KR20210007160A - 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치 - Google Patents

모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치 Download PDF

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KR20210007160A
KR20210007160A KR1020190083122A KR20190083122A KR20210007160A KR 20210007160 A KR20210007160 A KR 20210007160A KR 1020190083122 A KR1020190083122 A KR 1020190083122A KR 20190083122 A KR20190083122 A KR 20190083122A KR 20210007160 A KR20210007160 A KR 20210007160A
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battery
rotating
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charging
power generation
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김민제
박우찬
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Abstract

본 발명은 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치에 관한 것으로, 배터리, 상기 배터리의 방전상태를 모니터링하고 발전모듈을 기동시키는 제어보드, 및 상기 제어보드에 의해 기동하여 구동력을 발생하는 구동체와 상기 구동체의 구동력에 의해 회전하여 회전자계를 형성하는 회전체 및 상기 회전체의 회전자계가 유도되어 전기로 발전하는 고정체를 구비하여 발전된 전기로 상기 배터리를 충전하는 발전모듈을 포함한다.

Description

모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치{POWER GENERATOR FOR AUXILIARY BATTERIES FOR DISCHARGING MOBILE DEVICES}
본 발명은 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보조배터리의 케이스에 내재될 수 있게 소형 제작되고 전기를 발생시켜 생산된 전기를 보조배터리에 보내 충전시킬 수 있도록 된 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치에 관한 것이다.
스마트폰(smart phone)이나 테블릿피씨(table pc), 웨어러블 디바이스(wearable device) 등의 모바일 기기는 그 크기가 작아지면서도 많은 기능의 확보를 위해 각종 부품이 장착된다.
그리고 모바일 기기에는 각종 부품을 작동시키기 위한 배터리가 구비된다.
이러한 배터리는 모바일 기기를 구동시키는 핵심부품이기 때문에 배터리의 용량, 배터리의 사용시간, 배터리의 충전방법 등은 모바일 기기 사용자의 관심의 대상이 된다.
이에 따라, 모바일 기기에 구비된 배터리를 충전할 수 있는 보조배터리에 대한 수요가 급증하고 있고 사용자의 관심도 증가하고 있다.
일반적으로 보조배터리는 사전에 미리 충전이 되어 있으며, 모바일 기기들에 내재된 배터리의 충전 량이 부족할 경우 보조배터리에서 전기를 공급받는다.
하지만, 보조배터리의 충전 량이 부족할 경우에는 외부로부터 전기를 공급받아 보조배터리를 충전해야 하고 모바일기기의 충전을 위해 수시로 보조배터리의 충전 상태를 확인하고 미리 재충전해 놓아야 하는 번거로움이 있었다. 대용량의 보조배터리를 사용할 경우 재충전 횟수를 어느 정도 줄일 수 있지만, 보조배터리는 용량이 커질수록 가격이 크게 상승하기 때문에 무작정 대용량의 보조배터리를 구매하여 사용하기에는 사용자에게 부담을 줄 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0025318(2012.03.15)호는 휴대폰, PDA 등의 모바일 폰을 구동시키는 배터리가 방전되어 상기 모바일 폰의 사용이 불가능한 상태에서 일반 전원과 차량용 전원을 이용하여 충전할 수 없는 지역 등에 있을 경우에도 상기 모바일 폰의 배터리를 용이하게 충전하여 상기 모바일 폰을 사용할 수 있도록 하는 모바일폰용 발전기에 관한 것으로서, 외부에서 인가되는 구동력에 의하여 회전하는 마그네트를 가진 회전 자계형 코어레스(Core-less) 발전기를 사용함으로써 소형 박형화가 가능하여 모바일 폰의 내부에 탑재가 가능하면서도 상기 배터리를 충전시키기에 충분한 기전력을 가지는 모바일 폰용 발전기에 대해 개시하고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0052582(2012.05.24)호는 모바일 기기 및 모바일 기기용 자가발전 장치에 관한 것으로, 케이스, 상기 케이스 내부에 장착되는 배터리, 상기 배터리에 공급될 전기를 생산하는 발전기, 상기 발전기의 회전자에 연결되어 상기 발전기를 구동하는 구동 수단, 상기 발전기에서 생산된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로부, 및 상기 정류 회로부를 거친 전압을 상기 배터리에 충전하는 충전 회로부를 포함한다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0025318(2012.03.15)호 한국 공개특허공보 제10-2012-0052582(2012.05.24)호
본 발명의 일 실시예는 보조배터리의 케이스에 내재될 수 있게 소형 제작되고 전기를 발생시켜 생산된 전기를 보조배터리에 보내 충전시킬 수 있도록 된 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 회전체에서 회전자계를 발생할 때 회전자계의 크기 및 밀도를 극대화할 수 있는 구조로 영구자석을 배치하여 구동체의 구동력을 방해하지 않고 회전자계 밀도를 높여 발전효율을 높일 수 있도록 한 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 고정자에 철심(core)이 없는 공심 코일들을 설치하여 회전체가 회전하면서 발생하는 철심에 의한 코킹 현상을 방지하여 발전부하에 의한 구동체의 회전부하를 최소화할 수 있도록 한 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 코일을 회전체의 회전방향으로 사선 배치하여 회전자계의 밀도를 모두 수용하고 회전자계 수용량을 높일 수 있도록 한 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 배터리, 상기 배터리의 방전상태를 모니터링하고 발전모듈을 기동시키는 제어보드, 및 상기 제어보드에 의해 기동하여 구동력을 발생하는 구동체와 상기 구동체의 구동력에 의해 회전하여 회전자계를 형성하는 회전체 및 상기 회전체의 회전자계가 유도되어 전기로 발전하는 고정체를 구비하여 발전된 전기로 상기 배터리를 충전하는 발전모듈을 포함한다.
실시예들 중에서, 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 모바일기기 충전을 위한 USB 포트와 상기 발전모듈의 기동을 "온(ON)/오프(OFF)" 하기 위한 사용자 수동 조작 버튼식 스위치를 구비하는 전면 조작부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어보드는 상기 배터리의 충전 량이 기준치 이하이거나 또는 USB 포트에 모바일기기가 연결되거나 또는 사용자에 의해 수동 조작되는 경우에 상기 배터리로부터 상기 발전모듈에 기동전원이 공급되도록 하여 상기 발전모듈을 기동시킬 수 있다.
상기 발전모듈은 상기 회전체의 축 상에 설치되고 상기 배터리로부터 구동 전원을 공급받아 구동력을 발생하는 모터로 된 구동체, 회전자계의 방향이 상기 회전자계의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 복수의 영구자석이 소정간격으로 착자되고 상기 구동체에 의해 발생하는 구동력에 의해 회전하고 상기 복수의 영구자석에 의해 회전자계를 발생하는 회전체, 및 전체적으로 원통형상이며 상기 회전체가 수용되도록 중앙을 관통하는 중공홀이 형성되고 코일이 배치되어 상기 회전체에 의하여 발생하는 회전자계를 전기로 전환하는 고정체를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전체는 상기 구동체의 구동력에 의해 회전하는 회전축, 상기 회전축의 외측에 고정되게 결합되고 상기 회전축과 동일한 방향으로 회전하는 회전자, 및 상기 회전자의 외주면을 따라 제1 방향과 제2 방향으로 교호적으로 배열되는 복수의 영구자석을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정체는 상기 회전체를 수용하는 고정자, 및 상기 고정자의 외주면을 따라 상기 회전자계의 회전방향으로 일정각도 경사지게 사선 배치되고 철심이 없는 복수의 코일을 포함하여 구성될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 고정자에 철심이 없는 공심 코일들을 일방향으로 경사지게 배치하고 고정자 내부에 회전체를 회전이 가능하게 설치하여 소형 제작함으로써 보조배터리의 케이스에 내재될 수 있고 회전체의 회전에 의해 고정자의 코일들에서 전기를 발생시켜 생산된 전기를 보조배터리에 보내 충전시킬 수 있다. 이에 따라, 보조배터리를 항상 충전된 상태로 유지할 수 있고 적은 배터리 용량으로 여러대의 모바일기기를 연속하여 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 회전자계를 전기로 전환하는 코일에 철심이 없는 형태로 제작하여 회전체가 회전하면서 발생하는 철심에 의한 코킹현상을 방지하여 발전부하에 의한 모터의 회전부하를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 코일을 사선으로 배치하여 회전자계를 최대한 수용하여 발전효율을 향상하고 코일 길이를 최대치로 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 회전체에 영구자석을 회전자계의 방향이 회전자계의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 배치하여 구성함으로써 구동체의 구동력을 방해하지 않고 회전자계의 크기 및 밀도를 극대화하여 발전효율을 높일 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 다양한 모바일기기의 충전을 위한 보조배터리의 재충전 횟수를 획기적으로 줄여 사용성을 극대화하고, 적은 배터리용량으로 여러대의 모바일기기를 연속하여 충전이 가능하게 하고, 나아가 배터리 제조 및 폐기로 인한 환경오염을 줄일 수 있도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 나타내는 사시도 및 정단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 있는 발전모듈을 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 있는 회전체를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5에 있는 복수의 영구자석에서의 자력선 형성 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 3에 있는 고정체를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치를 나타내는 사시도 및 정단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치(100)는 배터리(110), 제어보드(120), 발전모듈(130) 및 전면 조작부(140)를 포함하고 이들은 전기적으로 연결될 수 있고 단일 케이스(150)에 내재되어 모바일기기 충전용 보조배터리 팩을 구성할 수 있다.
배터리(110)는 모바일기기 충전용 보조배터리로써, 발전모듈(130)의 기동을 위한 소량의 전원을 제공하고 발전모듈(130)에 의해 생성된 전기를 공급받아 충전할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(110)는 최초 충전시에 외부 전원으로부터 전기를 공급받아 충전하고 그 이후부터는 발전모듈(130)에 의해 발전된 전기로 재충전하여 항상 완충된 상태를 유지할 수 있다.
일반적으로 보조배터리는 용량이 클수록 모바일기기를 여러 번 또는 여러 대의 모바일기기를 연속하여 충전할 수 있지만 부피와 무게 등이 늘어나 휴대성이 떨어질 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(110)는 충전 량이 기준치 이하인 경우 자동으로 또는 사용자의 수동 조작으로 발전모듈(130)에 의해 발전된 전기로 재충전할 수 있어 용량이 작아도 모바일기기를 여러 번 또는 여러 대의 모바일기기를 연속하여 충전이 가능하게 할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 부피를 줄일 수 있다. 여기에서, 배터리(110)는 케이스(150)에 내장될 수 있다.
제어보드(120)는 배터리(110)와 전기적으로 연결될 수 있고 배터리(110)의 방전상태를 모니터링하고 발전모듈(130)을 기동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제어보드(120)는 배터리(110)의 양 끝단에 마련되는 플러스(+)단자와 마이너스(-)단자에 배선되어 전기적으로 연결될 수 있다. 여기에서, 제어보드(120)는 전면 조작부(140)에 마련된 USB 포트(141)에 모바일기기의 연결 유무를 인식하고 모바일기기가 USB 포트(141)에 연결된 경우에 발전모듈(130)을 기동시킬 수 있다. 이때, 제어보드(120)는 배터리(110)와 발전모듈(130) 및 전면 조작부(140)를 제어할 수 있는 회로적 구성을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어보드(120)는 배터리(110)의 충전량을 검사하고 전면 조작부(140)의 스위치(143)를 검사하여 검사결과 배터리(110)의 충전량이 기준치 이하이거나 또는 스위치(143)가 켜져 있으면 발전모듈(130)을 기동시켜 자가 발전할 수 있도록 한다.
발전모듈(130)은 제어보드(120)에 의해 기동하여 발전하고 발전된 전기로 배터리(110)를 충전할 수 있다. 발전모듈(130)은 구동체(131), 회전체(133) 및 고정체(135)를 포함하는 단일 조립체로 구성될 수 있다. 여기에서, 구동체(131)는 회전체(133)의 중심부인 회전 축 상에 연결될 수 있고 모터에 해당할 수 있고 배터리(110)로부터 소량의 전원을 공급받아 기동할 수 있다. 회전체(133)는 구동체(131)의 구동력에 의하여 회전하고 영구자석이 배치되어 회전자계를 발생할 수 있다. 고정체(135)는 전체적으로 원통형상이며 회전체(133)가 수용되도록 중앙을 관통하는 중공홀이 형성되고 코일이 배치되어 회전체(133)에 의하여 발생하는 회전자계를 전기로 전환할 수 있다. 일 실시예에서, 발전모듈(130)은 생산되는 전기를 배터리(110)로 보내 배터리(110)를 충전할 수 있고 전면 조작부(140)의 USB 포트(141)에 모바일기기가 연결된 경우에는 USB 포트(141)에 연결된 모바일기기 측으로 전기를 공급할 수 있다.
전면 조작부(140)는 제어보드(120)의 전면에 배치되고 복수개의 USB 포트(141)와 스위치(143)를 포함할 수 있다. 복수개의 USB 포트(141)는 모바일기기 연결 단자에 해당할 수 있고 배터리(110) 또는 발전모듈(130)에서 전기를 전송받아 모바일기기를 충전할 수 있다. 스위치(143)는 발전모듈(130) 기동을 "온(ON)/오프(OFF)"하기 위한 사용자 수동 조작 버튼에 해당할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1에 있는 발전모듈을 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 발전모듈(130)은 구동체(210), 회전체(220) 및 고정체(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동체(210)는 모터에 해당할 수 있고 배터리(110)로부터 구동 전원을 제공받아 구동할 수 있다. 일 실시예에서, 구동체(210)는 회전체(220)의 축 상에 설치될 수 있다.
회전체(220)는 회전축(221), 회전자(223) 및 복수의 영구자석(225)을 포함한다.
회전축(221)은 구동체(210)에 의해 발생하는 구동력에 의해 회전한다.
회전자(223)는 대략 원통형으로 이루어질 수 있고 회전축(221)의 외측에 고정되게 결합된다. 일 실시예에서, 회전축(221)과 회전자(223) 사이에는 복수의 연결대(227)를 가지며 연결대(227)는 축을 잡아주고 힘을 분산하는 역할을 할 수 있다. 여기에서, 복수의 연결대(227)는 3개로 구성하여 회전축(221)과 회전자(223) 사이를 3분할하여 연결할 수 있다.
복수의 영구자석(225)은 회전자(223)의 외주면을 따라 소정간격으로 이격되게 착자되되 회전자계가 회전자(223)의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 배치된다. 일 실시예에서, 복수의 영구자석(225)은 자기장을 한쪽으로 몰아줄 수 있게 배열될 수 있다. 여기에서, 영구자석(225)는 회전자(223)의 외주면을 따라 제1 방향과 제2 방향으로 교호적으로 배열되고 이웃하여 배열되는 영구자석들 간에는 같은 극이 오도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 회전체(220)에 의해 발생되는 회전자계의 크기 및 밀도를 극대화할 수 있다. 또한, 복수의 영구자석(225)이 회전자계의 방향을 회전자계의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 구성함으로써, 구동체(221)의 회전력을 방해하지 않고 회전자계 밀도를 높여 발전효율을 높일 수 있도록 한다.
고정체(230)는 케이스(150) 측에 고정되어 회전체(220)의 회전에 상관없이 항상 정지된 상태를 유지할 수 있고, 고정자(231)와 복수의 코일(233)을 포함하여 구성될 수 있다.
고정자(231)는 전체적으로 원통형상이며 회전체(220)가 수용되도록 중앙을 관통하는 중공홀이 형성될 수 있다. 고정자(231)와 회전체(220) 사이의 간격은 가까울수록 회전자계의 수용량을 높일 수 있다. 여기에서, 고정자(231)와 회전체(220) 사이의 간격은 대략 1mm 정도로 할 수 있다.
복수의 코일(233)은 고정자(231)의 외주면에 각각 배치되되 회전체(220)의 회전자계의 회전방향으로 사선 배치하되 각각의 코일(233)이 겹쳐지는 구조로 배치한다. 일 실시예에서, 복수의 코일(233)은 고정자(231)에 본딩처리를 통해 고정될 수 있다. 여기에서, 복수의 코일(233)은 철심이 없는 코어리스(coreless) 형태의 공심 코일로 제작되어 회전체(220)가 회전하면서 발생하는 철심에 의한 코깅(cogging) 현상을 방지하게 된다.
코깅현상은 발전기 내부의 자석과 권선 사이의 유효 공극이 일정하지 않아서 발생하는 현상으로 유효 공극이 작은 부분에서는 자석에 의한 토크가 더 크게 발생하므로 회전시키기가 어렵고 유효 공극이 큰 부분에서는 자석에 의한 토크가 더 작게 발생하므로 회전시키기가 쉽게 되는 것을 의미한다. 이 현상을 없애는 방법으로 발전기를 제작할 때 슬롯(권선용 홈)에 비틀림(skewing)을 주어 제작하는 방법이 있는데, 이는 발전기를 제작할 때 더 많이 손이 가게 되고 따라서 제작비가 상승하게 된다.
일 실시예에서, 원통 형상의 고정자(231) 외주면을 따라 복수의 코일(233)을 사선으로 겹쳐지게 배치하여 코일 권선용 홈에 비틀림을 주는 것과 동일한 효과를 줌으로써, 코깅현상을 방지하여 발전부하에 의한 구동체(210)의 회전부하를 최소화할 수 있도록 하고 회전자계를 최대한 수용하여 발전효율을 향상하고 복수의 코일(233)의 길이를 최대치로 구성할 수 있도록 한다. 여기에서, 고정체(230)는 코어리스 형태의 코일 구조로 발전부하발생으로 인한 회전체(220)의 회전저항을 최소화하여 회전체(220)의 전기소모량을 최소화하게 된다. 또한, 고정체(230)는 복수의 코일(233)을 회전자계의 회전방향으로 사선 배치하여 회전자계의 수용량을 높일 수 있다.
도 5는 도 3에 있는 회전체를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 회전체(220)는 회전축(310), 복수의 연결대(320), 회전자(330) 및 복수의 영구자석(340)을 포함하여 구성될 수 있다.
회전축(310)은 구동체(210)의 구동력에 의해 회전될 수 있다.
복수의 연결대(320)는 회전축(310)을 잡아주고 회전축(310)에 발생되는 회전 동력을 분산할 수 있게 회전축(310)에 분산 배치되어 고정되게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 연결대(320)는 적어도 3개 이상을 포함할 수 있고 균등 분할하여 배치될 수 있다.
회전자(330)는 내주면에 복수의 연결대(320)를 통해 회전축(310)과 고정되게 결합될 수 있고 외주면에 일정간격으로 홈이 형성되어 복수의 영구자석(340)이 홈에 삽입되어 배치될 수 있다. 회전자(330)는 회전축(310)의 회전에 따라 회전축(310)과 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
복수의 영구자석(340)은 회전자(330)에 외주면에 형성된 홈에 삽입되어 배치될 수 있다.
영구자석은 말 그대로 영구적인 자석을 의미한다. 영구자석은 전원을 제거해도 끊임없이 자력선을 배출하는 것으로 자력선은 N극에서 S극으로 들어가는 연속적인 선으로 자력선이 밀집되어 있는 곳이 자장이 강하다고 할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 영구자석(340)은 제1 방향으로 배치되는 제1 영구자석(340a)과 제2 방향으로 배치되는 제2 영구자석(340b)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 복수의 영구자석(340)은 제1 방향(회전자의 외주면을 기준으로 수평방향)과 제2 방향(회전자의 외주면을 기준으로 수직방향)을 번갈아가면서 배치될 수 있다. 이때, 복수의 영구자석(340)은 회전자계의 방향을 회전자계의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 배치하여 회전자계의 크기 및 밀도를 극대화할 수 있게 한다.
도 6은 도 5에 있는 복수의 영구자석에서의 자력선 형성 상태를 설명하는 도면으로, (가)는 도 5에 있는 복수의 영구자석 배치에 따른 자력선의 형상을 나타내고, (나)는 실제 측정된 자기장 형상을 나타낸다.
도 6의 (가) 및 (나)를 보면, 복수의 영구자석(340)이 회전자(330)의 바깥쪽으로 제1 방향과 제2 방향으로 교호적으로 배치되되 이웃하는 자석 간에 동일극이 형성됨에 따라 회전자계의 방향이 바깥쪽을 향하도록 되어 있고 바깥쪽으로 자장이 강하게 모아지게 된다. 이에 따라, 회전축(310) 상에 설치되는 구동체의 회전력을 방해하지 않고 회전자계의 밀도를 높여 발전효율을 높일 수 있게 한다.
도 7은 도 3에 있는 고정체를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 고정체(230)는 고정자(410)와 복수의 코일(420)을 포함하여 구성될 수 있고, 케이스(150) 측에 고정되게 결합될 수 있다.
고정자(410)는 복합연성물질 또는 비자성체로써 중공 원통형으로 성형하고 외주면에 복수의 코일(420)이 본딩처리되어 고정되게 배치될 수 있다.
복수의 코일(420)은 철심이 없는 공심코일 형태로 고정자(410) 내주면에 배치되는 회전체(220)로부터 강한 자력이 유도될 수 있게 15도 내지 25도로 경사지게 사선 배치되어 각각의 코일(420)이 겹쳐지는 구조로 배치될 수 있다. 복수의 코일(420)의 기울기에 따른 발전량을 측정한 결과는 다음 표 1과 같다.
[표 1]
Figure pat00001
HIOKI Clamp tester 3288 측정장비를 사용하여 코일 기울기에 따른 발전량을 측정한 결과, 표 1에 보여진 바와 같이, 코일을 15도 내지 25도 정도의 기울기로 배치하였을 때 발전량이 크게 측정되었다.
일 실시예에 따른 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치는 회전축에 회전동력이 발생하면 회전축이 회전하게 된다. 회전축이 회전하면 회전축에 고정되게 결합된 회전자가 회전축의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이때, 회전자에 설치된 영구자석에 의해 회전자계가 형성되고 회전자계가 고정자에 설치된 코일에 유도되어 전기로 전환되어 배터리의 충전을 위해 제공되게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전장치
110: 배터리 120: 제어보드
130: 발전모듈 140: 전면 조작부
150: 케이스
131,210: 구동체 133,220: 회전체
135,230: 고정체
141: USB 포트 143: 스위치
221,310: 회전축 223,330: 회전자
225,340: 영구자석 227,320: 연결대
231,410: 고정자 233,420: 코일

Claims (6)

  1. 배터리;
    상기 배터리의 방전상태를 모니터링하고 발전모듈을 기동시키는 제어보드; 및
    상기 제어보드에 의해 기동하여 구동력을 발생하는 구동체와 상기 구동체의 구동력에 의해 회전하여 회전자계를 형성하는 회전체 및 상기 회전체의 회전자계가 유도되어 전기로 발전하는 고정체를 구비하여 발전된 전기로 상기 배터리를 충전하는 발전모듈을 포함하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    모바일기기 충전을 위한 USB 포트와 상기 발전모듈의 기동을 "온(ON)/오프(OFF)" 하기 위한 사용자 수동 조작 버튼식 스위치를 구비하는 전면 조작부를 더 포함하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어보드는
    상기 배터리의 충전 량이 기준치 이하이거나 또는 USB 포트에 모바일기기가 연결되거나 또는 사용자에 의해 수동 조작되는 경우에 상기 배터리로부터 상기 발전모듈에 기동전원이 공급되도록 하여 상기 발전모듈을 기동시키는 것을 특징으로 하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발전모듈은
    상기 회전체의 축 상에 설치되고 상기 배터리로부터 구동 전원을 공급받아 구동력을 발생하는 모터로 된 구동체;
    회전자계의 방향이 상기 회전자계의 중심에서 바깥쪽으로 향하도록 복수의 영구자석이 소정간격으로 착자되고 상기 구동체에 의해 발생하는 구동력에 의해 회전하고 상기 복수의 영구자석에 의해 회전자계를 발생하는 회전체; 및
    전체적으로 원통형상이며 상기 회전체가 수용되도록 중앙을 관통하는 중공홀이 형성되고 코일이 배치되어 상기 회전체에 의하여 발생하는 회전자계를 전기로 전환하는 고정체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전체는
    상기 구동체의 구동력에 의해 회전하는 회전축;
    상기 회전축의 외측에 고정되게 결합되고 상기 회전축과 동일한 방향으로 회전하는 회전자; 및
    상기 회전자의 외주면을 따라 제1 방향과 제2 방향으로 교호적으로 배열되는 복수의 영구자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발생 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 고정체는
    상기 회전체를 수용하는 고정자; 및
    상기 고정자의 외주면을 따라 상기 회전자계의 회전방향으로 일정각도 경사지게 사선 배치되고 철심이 없는 복수의 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일기기 충전용 보조배터리를 위한 자가 발전 장치.
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