KR20170007907A - 자기유도를 이용한 자가발전 신발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 관한 것으로서, 자가발전 메커니즘이 간단하면서도 발전효율을 극대화하고 제조비용을 절감하여 실용성을 향상시킬 수 있도록 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적 달성을 위한 본 발명은, 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부와, 상기 자가발전부에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부와, 상기 정류회로부에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부를 포함하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 있어서, 상기 자가발전부는, 상기 공간부의 상부면에서 하방으로 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈; 및 상기 공간부의 하부면에서 상방으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석;을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

자기유도를 이용한 자가발전 신발{Self-generation shoes using magnetic induction}

본 발명은 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기유도 현상으로 생성되는 유도전류를 이용하여 자가발전을 구현할 수 있도록 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 관한 것이다.

신발은 인체의 발 부분의 보호와 장식을 위해서 사용되지만 특히 지면에서의 보행과 작업할 때 매몰되거나 미끄러지는 것을 방지하는 등 다양한 방면에서 사용되고 있다.

최근에는 건강과 미용에 대한 관심의 증가, 스마트 기술 응용에 대한 관심 증대 및 신발과 IT산업의 융합과 웰빙산업의 호조에 힘입어 신발과 관련한 족부 건강에도 관심이 집중되고 있으며, 보행시에 발생하는 운동에너지를 전기에너지화 하는데 많은 노력을 기울이고 있다.

한편, 보행시 신발 자체에 지속적인 운동에너지가 발생한다는 점에 착안하여 신발과 융합된 다양한 전기적 기능을 제공하기 위해 다양한 자가발전 기술이 제안된 바 있다.

특히 신발의 자가발전 기술은 신발 밑창에 장착되어야 하는 근본적인 사이즈 문제점으로 인해 압전소자가 주로 이용되고 있으나, 내구성이 약하여 금속을 덧대어 강도를 높여야 하고 소자 자체의 비용과 제작 단가가 높아 실용성에 문제가 있으며 보행시 출력전류가 미소하여 RF 신호발생과 같은 미소출력 신호 처리 시스템에 국한적으로 응용되고 있다.

그리고 신발 밑창 내부에 발전기를 장착하여 에너지를 발생하는 자가발전기도 제시된 바 있으나, 부피가 크고 힘 전달 메커니즘이 복잡하여 신뢰성과 소음 발생과 같은 문제점이 있다.

KR 10-1234305 B1 KR 10-1199263 B1

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자가발전 메커니즘이 간단하면서도 발전효율을 극대화하고 제조비용을 절감하여 실용성을 향상시킬 수 있도록 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부와, 상기 자가발전부에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부와, 상기 정류회로부에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부를 포함하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 있어서, 상기 자가발전부는, 상기 공간부의 상부면에서 하방으로 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈; 및 상기 공간부의 하부면에서 상방으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 공간부의 상부면과 상기 코일보빈 사이에는 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석이 개재될 수 있다. 이때, 상기 완충자석의 가우스 값은 상기 영구자석의 가우스 값보다 상대적으로 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 코일보빈의 코일은 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부와, 상기 자가발전부에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부와, 상기 정류회로부에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부를 포함하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 있어서, 상기 자가발전부는, 상기 공간부를 가로질러 형성되어 위쪽의 제1공간부와 아래의 제2공간부로 구획하는 격벽; 상기 격벽을 사이에 두고 상방 및 하방으로 각각 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈; 및 상기 제1공간부의 상부면 및 상기 제2공간부의 하부면에서 각각 상기 격벽 방향으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 격벽과 상기 코일보빈 사이에는 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석이 개재될 수 있다. 이때, 상기 완충자석의 가우스 값은 상기 영구자석의 가우스 값보다 상대적으로 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 코일보빈의 코일은 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것이 바람직하다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 자기유도 방식에 따른 간단한 구조의 자가발전 메커니즘을 이용해 발전효율을 극대화할 수 있음은 물론 제조비용을 절감하여 실용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 자기유도를 이용한 자가발전 신발을 도시하는 개념도이고,
도2는 도1의 자가발전부를 구체적으로 도시하는 입체 개념도이고,
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전부를 설명하기 위한 개념도이고,
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 자가발전부를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 자기유도를 이용한 자가발전 신발은, 도1에 도시된 바와 같이, 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부(200)와, 상기 자가발전부(200)에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부(400)와, 상기 정류회로부(400)에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부(600)를 포함한다.

여기서, 상기 정류회로부(400) 및 상기 충전회로부(600)는 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것과 동일 또는 극히 유사한 구성으로서, 당업자에 의해 다양한 실시예가 선택적으로 사용 가능하므로 구체적인 설명은 생략하도록 하고, 본 발명의 기술적 요지인 자가발전부(200)에 대해 아래에서 상세히 설명하도록 한다.

<제1실시예>

본 발명의 제1실시예에 따른 자가발전부(200)는, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 공간부(220)의 상부면에서 하방으로 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈(224)과, 상기 공간부(220)의 하부면에서 상방으로 돌출 형성되며 상기 공간부(220)의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈(224)의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석(226)을 포함한다.

여기서, 상기 공간부(220)는 보행시 발 뒷굼치로부터 가해지는 외력에 의해 수축과 이완을 반복하게 되며, 이러한 수축과 이완 작용에 의해 영구자석이 코일보빈(224) 내부에 삽입되고 이탈되는 동작을 반복하게 된다. 따라서, 반복적인 자기유도 현상이 발생하여 코일보빈(224)에 권선된 코일의 양단에 기전력이 발생하게 되는 것이다.

상기와 같은 자가발전부(200)는 상기 코일보빈(224)과 영구자석(226)을 공간부(220) 내에 복수개 배치 가능하므로 발전효율을 높일 수 있으며, 무엇보다 간단한 구조로 인해 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있도록 한다.

한편, 상기 공간부(220)의 상부면과 상기 코일보빈(224) 사이에는 상기 영구자석(226)의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석(222)이 개재될 수 있다. 이러한 완충자석(222)은 상기 영구자석(226) 크기의 1/3 이하의 크기를 갖는 자석으로 이루어지는 것이 바람직하며, 사출 성형된 지지구를 통해 결합 고정될 수 있다. 따라서, 상기 영구자석(226)이 코일보빈(224)에 삽입되어 접근하게 되면 상기 완충자석(222)의 역극성으로 인해 자기베어링 효과가 발생하여 충격을 흡수 할 수 있으며, 이때 발생하는 자석간 떨림에 의한 자석진동 때문에 코일에 미소전압이 추가로 유도되어 기전력이 추가로 확보되므로 전체적인 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 완충자석(222)의 가우스 값은 상기 영구자석(226)의 가우스 값보다 매우 작어야 하는 것이 바람직한데, 이는 상기 완충자석(222)의 가우스 값이 상기 영구자석(226)의 가우스 값보다 클 경우 상기 영구자석(226)의 유동 거리가 짧아지게 되어 유도전류 발전효율이 저하되기 때문이다.

다음으로, 상기 코일보빈(224)은 상기 영구자석(226)이 코일을 지날 때 발생하는 쇄교자속이 최대값을 유지하기 위해서 가급적 상기 영구자석(226)에 가깝게 권선해야하며, 코일간 상호 간섭을 막기 위해 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것이 바람직하다. 따라서, 유도전압이 서로 상쇄되지 않고 합해지는 방향을 유지하도록 하며, 영구자석(226)이 코일보빈(224)의 코일간 연결부를 지날 때마다 발생하는 유도전압은 제1코일의 입구단과 제3코일의 출구단을 지나갈 때 발생하는 유도전압보다 2배 정도의 진폭을 가지게 되고, 2주기의 유도전압 파형이 출력되므로 전체적인 유도전압의 실효값과 출력전력 밀도가 1코일 방식에 비해 2배 이상의 크기를 가지게 된다.

나아가, 쇄교자속의 변화가 일정한 공간에서 더 많이 발생할 수 있도록 각 코일의 길이를 제한하여 구성될 수 있는데, 이를 고려하여 각 코일의 길이는 상기 영구자석(226) 길이의 1.5배가 바람직하다.

그리고, 상기 영구자석(226)은 네오디움자석으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 네오디움자석은 자기에너지적이 높고 보자력이 우수해 자기유도에 따른 발전효율이 크게 향상될 수 있도록 한다. 상기와 같은 네오디움자석은 내식성이 약하므로 니켈도금으로 코팅하거나 목적에 맞게 아연, 우레탄, 에폭시 등으로 코팅하여 사용할 수 있다.

<제2실시예>

본 발명의 제2실시예에 따른 자가발전부는, 도4에 도시된 바와 같이, 공간부를 가로질러 형성되어 위쪽의 제1공간부(240a)와 아래의 제2공간부(240b)로 구획하는 격벽(241)과, 상기 격벽(241)을 사이에 두고 상방 및 하방으로 각각 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈(244a,244b)과, 상기 제1공간부(240a)의 상부면 및 상기 제2공간부(240b)의 하부면에서 각각 상기 격벽(241) 방향으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈(244a,244b)의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석(246a,246b)을 포함한다.

상기와 같은 실시예의 자가발전부(200)는 격벽(241)으로 인하여 코일보빈(244a,244b)과 영구자석(246a,246b)을 다단으로 배치할 수 있게 되므로 발전효율을 2배 이상 기대할 수 있으며, 굽이 높은 신발 등에 적용되어 다방면으로 활용이 가능하다.

여기서, 상기 공간부는 보행시 발 뒷굼치로부터 가해지는 외력에 의해 수축과 이완을 반복하게 되며, 이러한 수축과 이완 작용에 의해 영구자석(246a,246b)이 코일보빈(244a,244b) 내부에 삽입되고 이탈되는 동작을 반복하게 된다. 따라서, 반복적인 자기유도 현상이 발생하여 코일보빈(244a,244b)에 권선된 코일의 양단에 기전력이 발생하게 되는 것이다.

상기와 같은 자가발전부(200)는 상기 코일보빈(244a,244b)과 영구자석(246a,246b)을 공간부 내에 다단으로 복수개 배치 가능하므로 발전효율을 높일 수 있으며, 무엇보다 간단한 구조로 인해 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있도록 한다.

한편, 상기 격벽(241)과 상기 코일보빈(244a,244b) 사이에는 상기 영구자석(246a,246b)의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석(242)이 개재될 수 있다. 이러한 완충자석(242)은 상기 영구자석(246a,246b) 크기의 1/3 이하의 크기를 갖는 자석으로 이루어지는 것이 바람직하며, 사출 성형된 지지구를 통해 결합 고정될 수 있다. 따라서, 상기 영구자석(246a,246b)이 코일보빈(244a,244b)에 삽입되어 접근하게 되면 상기 완충자석(242)의 역극성으로 인해 자기베어링 효과가 발생하여 충격을 흡수 할 수 있으며, 이때 발생하는 자석간 떨림에 의한 자석진동 때문에 코일에 미소전압이 추가로 유도되어 기전력이 추가로 확보되므로 전체적인 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 완충자석(242)의 가우스 값은 상기 영구자석(246a,246b)의 가우스 값보다 매우 작어야 하는 것이 바람직한데, 이는 상기 완충자석(242)의 가우스 값이 상기 영구자석(246a,246b)의 가우스 값보다 클 경우 상기 영구자석(246a,246b)의 유동 거리가 짧아지게 되어 유도전류 발전효율이 저하되기 때문이다.

다음으로, 상기 코일보빈(244a,244b)은 상기 영구자석(246a,246b)이 코일을 지날 때 발생하는 쇄교자속이 최대값을 유지하기 위해서 가급적 상기 영구자석(246a,246b)에 가깝게 권선해야하며, 코일간 상호 간섭을 막기 위해 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것이 바람직하다. 따라서, 유도전압이 서로 상쇄되지 않고 합해지는 방향을 유지하도록 하며, 영구자석(246a,246b)이 코일보빈(244a,244b)의 코일간 연결부를 지날 때마다 발생하는 유도전압은 제1코일의 입구단과 제3코일의 출구단을 지나갈 때 발생하는 유도전압보다 2배 정도의 진폭을 가지게 되고, 2주기의 유도전압 파형이 출력되므로 전체적인 유도전압의 실효값과 출력전력 밀도가 1코일 방식에 비해 2배 이상의 크기를 가지게 된다.

나아가, 쇄교자속의 변화가 일정한 공간에서 더 많이 발생할 수 있도록 각 코일의 길이를 제한하여 구성될 수 있는데, 이를 고려하여 각 코일의 길이는 상기 영구자석(246a,246b) 길이의 1.5배가 바람직하다.

그리고, 상기 영구자석(246a,246b)은 네오디움자석으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 네오디움자석은 자기에너지적이 높고 보자력이 우수해 자기유도에 따른 발전효율이 크게 향상될 수 있도록 한다. 상기와 같은 네오디움자석은 내식성이 약하므로 니켈도금으로 코팅하거나 목적에 맞게 아연, 우레탄, 에폭시 등으로 코팅하여 사용할 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 자기유도 방식에 따른 간단한 구조의 자가발전 메커니즘을 이용해 발전효율을 극대화할 수 있음은 물론 제조비용을 절감하여 실용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: 자가발전부
220: 공간부
222: 완충자석
224: 코일보빈
226:: 영구자석
240a: 제1공간부
240b: 제2공간부
241: 격벽
242: 완충자석
244a.244b: 코일보빈
246a,246b: 영구자석

Claims (8)

1. 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부와, 상기 자가발전부에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부와, 상기 정류회로부에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부를 포함하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 있어서,
   상기 자가발전부는,
   상기 공간부의 상부면에서 하방으로 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈; 및
   상기 공간부의 하부면에서 상방으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공간부의 상부면과 상기 코일보빈 사이에는 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석이 개재되는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
3. 제2항에 있어서,
   상기 완충자석의 가우스 값은 상기 영구자석의 가우스 값보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코일보빈의 코일은 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
5. 신발 밑창의 뒷굽부 내부의 공간부에 형성되어 자기유도 현상에 의해 기전력을 발생시키는 자가발전부와, 상기 자가발전부에서 생성된 기전력을 일정한 정전압으로 변환하여 출력시키는 정류회로부와, 상기 정류회로부에서 출력되는 전압을 충전시키는 충전회로부를 포함하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발에 있어서,
   상기 자가발전부는,
   상기 공간부를 가로질러 형성되어 위쪽의 제1공간부와 아래의 제2공간부로 구획하는 격벽;
   상기 격벽을 사이에 두고 상방 및 하방으로 각각 돌출 형성되며 외주면에 코일이 권선된 중공관 형태의 코일보빈; 및
   상기 제1공간부의 상부면 및 상기 제2공간부의 하부면에서 각각 상기 격벽 방향으로 돌출 형성되며 상기 공간부의 수축과 이완에 의해 상기 코일보빈의 내부에 삽입되고 이탈되는 영구자석;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
6. 제3항에 있어서,
   상기 격벽과 상기 코일보빈 사이에는 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성을 갖는 완충자석이 개재되는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
7. 제6항에 있어서,
   상기 완충자석의 가우스 값은 상기 영구자석의 가우스 값보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.
8. 상기 코일보빈의 코일은 일정 구간마다 서로 다른 방향으로 교번되어 권선되는 것을 특징으로 하는 자기유도를 이용한 자가발전 신발.

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