주면에 일정 두께로 권선되어 형성되는 권선부와, 상기 케이스 내에서 자유 이동하게 내장된 영구자석과, 상기 권선부의 단자와 연결되어 상기 영구자석의 왕복이동에 의한 페러데이 법칙에 따라 발생되는 기전력을 축전하는 하도록 된 축전기를 포함하는 자가발전장치에 있어서, 상기한 케이스는 원호(圓弧) 상으로 만곡된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 케이스의 양끝 단부들에는 비자화재질로 이루어진 마개에 의해 개폐되는 것을 특징으로 한다.

상기 마개는 왕복운동하는 가동연구자석과 충돌되는 것으로 충돌에너지를 상쇄하여 가동영구자석의 손상을 방지할 수 있는 탄성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 케이스는 도우넛 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 케이스는 타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 영구자석은 장축의 단면형상이 타원형으로 이루어지고, 단축의 단면형상의 정원형태로 이루어진 구(球) 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 영구자석은 원호 상으로 만곡된 원기둥형 자석으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 영구자석은 장축의 단면형상이 타원형으로 이루어지고, 단축의 단면형상의 정원형태로 이루어진 구(球) 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 자가발전장치는 케이스가 내부에서 인체의 관절운동에 따른 방향으로 가압되는 영구자석의 곡선형태의 운동에너지에 상응하는 원호상으로 만곡된 왕복이동통로를 가지도록 되어 있어, 진동에너지를 원활하게 발생시킬 수 있어 발전효율을 증대할 수 있으며, 특히 소형으로 간편하게 휴대하여 휴대용정보기기 및 보조충전수단으로 유용하게 사용할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 예시도.
도 4 및 도 5는 본 실시예에 의한 자가발전장치의 사용상태를 보인 개략 예시도.
도 6은 도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 자가발전장치를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 자가발전장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 자가발전장치를 보인 도면으로, 본 실시예에 의한 자가발전장치(1)는 일정길이의 양측이 막힌 중공형 케이스(2)와, 상기 케이스(2)의 외주면에 일정 두께로 권선되어 형성되는 권선부(3)와, 상기 케이스(2) 내에서 자유 이동하게 내장된 영구자석(4)과, 상기 권선부(3)의 단자와 연결되어 상기 영구자석(4)의 왕복이동에 의한 페러데이 법칙에 따라 발생되는 기전력을 축전하는 하도록 된 축전기(5)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 상기 영구자석(4)의 왕복이동에 따라 권선부(3)에 발생하는 기전력을 축전하여 필요 시 휴대용정보기기(6) 및 보조충전수단으로 사용을 하게 된다.

상기에서 케이스(2)는 절연성 재질로 내부 부품을 보호하며 상기 영구자석(4)의 모양에 따라 그 단면 형상이 원통형 또는 사각형 등 다양하게 제작되는 것이 바람직하다.

상기한 권선부(3)에 권취된 권선은 구리 등과 같은 도선으로 이루어지는 것이 바람직하며, 절연되어 권취되는 것이 바람직하다.

이와 같은 상기 권선부(3)는 케이스(2)를 손으로 취한 후 흔들 때 발생하는 진동에너지에 의해 상기 영구자석(4)이 케이스(2)의 내부에서 왕복 운동하게 되고, 이에 따라 패러데이 법칙에 따른 기전력이 권선부(3)에 발생하게 된다.

상기에서 기전력 또는 발생전압의 크기는 왕복 운동의 주파수, 권선의 턴 수, 영구자석(4)의 자속밀도 그리고 영구자석(4)의 왕복운동 이격거리에 비례하고, 상기 권선부(3)에서 발생된 기전력은 상기 권선부(3)의 단자와 전기적으로 연결된 축전기(5)에 축전된 후 사용된다.

이와 같이 이루어진 본 실시예에 의한 자가발전장치에서 상기한 케이스(2)는 원호(圓弧) 상으로 만곡된 형상으로 이루어진다.

따라서, 상기 케이스(2)가 내부에서 인체의 관절운동에 따른 방향으로 가압되는 영구자석(4)의 곡선형태의 운동에너지에 상응하는 원호상으로 만곡된 왕복이동통로를 가지도록 되어 있어, 운동에너지를 원활하게 발생시킬 수 있기 때문에 발전효율을 증대하게 된다.

상기에서 케이스(2)의 양끝 단부들에는 비자화재질로 이루어진 마개(7)에 의해 개폐된다.

상기 마개(7)왕복 운동하는 영구자석(4)과 충돌되는 것으로 충돌에너지를 상쇄하여 영구자석(4)의 손상을 방지할 수 있는 탄성체로 이루어지는 것이 바람직하다,

그리고, 본 실시예에 의한 자가발전장치에서 상기한 중공형 케이스(2) 및 축전기(5)를 수용하는 별도의 미 도시된 하우징이 구비되어 케이스(2)의 외부에 권선된 권선부(3)와 마개(7를 외부로부터 보호하고 손으로 용이하게 취부할 수 있도록 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기에서 케이스(2)는 도 3 및 도 6에서 도시된 바와 같이 도우넛 형상으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 타원 형상으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

즉 상기 영구자석(4)이 외부의 진동에너지에 의해 케이스의 내부에서 이동되어 운동할 때, 일 방향으로만 순환하도록 함으로써, 발생하는 기전력의 방향성을 통일성 있도록 발전하게 된다.

그리고, 이 경우에는 별도의 마개(6) 등과 같은 부품이 소모되지 않아 경제적으로 제조할 수 있으며, 인체의 관절운동에 따른 방향으로 가압되는 영구자석(4)의 곡선형태의 운동에너지에 상응하는 원호상으로 만곡된 왕복이동통로를 가지게 되어, 진동에너지를 원활하게 운동에너지로 전환시킬 수 있어 발전효율을 증대하게 된다.

또한, 본 실시예에 의한 자가발전장치(1)에서 상기한 영구자석(4)은 원기둥형 자석으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 따라 케이스(2)의 내부단면도 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2 및 도 6에서 도시된 바와 같이 장축의 단면형상이 타원형으로 이루어지고, 단축의 단면형상의 정원형태로 이루어진 구(球) 형태로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

상기에서 영구자석(4)이 구(球) 형태로 이루어질 경우, 영구자석(4)과 케이스(2)의 내주면이 면접속이 아닌 점 접촉함으로써, 마찰력을 최소로 하여 케이스(2)의 내부에서 영구자석(4)이 왕복이동이 원활하게 이루어진다.

물론 케이스(2)의 내부 직경 보다 영구자석(4)의 외부 직경을 작게 하여 영구자석(4)과 케이스(2)의 접촉면적을 최소화할 수도 있다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예에 의한 자가발전장치(1)는 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 별도의 사용장치(예컨데, 휴대용정보기기(6), 하우징) 등에 수용되어 사용되며, 상하좌우로 흔들어 진동에너지를 발생시키면 영구자석(4)이 케이스(2)의 내부에서 위치이동되어 운동에너지로 전환되고, 운동에너지에 의해 권선부(3)에서 페러데이 법칙에 따른 기전력을 발생시키게 되고, 발생된 기전력을 축전기(5)에서 축전하여, 별도의 장치의 전원 또는 보조전원장치로 사용하게 된다.

따라서, 본 발명의 자가발전장치(1)가 구비된 장치들은 별도의 전원공급이 없어도 원활하게 구동하여 그 기능을 수행할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 자가발전장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 자가발전장치 2 : 케이스
3 : 권선부 4 : 영구자석
5 : 축전기 6 : 휴대용정보기기
7 : 마개

Claims (7)

1. 일정길이의 양측이 막힌 중공형 케이스와, 상기 케이스의 외주면에 일정 두께로 권선되어 형성되는 권선부와, 상기 케이스 내에서 자유 이동하게 내장된 영구자석과, 상기 권선부의 단자와 연결되어 상기 영구자석의 왕복이동에 의한 페러데이 법칙에 따라 발생되는 기전력을 축전하는 하도록 된 축전기를 포함하는 자가발전장치에 있어서,
   상기한 케이스는 원호(圓弧) 상으로 만곡된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기한 케이스의 양끝 단부들에는 비자화재질로 이루어진 마개에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 마개는 왕복운동하는 가동연구자석과 충돌되는 것으로 충돌에너지를 상쇄하여 가동영구자석의 손상을 방지할 수 있는 탄성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기한 케이스는 도우넛 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기한 케이스는 타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기한 영구자석은 원호 상으로 만곡된 원기둥형 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자가발전장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기한 영구자석은 장축의 단면형상이 타원형으로 이루어지고, 단축의 단면형상의 정원형태로 이루어진 구(球) 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 자가발전장치.

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