KR20160074512A

KR20160074512A - 에너지 생산 디바이스 및 시스템

Info

Publication number: KR20160074512A
Application number: KR1020167010846A
Authority: KR
Inventors: 마틴 존 위켓
Original assignee: 마틴 존 위켓
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-06-28
Also published as: GB201317082D0; CN105683567B; US9735651B2; CA2925391A1; BR112016006809A2; AU2014326900B2; RU2674803C2; GB2518633B; GB201408581D0; RU2016115370A3; RU2016115370A; WO2015044296A2; EP3049670A2; EP3049670B1; JP2016533453A; NZ719172A; BR112016006809B1; AU2014326900A1; GB2518633A; CN105683567A

Abstract

본 발명은, 에너지 생산 디바이스로서, 프레임, 몸체, 상기 몸체의 2개의 대향하는 면으로부터 돌출하는 제1 및 제2 정렬된 입력 샤프트, 출력 샤프트와 정렬된 제3 입력 샤프트로서, 상기 제1 및 제2 입력 샤프트의 방향은 상기 제3 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트의 방향과 수직이고, 상기 제3 입력 샤프트의 원위 단부는 상기 프레임에 고정된, 상기 제3 입력 샤프트, 상기 몸체 내에 있고 상기 샤프트들 각각의 근위 부분에 있는 기계적 연결 수단으로서, 상기 기계적 연결 수단은 상기 몸체 내 트랜스미션 시스템과 협력하여 상기 입력 샤프트들 중 어느 입력 샤프트의 회전 운동을 상기 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환하는, 상기 기계적 연결 수단, 상기 프레임에 고정된 베어링으로서, 상기 출력 샤프트의 원위 단부가 프리휠링하는, 상기 베어링, 상기 제1 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되어 상기 제1 입력 샤프트 주위로 선회하는 제1 전자, 및 상기 제2 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되어 상기 제2 입력 샤프트 주위로 선회하는 제2 전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스에 관한 것이다.

Description

에너지 생산 디바이스 및 시스템{ENERGY PRODUCTION DEVICE AND SYSTEM}

본 발명은 에너지 생산 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 생산 디바이스 및 시스템에 관한 것이다.

기술이 발전하여 사람들이 이 기술에 점점 더 용이하게 액세스하여 점점 더 많이 공유하는 것으로 인해 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

석탄 또는 오일과 같은 화석 에너지는 다소 값싼 에너지로 사용되었다. 이 화석 에너지를 많이 이용하는 것으로 인해, 화석 에너지 자원이 감소하여 이제 이 화석 에너지를 사용하는 것이 점점 더 비싸지고 있다. 나아가, 화석 에너지는 추출하는데 에너지를 소비하고, 사용시 가스와 입자를 생성하여 전체 에너지 자원의 감소에 기여한다는 점에서 사용시 환경을 오염시키고 있다.

화석 에너지 자원의 소비를 감소시키려고 노력하면서 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해, 태양 에너지, 풍력 에너지 또는 조력 에너지와 같은 다른 에너지 자원이 이용되었다.

태양 에너지는 현재 반도체 디바이스를 요구하는데, 이 반도체 디바이스는 설계하는 것이 복잡하고 짧은 수명을 가지고 있다. 또한 태양 에너지는 대체로 광전 패널의 형태인데, 이 광전 패널은 현재 반도체 디바이스를 요구하고, 이 반도체 디바이스는 제조하는데 많은 에너지를 요구한다. 나아가 태양 전기를 생성하는 것은 햇빛이 이용가능한 기간으로 제한되고, 야간 동안에는 전혀 이용가능하지 않고, 흐린 날씨에는 상당히 감소된다.

풍력 에너지는 충분한 에너지를 제공하려면 대규모 기계적 시스템을 요구하는데, 이 시스템은 설계하고 설치하는 것이 값비싸고, 사용시 회전 잡음을 생성한다(풍력 터빈은 잡음 오염을 생성한다).

조력 에너지는, 육상이든지 또는 해상이든지 상관없이, 대규모 기계적 시스템으로 많은 양의 에너지를 생성할 수 있다. 이 시스템의 단점은 이동하는 물과 접촉하여야 해서, 유지보수가 빈번하고, 상기 기계적 시스템에 피로(fatigue)와 부식(corrosion)을 야기한다는 것이다. 그리하여, 이 시스템은 또한 제한된 수명을 가지고 있다.

히트 펌프(heat pump)와 같이 주위 환경으로부터 열적으로 에너지를 수확하거나, 또는 예를 들어 자전거 발전기와 같이 다른 시스템의 부수적 운동으로부터 에너지를 수확하거나 또는 보다 최근에 보행자가 조깅하는 운동 또는 발걸음으로부터 에너지를 수확하는 기계적 디바이스로부터 운동학적으로 에너지를 수확하는 다른 디바이스들이 개발되었다. 이들 디바이스는 경제적으로 실행하기에는 지금까지 효율이 너무 낮거나 또는 신뢰성이 너무 없었다.

본 발명의 발명자는 종래 기술의 전술된 문제를 해결하려고 노력하여, 예를 들어, 난류 유체와 같은 운동이 일어나는 환경이나, 또는 조깅하는 사람 또는 보행하는 사람 또는 자전거 타는 사람에 부착된 불안정한 환경에서 자기 자신의 운동에 의해 에너지를 자율적으로 생성하고, 강인한 메커니즘을 포함하여, 외부 환경으로부터 분리되어 더 긴 수명을 제공하고 유지보수 비용이 더 낮은 디바이스를 설계하였다.

본 발명의 발명자는 종래 기술의 전술된 문제를 해결하려고 노력하여, 예를 들어, 유체 흐름과 같은 운동이 일어나는 불안정한 환경에서 자기 자신의 운동에 의해 에너지를 자율적으로 생성하고, 간단한 메카닉스를 요구하여, 외부 환경으로부터 분리되어 더 긴 수명을 제공하고 유지보수 비용이 더 낮은 디바이스를 설계하였다.

본 발명의 목적은, 에너지 생산 디바이스로서,

- 프레임;

- 몸체;

- 적어도 하나의 제1 입력 샤프트;

- 출력 샤프트와 정렬된 추가적인 입력 샤프트로서, 상기 추가적인 입력 샤프트는 상기 프레임에 고정된, 상기 추가적인 입력 샤프트;

- 상기 몸체 내에 있고 상기 샤프트들 각각의 근위 단부에 있는 기계적 연결 수단으로서, 상기 기계적 연결 수단은 상기 몸체 내 트랜스미션 시스템과 동작하여 상기 입력 샤프트들 중 임의의 입력 샤프트의 임의의 회전 운동을 상기 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환시키는, 상기 기계적 연결 수단;

- 상기 프레임에 고정된 베어링으로서, 상기 출력 샤프트의 원위 단부가 장착되고 프리휠링(freewheeling)하는, 상기 베어링;

- 상기 제1 입력 샤프트에 장착되어 상기 제1 입력 샤프트와 함께 선회하는 적어도 하나의 제1 진자(pendulum);

- 상기 프레임 내에 있는 것이 바람직하지만 반드시 상기 프레임 내에만 있어야 하는 것은 아니고, 상기 출력 샤프트에 연결되어 상기 출력 샤프트의 단방향 운동을 전기로 변환하는 교류발전기(alternator), 및

- 상기 프레임의 외측 표면에 있고 상기 발전기에 전기적으로 연결되어 상기 에너지 생산 디바이스에 의해 생산된 전기를 사용할 수 있게 하는 외부 전기적 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스를 제공하는 것이다.

바람직하게는 상기 에너지 생산 디바이스는 전하를 저장하는 배터리를 포함한다. 바람직하게는 상기 생산된 AC 전력을 상기 배터리에 저장될 수 있는 DC로 변환하기 위해 전력 변환 수단이 포함된다. 상기 외부 전기적 연결 수단은 DC일 수 있다.

상기 배터리는 상기 진자 내에 위치될 수 있고, 동적 전력 전송 수단이 상기 교류발전기와 상기 진자 사이에 제공되어, 상기 프레임과 상기 진자의 상대적으로 회전하는 구조들 사이에 전력을 각각 전송하여 생산된 전력을 상기 배터리에 저장하고 저장된 전하를 상기 배터리로부터 인출할 수 있다.

본 발명의 목적은, 에너지 생산 디바이스로서,

- 프레임;

- 몸체;

- 상기 몸체의 2개의 반대쪽 면으로부터 돌출하는 제1 및 제2 정렬된 입력 샤프트;

- 출력 샤프트와 정렬된 제3 입력 샤프트로서, 상기 제3 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트의 방향은 상기 제1 및 제2 입력 샤프트의 방향과 수직이고, 상기 제3 입력 샤프트의 원위 단부는 상기 프레임에 고정된, 상기 제3 입력 샤프트;

- 상기 몸체 내에 있고 상기 샤프트들 각각의 근위 단부에 있는 기계적 연결 수단으로서, 상기 기계적 연결 수단은 상기 몸체 내 트랜스미션 시스템과 동작하여 상기 입력 샤프트들 중 임의의 입력 샤프트의 회전 운동을 상기 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환하는, 상기 기계적 연결 수단;

- 상기 프레임에 고정된 베어링으로서, 상기 출력 샤프트의 원위 단부가 프리휠링하는, 상기 베어링;

- 상기 제1 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되어 상기 제1 입력 샤프트 주위로 선회하는 제1 진자; 및

- 상기 제2 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되어 상기 제2 입력 샤프트 주위로 선회하는 제2 진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스를 제공하는 것이다.

본 출원에서, 샤프트에서 "원위"와 "근위"라는 용어는 상기 몸체에 대해 한정된 것으로, 샤프트의 원위 단부는 상기 몸체로부터 더 멀리 있는 샤프트의 단부이고, 샤프트의 근위 단부는 상기 몸체에 더 가까이 있는 샤프트의 단부이다.

상기 제3 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트는 바람직하게는 동축으로 장착된다.

그리하여 본 발명에 따른 디바이스는 그 몸체가 상기 프레임에 고정된 입력 샤프트 주위로 이동하고, 디바이스는 2개의 대향하는 샤프트에 2개의 진자를 구비하고, 상기 진자들은 각 입력 샤프트를 통해 상기 디바이스의 몸체 주위로 이동하도록 배열된다.

3개의 입력 샤프트들 중 임의의 입력 샤프트의 회전 운동을 단일 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환하는 디바이스는 동일한 발명자에 의해 영국 특허 출원 GB2444656에 개시되어 있다.

본 발명의 디바이스의 잇점은, 이 디바이스가 이동하는 환경에서 프레임에 고정된 경우, 프레임에 대해 몸체가 이동하고, 몸체에 대해 진자가 이동하여, 몸체가 출력 샤프트에서 에너지로 변환되는 운동을 생성한다는 것이다. 이것은 그 프레임이 유체 흐름(예를 들어, 조수(tide))과 같은 불안정한 환경에 놓여 있을 때 본 발명의 디바이스가 자체적으로 에너지를 생성할 수 있다는 것을 의미한다.

일 실시예에 따라, 상기 에너지 생산 디바이스는, 상기 프레임 내에 있는 것이 바람직하지만 반드시 상기 프레임 내에만 있어야 하는 것은 아니고, 상기 출력 샤프트에 연결되어 상기 출력 샤프트의 단방향 운동을 전기로 변환하는 교류발전기를 더 포함한다.

상기 교류발전기는 또한, 상기 프레임 내에 있는 것이 바람직하지만 반드시 상기 프레임 내에만 있어야 하는 것은 아닌 배터리에 연결되거나, 또는 에너지를 출력하기 위해 전기 콘센트에 연결될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 상기 에너지 생산 디바이스는, 상기 교류발전기에 연결되어 상기 교류발전기에 의해 생산된 전기 에너지를 저장하는 배터리를 더 포함한다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 몸체는 구 형상(spherically-shaped)이고, 상기 제1 및 제2 입력 샤프트는 구체(sphere)의 직경들 중 실질적으로 하나의 직경 상에 있고, 상기 몸체를 향하는 상기 진자들 각각의 무게추(weight)의 단부는 상기 몸체의 형상과 상보적으로 굴곡되어 상기 몸체 주위로 선회될 수 있다. 상기 진자는 몸체 주위로 360°회전할 수 있다.

상기 몸체는, 상기 진자가 상기 몸체 주위로 선회할 수 있는 한, 임의의 형상을 구비할 수 있고, 본 발명은 상기 몸체의 형상이 구형인 것으로 제한되지 않는다. 상기 진자는, 상기 몸체에 대한 진자의 위치에 상관없이, 상기 진자의 무게추가 상기 샤프트와 전혀 접촉하지 않아서, 상기 몸체 주위로 진자가 최대로 선회 운동을 할 수 있어서, 에너지를 최대로 생산할 수 있도록 설계된다. 상기 진자의 형상은 그 각 샤프트 주위로 회전할 때 몸체의 형상과 간섭하지 않아서, 그 각 샤프트 주위로 360°회전할 수 있도록 설계된다.

또 다른 실시예에 따라, 각 진자는 상기 진자의 메인 무게추를 지지하는 단부 반대쪽 진자의 아암의 단부에 평형추(counterbalance weight)를 더 포함한다.

상기 평형추의 효과는 동일한 무게추를 갖고 평형추를 갖지 않는 진자에 대해 진자의 운동 주파수를 느리게 하는 것이다.

상기 평형추는 또한 굴곡된 형상일 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 진자는 서로 독립적으로 선회한다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 진자의 무게추들은 단단하게 링크되어 그 각 샤프트들 각각 주위로 동기적으로 선회할 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 샤프트를 상기 트랜스미션 시스템으로의 기계적 연결 수단은 톱니형 기어, 체인과 톱니, 벨트와 풀리 휠, 및 이들의 임의의 조합 중 어느 것이다.

또 다른 실시예에 따라, 상기 입력 샤프트의 기계적 연결 수단과 상기 출력 샤프트의 기계적 연결 수단 사이에 상기 트랜스미션 시스템은 톱니형 기어, 체인과 톱니, 벨트와 풀리 휠, 및 이들의 임의의 조합 중 어느 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 에너지 생산 시스템으로서, 전술된 바와 같은 상기 에너지 생산 디바이스의 프레임이 고정되거나 또는 상기 프레임을 구성하는 인클로저와, 상기 에너지 생산 디바이스의 교류발전기에 전기적으로 연결된 전기 에너지 저장 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 시스템에 있다.

본 발명의 실시예의 측면, 특징 및 잇점은 동일한 참조 부호가 동일한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 이하의 상세한 설명을 판독하면 보다 명백해질 것이다:

- 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 생산 디바이스의 몸체의 부분 절단 상면도이다;
- 도 2는 도 1의 몸체의 저면도이다 ;
- 도 3은 도 1의 몸체의 사시도이다 ;
- 도 4는 2개의 진자를 갖는 에너지 생산 디바이스의 몸체의 도 3과 유사한 사시도이다;
- 도 5는 도 1의 몸체의 절단도이다 ;
- 도 6은 본 발명에 따른 진자의 사시도이다;
- 도 7은 에너지 생산 디바이스의 추가적인 실시예의 사시도이다;
- 도 8은 도 7의 에너지 생산 디바이스의 몸체의 부분 절단 상면도이다;
- 도 9는 2개의 진자를 갖는 도 7의 에너지 생산 디바이스의 몸체의 부분 절단 사시도이다;
- 도 10은 도 9의 에너지 생산 디바이스의 몸체의 부분 절단 사시도이다;
- 도 11은 도 9의 에너지 생산 디바이스의 몸체의 중심을 통한 단면 사시도이다, 그리고
- 도 12는 입력 샤프트와 출력 샤프트에 사용되는 동적 전기 전력 전송 수단의 확대 사시도이다.

이제 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 생산 디바이스(1)의 일 실시예가 도시된다.

에너지 생산 디바이스(1)는 몸체(2)를 포함하고, 이 몸체는 도면을 보다 용이하게 이해하기 위해 도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 그 내부 메커니즘의 배열을 보여주기 위해 부분 절단 상면도와 부분 절단 측면도로 도 4 내지 도 5에 도시된 일반적으로 구 형상이다.

몸체(2)는 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(2)의 2개의 대향하는 측면에, 전방과 후방에 2개의 돌출부(3, 4)를 더 포함하고, 이 2개의 돌출부(3, 4)의 기능은 이후 설명된다.

디바이스(1)는 몸체(2)로부터 돌출하는 3개의 입력 샤프트(5, 6 및 7)와 하나의 출력 샤프트(8)를 포함한다. 샤프트(7, 8)는 돌출부(3, 4)를 통과하여 몸체(2)를 형성하는 구체의 제1 직경을 따라 정렬되고, 샤프트(5, 6)는 몸체(2)를 형성하는 구체의 제2 직경을 따라 정렬되고, 4개의 샤프트(5, 6, 7 및 8)는 동일한 평면에 있고 샤프트(5, 6)의 축은 샤프트(7, 8)의 축에 수직이다.

이하 상세한 설명에서, 몸체(2)의 전방은 도면에서 출력 샤프트(8)의 최장 부분(longest part)이 돌출하는 몸체(2) 부분을 나타내고, 몸체(2)의 후방은 출력 샤프트(8)의 최단 부분(shortest part)이 돌출하는 몸체(2) 부분을 나타내고, 몸체(2)의 좌측 부분은 입력 샤프트(5)가 돌출하는 몸체(2) 부분을 나타내고, 몸체(2)의 우측 부분은 입력 샤프트(6)가 돌출하는 몸체(2) 부분을 나타낸다(도 3 참조).

각 샤프트(5, 6, 7 및 8)는, 몸체(2) 내 근위 단부에 의해, 전체적으로 참조 부호 9로 언급된 기어 메커니즘에 연결되어, 임의의 입력 샤프트(5, 6, 7)의 회전 운동을 기어 메커니즘(9)을 통해 출력 샤프트(8)의 단방향 회전 운동으로 변환하며, 이 기어 메커니즘의 특정 구조와 샤프트(5, 6, 7 및 8)와의 연결 관계는 이후 설명된다.

출력 샤프트(8)의 이러한 단방향 회전 운동은, 예를 들어 (제2 실시예에 도시된) 교류발전기에 사용되어, 입력 샤프트(5, 6, 7)의 회전 운동으로부터 전기를 생산한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 일 단부에 플랜지(11)를 갖는 지지부(10)는, 출력 샤프트(8)의 최단 단부(shortest end)를 지지하는 2개의 베어링(12a, 12b)을 구비하고, 이 지지부(10)는 플랜지(11)에 형성된 관통 홀(11a)에 나사를 도입하는 것에 의해 (제2 실시예에 도시된) 프레임에 고정된다.

유사하게, 입력 샤프트(7)는, 출력 샤프트(8)의 최장 부분을 지지하는 베어링(15)을 갖고, 일 단부에서 입력 샤프트(7)와 일체로 형성된 플랜지(13)를 구비하고, 이 플랜지(13)는 또한 플랜지(13)에 형성된 관통 홀(14)에 나사를 도입하는 것에 의해 (제2 실시예에 도시된) 동일한 프레임에 고정된다.

입력 샤프트(5, 6) 각각의 원위 부분에는, 대응하는 입력 샤프트(5, 6)를 각각 회전 구동하는 진자(16)가 고정된다. 입력 샤프트(5, 6) 각각에 있는 진자(16)들은 동일한 것이다.

진자(16)의 형태는 도 6에 더 잘 도시되어 있다.

진자(16)는 아암(17)과 무게추(18)를 포함한다.

아암(17)은 무게추(18)가 몸체(2) 주위로 이동할 수 있을 만큼 충분히 길다. 무게추(18)의 형태는 무게추(18)가 샤프트(7, 8) 또는 지지부(10)와 접촉함이 없이 몸체(2) 주위로 이동할 수 있도록 굴곡된다.

무게추(18)의 형상이 굴곡된 것으로 인해 최대 중량을 가질 수 있고, 구형 형상의 몸체(2) 주위로 자유로이 이동할 수 있다.

사용시 몸체(2)를 향하는 무게추(18)의 표면의 에지에는 그루브(19)가 형성되고, 이 그루브(19)는 아암(17)과 반대쪽에 있고, 사용시에 몸체(2)의 전방과 후방에 형성된 돌출부(3, 4)와 맞물린다. 그루브(19)는 진자(16)가 트랜스미션의 몸체(2)와 부딪히지 않는 것을 보장하는 간극을 제공하기 위한 것이다.

아암(17)의 상부 부분은 아암(17)의 길이방향을 따라 연장되는 슬릿(slit)(20)에 의해 분리된 2개의 브랜치(branch)(17a, 17b)를 구비하고, 브랜치(17a, 17b)의 기저에는 슬릿(20)과 연통하는 원통형 관통 홀(21)을 구비하여, 대응하는 입력 샤프트(5, 6)의 자유 단부를 수용할 수 있다.

관통 홀(22)은 브랜치(17a, 17b)의 자유 단부에 형성되어, 나사와 볼트(23)를 수용하여 대응하는 입력 샤프트(5, 6)의 자유 단부를 클램핑하도록 할 수 있다.

사용시, 진자(16)는 대응하는 입력 샤프트(5, 6)의 자유 단부에 클램핑되고 상기ir 진자 운동은 상기 샤프트를 회전 구동시킨다.

진자(16)의 형상과 구형 형상의 몸체(2)에 의해, 진자(16)가 몸체(2)의 형상과 간섭하지 않아서, 진자(16)의 움직임을 제한하거나 몸체(2)를 손상시킴이 없이, 디바이스(1)가 최대로 콤팩트한 것을 보장한다.

도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명은 진자(16)에 평형추를 더 고려하고, 상기 평형추는 무게추(18)를 지지하는 단부와 반대쪽 아암(17)의 단부에 있다.

몸체(2)가 도면에 도시된 실시예에서와 같이 구형일 때, 평형추는 바람직하게는 무게추(18)보다 약간 더 작거나 약간 더 가볍고, 또한 몸체(2)의 형상과 간섭함이 없이 몸체(2) 주위로 회전하도록 굴곡된 형상을 구비한다. 평형추의 효과는 도면에 도시된 바와 같이 무게추(18)만을 갖는 진자(16)에 대해 진자(16)의 선회 운동 주파수를 느리게 하는 것이다.

이제 도 7 내지 도 12를 참조하면, 추가적인 실시예가 도시되고 여기서 동일한 성분은 도 1 내지 도 6의 실시예에서와 동일한 식별자로 언급된다. 이 실시예에서, 진자 무게추(18)는 여러 전하 저장 수단으로 구성되거나, 또는 그 형상을 왜곡시키거나 또는 그 회전 운동을 제한함이 없이, 진자 무게추(18) 내에 끼워지는 배터리 셀(45)로 구성된다. 나아가, 배터리 셀(45)의 중량은 구체적으로 진자 무게추(18)의 기능을 보장하도록 선택된다. 일 실시예에서 배터리 셀(45)은 미리 제조되어 진자 무게추(18)에서 구체적으로 설계된 공동에 끼워진다. 다른 실시예에서 배터리 셀(45)은 전체 진자(16) 그 자체를 포함하도록 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 임의의 적절한 배터리 기술은 에너지 절감 디바이스를 사용하는 응용 분야에 따라 원하는 중량 밀도, 전력 밀도 및 비용에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어 더 높은 중량 특성을 위해서는 니켈 철 배터리가 사용되거나, 또는 더 낮은 중량을 구비하지만 더 높은 전하와 전력을 위해서는 리튬 이온 배터리가 사용될 수 있다.

배터리 셀(45)은 동적 전기 전력 전송 수단 또는 슬립 링(slip ring)(50)에 의해 에너지 생산 디바이스(1)의 출력 샤프트(8)와 몸체(2)를 통해 교류발전기(46)에 전기적으로 연결된다. 출력 샤프트(8)와 좌측 및 우측 진자 샤프트(5 및 6)는 도 12에 도시된 슬립 링(50)에 의해 몸체(2)에 전기적으로 연결된다. 이것으로 샤프트(6, 7 및 8)가 원활히 회전하며 전류가 흐르는 전기적 접촉을 제공하여, 디바이스가 순 에너지(net energy)를 생산하고 있을 때에는 배터리 셀을 충전하고 또한 디바이스가 음의 순 에너지(negative net energy)를 생산하고 있을 때에는 배터리 셀을 방전할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 교류발전기(46)는 코일(47)과 영구 자석(48)으로 구성된다. 교류발전기는 도 8에 도시된 바와 같이 입력 샤프트(7)에 위치될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서 교류발전기를 형성하기 위해 영구 자석(48)은 지지부(10)에 매립되고 코일(47)은 출력 샤프트(8)에 위치되어, 코일(47)은 정지해 있는 영구 자석(48)에 대해 출력 샤프트(8)의 회전과 함께 회전한다. 또한 생산된 AC를 배터리 셀에 저장되는 DC로 변환하기 위해 정류기 수단이 제공된다. 출력 샤프트로부터 전류를 프레임(49)의 외부 표면에 있는 외부 전기적 연결 수단(미도시)에 전송하는 동적 전력 전송 수단(미도시)이 더 제공된다. 디바이스는 AC 또는 DC 전력 또는 둘 모두를 외부 연결 수단에 제공하도록 구성될 수 있다. 교류발전기는, 코일이 고정된 지지부에 위치되고 외부 전기적 연결 수단에 전기적으로 연결되고, 영구 자석이 출력 샤프트(8)에 위치되고, 회전하는 전기적 연결을 통해 코일로부터 전류를 출력 샤프트(8)의 전기 리드(electrical lead)로 전송하는 것을 포함하는 대안적인 방식으로 배열될 수 있는 것으로 이해된다.

교류발전기(46)로부터 배터리 셀(45)로 통과하는 전기 전류는 도 11에 도시된 바와 같이 출력 샤프트(8)와 몸체(2)의 전기 리드(미도시) 사이에 있는 슬립 링(50)을 통과한다. 이후 전기 전류는 몸체(2)의 전기 리드(미도시)와 진자 아암(5, 6) 사이에 추가적인 슬립 링(50)을 통과하고 나서 배터리 셀로 흐른다. 유사하게, 전하가 배터리로부터 인출될 때, 전류는 반대 방향으로 흐른다.

도 12를 참조하면, 배터리 셀이 충전되고 있는지 또는 방전되고 있는지에 따라, 슬립 링(50)은 샤프트가 회전하고 있는 동안 전기 전류를 몸체(2)의 고정자 리드(51)로부터 접촉 링(53)과 브러시 접촉부(55)를 통해 샤프트(5, 6 및 8)의 회전자 리드(52)로 전송할 수 있다. 이 동적 회전 접촉을 통해, 접촉 마찰 저항을 최소로 유지하면서 샤프트(5, 6 및 8)의 회전 운동 동안 전하가 통과할 수 있다. 이 실시예에서 브러시 접촉은 낮은 마찰 계수를 갖는 매우 전기 전도성 물질인 흑연으로 만들어진다.

에너지 절감 디바이스로부터 생산된 전력에 따라 그리고 프레임(49)에 있는 외부 연결 수단(미도시)을 통해 디바이스에 놓인 전력 수요에 따라 배터리로 또는 배터리로부터 전하의 흐름을 제어하는 전자 제어 수단(미도시)이 또한 제공된다. 또한 디스플레이 수단이 프레임(49)의 외부 표면에 제공되어, 배터리 셀에 남아 있는 전하의 크기와 또한 생산되고 있거나 및/또는 소비되고 있는 현재 전력을 사용자에 보여줄 수 있다.

기어 메커니즘(9)이 이제 보다 상세히 설명된다.

입력 샤프트(7)와 출력 샤프트(8) 사이에 트랜스미션이 제일 먼저 설명되고, 이후 입력 샤프트(5, 6)와 출력 샤프트(8) 사이의 트랜스미션이 설명된다.

전술된 바와 같이, 입력 샤프트(7)와 정렬된 출력 샤프트(8)는 베어링(12a 및 12b)에 의해 지지부(10)의 일 단부에서 지지된다.

입력 샤프트(7)는 입력 샤프트(7)와 일체로 형성된 튜브(24) 안으로 연장되어 제1 기어 휠(25)과 제2 기어 휠(26)을 통과하고, 여기서 제1 및 제2 기어 휠(25, 26) 각각은 일방향 클러치(25a, 26a)에 각각 연결된다. 튜브(24)를 통해 입력 샤프트(7)는 제1 회전 방향으로 클러치(25a)와 맞물리고, 제1 방향과 반대쪽 회전 방향으로 클러치(26a)와 맞물린다.

제1 회전 방향에서, 입력 샤프트(7)가 출력 샤프트(8)와 맞물린 클러치(25a)와 맞물리는 경우, 입력 샤프트(7)와 동일한 회전 방향으로 출력 샤프트를 구동한다.

입력 샤프트(7)의 반대쪽 회전 방향에서 입력 샤프트(7)는, 일방향 클러치(25a)가 출력 샤프트(8)와 맞물리지 않기 때문에 출력 샤프트(8)와 맞물리지 않는다.

그러나, 튜브(24)를 통해 입력 샤프트(7)는 일방향 클러치(26a)를 통해 기어 휠(26)과 맞물려서, 동일한 회전 방향으로 기어 휠(26)을 구동한다.

기어 휠(26)은 기어 휠(30)과 맞물리고, 이 기어 휠(30)은, 기어 휠(31)과 기어 휠(27)이 배열된 축(28)에서 기어 휠(29)과 맞물린다.

기어 휠(31)과 기어 휠(27)은 축(28)에 맞물린다.

축(28)을 통해 구동될 때, 기어 휠(31)은 기어 휠(32)과 맞물리고, 기어 휠(32)은 출력 샤프트(8)와 맞물려 출력 샤프트(8)를 구동한다.

따라서, 입력 샤프트(7)의 회전 방향에 상관없이, 출력 샤프트(8)의 회전 방향은 동일한 방향, 즉 단방향이다. 입력 샤프트의 회전 운동은, 파도(wave)로부터 외부 운동에 의해 야기되거나, 사람이 보행하거나 조깅하는 것에 의해 야기되거나, 또는 응용에 따라 다른 외부 환경 운동에 의해 야기되는 프레임의 운동으로 유발된다.

입력 샤프트(5, 6)로부터 출력 샤프트(8)로 트랜스미션이 이제 설명된다.

입력 샤프트(5)는 기어 휠(33)과 맞물린다.

기어 휠(33)은, 입력 샤프트(5)가 올바른 회전 방향으로 회전하는 것에 의해 구동될 때, 기어 휠(34)과 맞물린다.

기어 휠(34)은 일방향 클러치(36a 및 37a)를 통해 축(35)과 각각 맞물리는 2개의 기어 휠(36 및 37)을 지지하는 축(35)에 맞물려, 기어 휠(36)은 그 회전 방향들 중 하나의 회전 방향으로 축(35)과 맞물리고, 기어 휠(37)은 다른 회전 방향으로 축(35)과 맞물린다.

축(35)에 의해 맞물릴 때, 기어 휠(36)은 기어 휠(38)과 맞물리고, 이 기어 휠(38)은 기어 휠(39)과 맞물린다. 기어 휠(39)은 축(40)과 맞물려 회전 축(40)으로 구동되고, 이 회전 축(40)에는 헬리컬 기어(helical gear)(41)가 고정되고, 이 헬리컬 기어(41)는 출력 샤프트(8)에 있는 헬리컬 기어(42)와 맞물려 이 헬리컬 기어(42)를 하나의 회전 방향으로 구동한다.

입력 샤프트(6) 상에 있는 기어 휠(43)은 입력 샤프트(6)에 맞물린다. 입력 샤프트(5)와 유사하게, 입력 샤프트(6)와 맞물릴 때, 기어 휠(43)은 축(35)과 맞물린 기어 휠(미도시되었으나 기어 휠(34)과 유사함)과 맞물려 기어 휠(37)을 회전 구동하고, 이 기어 휠(37)은 축(40)과 맞물린 기어 휠(44)과 맞물린다. 기어 휠(44)이 회전하면, 헬리컬 기어(41)가 회전 구동하여, 헬리컬 기어(42)를 회전 구동시켜 출력 샤프트(8)를 회전 구동시킨다.

입력 샤프트(5, 6)의 원위 단부들이 단단하게 링크된 경우, 샤프트(5, 6)의 하나의 회전 방향은 샤프트들 중 제1 샤프트와 관련된 트랜스미션과 맞물리는 반면, 샤프트들 중 제2 샤프트와 관련된 트랜스미션과는 맞물리지 않고, 샤프트(5, 6)의 반대쪽 회전 방향은 제2 샤프트의 트랜스미션과 맞물리는 반면, 제1 샤프트의 트랜스미션과는 맞물리지 않도록 일방향 클러치가 장착된다.

그리하여, 예를 들어, 진자(16)들이 단단하게 링크된 경우, 운동하는지 여부에 상관없이, 출력 샤프트(8)의 운동 에너지를 전송할 수 있는 하나의 샤프트가 여전히 존재한다.

일방향 클러치는 입력 샤프트들 중 단 하나의 입력 샤프트만이 출력 샤프트(8)에 운동을 전송하는 것을 보장한다.

나아가, 이 구조는, 입력 샤프트(5, 6)가 운동하는지 여부에 상관없이, 헬리컬 기어(41, 42)가 항상 동일한 회전 방향을 가지도록 이루어진다.

본 발명은 헬리컬 기어를 구비하는 것으로 개시되었으나, 본 발명은 이것으로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 헬리컬 기어 대신에 베벨 기어를 사용하여 출력 샤프트(8)에 운동을 전송할 수 있다.

출력 샤프트(8)의 이러한 단방향 회전 방향은 입력 샤프트(7)를 통해 획득된 단방향 회전 방향에 대응하여서, 입력 샤프트(5, 6 및 7)들 중 어느 입력 샤프트의 회전 방향이 어느 쪽 방향인지에 상관없이, 단방향 회전 운동이 출력 샤프트(8)에서 획득된다.

전술된 바와 같이, 진자(16)들이 단단하게 링크될 수 있거나 또는 독립적일 수 있다. 어쨌든, 출력 샤프트(8)에는 여전히 단방향 회전 운동이 존재할 수 있다.

본 발명의 개선은, 진자(16)들이 독립적인 경우에, 입력 샤프트(5, 6)와 동일한 트랜스미션을 입력 샤프트(7)에 수행하는 것에 의해 획득될 수 있다. 실제, 독립적인 경우에는, 입력 샤프트(5, 6)들 중 임의의 입력 샤프트에 있는 진자(16)의 운동으로부터 에너지를 복원할 수 있다.

전술된 실시예에서, 진자(16)들이 서로 독립적인 경우, 임의의 회전 축에서 진자(16)의 단 하나의 회전 방향만이 출력 샤프트(8)에 에너지를 전송할 수 있다.

사용시, 몸체(2)는 플랜지(11 및 13)를 통해 프레임에 고정된다.

몸체(2)는 자유로이 회전할 수 있다. 프레임은, 이 프레임이 단단하게 고정된 인클로저, 예를 들어, 구체 내에 놓일 수 있다.

기어 휠과 샤프트를 고정시키는, 몸체(2) 내 지지부와 그 대응하는 볼트와 나사는 도면의 참조 부호를 간소화하기 위해 언급되어 있지 않다.

구체는 불안정한 환경에 놓일 수 있다. 예를 들어, 구체는 해상에 놓일 수 있고, 이 경우 조수(tidal) 운동이 진자의 운동을 생성하여 출력 샤프트(8)를 회전시켜 그 입력 샤프트(7) 주위로 몸체(2)가 회전하면 또한 출력 샤프트(8)에 회전을 생성하여 교류발전기를 통해 전력을 생성할 수 있다. 상기 전력은 배터리에 저장되거나 또는 전기 콘센트로 송신될 수 있다.

그러나 본 발명의 디바이스는 모든 형태의 자연 발생 운동 에너지(Natural Occurring Motional Energy: NOME), 즉 수력, 풍력, 인력 또는 거친 차량 움직임으로부터 에너지를 수집할 수 있다.

본 발명의 디바이스는 임의의 사이즈일 수 있다는 것을 언급하는 것이 중요하다.

입력 샤프트로부터 출력 샤프트로 운동을 변환하는 특정 실시예가 설명되었으나, 본 발명은 이러한 실시예로 제한되지 않고, 3개의 샤프트 중 임의의 샤프트의 단방향 회전 운동을 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환할 수 있는 임의의 트랜스미션이 본 발명에서 고려된다. 예를 들어, 영국 특허 출원 GB244465에 개시된 트랜스미션은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.

교류발전기 및/또는 배터리는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 프레임 내부에 또는 프레임 외부에 있을 수 있다.

또한, 출력 샤프트는 몸체의 각 측에서 돌출하는 것으로 도시되었으나, 이것은, 입력 샤프트들 중 어느 입력 샤프트의 회전이 출력 샤프트로 단방향으로 전송될 수 있는 한, 필요치 않다.

또한, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 디바이스들을 직렬로 연결하는 것도 고려될 수 있다.

1: 에너지 생산 디바이스
2: 몸체
3: 전방 돌출부
4: 후방 돌출부
5: 좌측 입력 샤프트
6: 우측 입력 샤프트
7: 전방 입력 샤프트
8: 출력 샤프트
9: 기어 메커니즘
10: 지지부
11: 플랜지(11a - 플랜지의 홀)
12: 2개의 베어링
13: 전방 입력 샤프트 플랜지
14: 전방 입력 샤프트 플랜지의 홀
15: 베어링
16: 진자
17: 진자 아암(17a/17b - 아암 브랜치)
18: 진자 무게추
19: 그루브
20: 슬릿
21: 진자 아암의 홀
22: 진자 아암 브랜치의 홀
23: 나사/ 볼트
24: 튜브
25: 제1 기어 휠(25a - 제1 클러치)
26: 제2 기어 휠(26a - 제2 클러치)
27: 제3 기어 휠
28: 제1 축
29: 제4 기어 휠
30: 제5 기어 휠
31: 제6 기어 휠
32: 제7 기어 휠
33: 제8 기어 휠
34: 제9 기어 휠
35: 제2 축
36: 제10 기어 휠
37: 제11 기어 휠
38: 제12 기어 휠
39: 제13 기어 휠
40: 제3 축
41: 제1 헬리컬 기어
42: 제2 헬리컬 기어
43: 제14 기어 휠
44: 제15 기어 휠
45: 배터리 셀
46: 교류발전기
47: 코일
48: 영구 자석
49: 프레임
50: 슬립 링
51: 고정자 리드
52: 회전자 리드
53: 접촉 링
54: (미사용)
55: 브러시 접촉

Claims

에너지 생산 디바이스로서,
- 프레임;
- 몸체;
- 상기 몸체의 2개의 반대쪽 면으로부터 돌출하는 제1 및 제2 정렬된 입력 샤프트;
- 출력 샤프트와 정렬된 제3 입력 샤프트로서, 상기 제3 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트의 방향은 상기 제1 및 제2 입력 샤프트의 방향과 수직이고, 상기 제3 입력 샤프트의 원위 단부는 상기 프레임에 고정된, 상기 제3 입력 샤프트;
- 상기 몸체 내에 있고 상기 샤프트들 각각의 근위 단부에 있는 기계적 연결 수단으로서, 상기 기계적 연결 수단은 상기 몸체 내 트랜스미션 시스템과 동작하여 상기 입력 샤프트들 중 임의의 입력 샤프트의 임의의 회전 운동을 상기 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환하는, 상기 기계적 연결 수단;
- 상기 프레임에 고정된 베어링으로서, 상기 출력 샤프트의 원위 단부가 프리휠링(freewheeling)하는, 상기 베어링;
- 상기 제1 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되어 상기 제1 입력 샤프트 주위로 선회하는 제1 진자(pendulum); 및
- 상기 제2 입력 샤프트의 원위 단부에서 베어링에 장착되고 상기 제2 입력 샤프트 주위로 선회하는 제2 진자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1에 있어서, 상기 출력 샤프트에 연결되어 상기 출력 샤프트의 단방향 운동을 전기로 변환하는 교류발전기(alternator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 2에 있어서, 상기 교류발전기에 연결되어 상기 교류발전기에 의해 생산된 전기 에너지를 저장하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 구 형상이고, 상기 제1 및 제2 입력 샤프트는 구체(sphere)의 직경들 중 실질적으로 하나의 직경 상에 있고, 상기 몸체를 향하는 상기 진자들 각각의 무게추(weight)의 단부는 상기 몸체의 형상과 상보적으로 굴곡되어 상기 몸체 주위로 선회될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 각 진자는 상기 진자의 무게추를 지지하는 단부와 반대쪽 상기 진자의 아암의 단부에 평형추(counterbalance weight)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자들은 서로 독립적으로 선회하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자들의 무게추들은 단단하게 링크되어 각 샤프트들 각각 주위로 동기적으로 선회할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트의 상기 트랜스미션 시스템으로의 기계적 연결 수단은 톱니형 기어, 체인과 톱니, 벨트와 풀리 휠, 및 이들의 임의의 조합 중 임의의 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 샤프트의 기계적 연결 수단과 상기 출력 샤프트의 기계적 연결 수단 사이에 상기 트랜스미션 시스템은 톱니형 기어, 체인과 톱니, 벨트와 풀리 휠, 및 이들의 임의의 조합 중 임의의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 내에 있는 것이 바람직하지만 반드시 상기 프레임 내에만 있어야 하는 것은 아니고, 상기 출력 샤프트에 연결되어 상기 출력 샤프트의 단방향 운동을 전기로 변환하는 교류발전기와, 발전기에 전기적으로 연결된 상기 프레임의 외측 표면에 있고 상기 에너지 생산 디바이스에 의해 생산된 전기를 사용할 수 있게 하는 외부 전기적 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
에너지 생산 디바이스로서,
- 프레임;
- 몸체;
- 적어도 하나의 제1 입력 샤프트;
- 출력 샤프트와 정렬된 추가적인 입력 샤프트로서, 상기 추가적인 입력 샤프트는 상기 프레임에 고정된, 상기 추가적인 입력 샤프트;
- 상기 몸체 내에 있고 상기 샤프트들 각각의 근위 단부에 있는 기계적 연결 수단으로서, 상기 기계적 연결 수단은 상기 몸체 내 트랜스미션 시스템과 동작하여 상기 입력 샤프트들 중 임의의 입력 샤프트의 임의의 회전 운동을 상기 출력 샤프트의 단방향 회전 운동으로 변환하는, 상기 기계적 연결 수단;
- 상기 프레임에 고정된 베어링으로서, 상기 출력 샤프트의 원위 단부가 장착되고 프리휠링하는, 상기 베어링;
- 상기 제1 입력 샤프트에 장착되어 상기 제1 입력 샤프트와 함께 선회하는 적어도 하나의 제1 진자;
- 상기 프레임 내에 있는 것이 바람직하지만 반드시 상기 프레임 내에만 있어야 하는 것은 아니고, 상기 출력 샤프트에 연결되어 상기 출력 샤프트의 단방향 운동을 전기로 변환하는 교류발전기, 및
- 발전기에 전기적으로 연결된 상기 프레임의 외측 표면에 있고 상기 에너지 생산 디바이스에 의해 생산된 전기를 사용할 수 있게 하는 외부 전기적 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 전하를 저장하는 전기 에너지 저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생산된 AC 전력을 상기 전기 에너지 저장 수단에 저장될 수 있는 DC로 변환하는 전력 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전기적 연결 수단은 DC인 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 에너지 저장 수단 또는 그 일부는 상기 진자 내에 위치되고, 상기 프레임과 상기 진자의 상대적으로 회전하는 구조들 사이에 전력을 각각 전송하여 생산된 전력을 상기 전기 에너지 저장 수단에 저장하고 저장된 전하를 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 인출하는 동적 전력 전송 수단이 상기 교류발전기와 상기 진자 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.
에너지 생산 시스템으로서, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 에너지 생산 디바이스의 프레임이 고정되거나 또는 상기 프레임을 구성하는 인클로저와, 상기 에너지 생산 디바이스의 교류발전기에 전기적으로 연결된 전기 에너지 저장 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산 디바이스.