KR20220083326A

KR20220083326A - Mechanical energy frequency regulator and triboelectric nanogenerator using it

Info

Publication number: KR20220083326A
Application number: KR1020200173468A
Authority: KR
Inventors: 최덕현; 팜듀이칸; 황희재; 김욱
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-20
Also published as: KR102518638B1

Abstract

개시된 본 발명에 의한 정전 발전기는, 불규칙한 주파수의 기계 에너지가 입력되어 저장되는 저장부, 저장부에 저장된 기계 에너지의 주파수를 균일하게 조정하는 조정부 및 조정된 기계 에너지를 출력 에너지로 출력하는 출력부를 포함하는 기계 에너지 주파수 제어시스템 및, 출력부의 출력 에너지에 의해 접촉 및 분리되어 정전 발전되는 발전부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 불규칙한 기계 에너지를 균일하게 조정하여 출력할 수 있어, 발전 효율을 향상시킬 수 있다. The electrostatic generator according to the present invention disclosed includes a storage unit to which mechanical energy of irregular frequency is input and stored, an adjustment unit for uniformly adjusting the frequency of mechanical energy stored in the storage unit, and an output unit for outputting the adjusted mechanical energy as output energy It includes a mechanical energy frequency control system, and a power generation unit that is contacted and separated by the output energy of the output unit to generate electrostatic power. According to such a configuration, irregular mechanical energy can be uniformly adjusted and outputted, and power generation efficiency can be improved.

Description

Mechanical energy frequency control system and electrostatic generator using the same

본 발명은 기계 에너지 주파수 제어시스템 및 이를 이용한 정전 발전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 불규칙한 기계 에너지를 균질 및 균일화된 주파수로 조정하여 출력 에너지로 출력함으로써 안정적인 정전 발전이 가능한 기계 에너지 주파수 제어시스템 및 이를 이용한 정전 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a mechanical energy frequency control system and an electrostatic generator using the same, and more particularly, to a mechanical energy frequency control system capable of stable electrostatic power generation by adjusting irregular mechanical energy to a homogeneous and uniform frequency and outputting it as output energy, and the same It relates to the electrostatic generator used.

정전기 현상을 이용한 정전 발전 원리는, 양전하 물질과 음전하 물질이 정전기 현상으로 인해 대전되는 현상을 이용하여 전기적 에너지를 생산한다. 이때, 양전하 물질과 음전하 물질이 서로 부딪혔다 떨어지게 되면 양전하 물질에 있는 전하가 음전하 물질로 이동하게 된다. 또한, 양전하 물질과 음전하 물질이 다시 부딪히려고 하게 되면, 전자는 음전하 물질에서 양전하 물질로 이동하게 된다. 이러한 양전하 물질과 음전하 물질 사이의 마찰에 의해 발생되는 전자의 흐름이 전류의 흐름을 야기하여, 정전 발전이 발생되게 된다. The electrostatic power generation principle using the electrostatic phenomenon generates electrical energy by using a phenomenon in which a positively charged material and a negatively charged material are charged due to an electrostatic phenomenon. At this time, when the positively charged material and the negatively charged material collide and fall apart, the charge in the positively charged material moves to the negatively charged material. Also, when the positively charged material and the negatively charged material try to collide again, electrons move from the negatively charged material to the positively charged material. The flow of electrons generated by friction between the positively charged material and the negatively charged material causes a current to flow, thereby generating electrostatic power generation.

한편, 정전 발전의 결과값은 표면 면적, 부딪힐 때 가해지는 힘의 크기, 부딪히려 할 때의 속도, 양전하 물질과 음전화 물질 사이의 거리, 소자의 굵기, 표면 대전 정도 등에 따라 다르다. 이에 따라, 정전 발전을 위한 주변의 에너지가 일정하지 않을 경우, 정전 발전의 출력 주파수도 균일하지 않다. 뿐만 아니라, 정전 발전을 위해 입력되는 기계 에너지를 수동으로 제어함으로써, 가변적인 기계 에너지 제어가 용이하지 않다. On the other hand, the result of electrostatic power generation differs depending on the surface area, the magnitude of the force applied when colliding, the speed at the time of colliding, the distance between the positively charged material and the negatively charged material, the thickness of the device, the degree of surface charge, and the like. Accordingly, when the surrounding energy for the electrostatic power generation is not constant, the output frequency of the electrostatic power generation is also not uniform. In addition, by manually controlling the mechanical energy input for electrostatic power generation, it is not easy to control variable mechanical energy.

따라서, 근래에는 정전발전을 위해 입력되는 기계 에너지의 제어 효율을 향상시켜 정전 발전 성능을 향상시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다. Accordingly, in recent years, various studies are being continuously conducted to improve the performance of electrostatic power generation by improving the control efficiency of mechanical energy input for electrostatic power generation.

대한민국 등록특허공보 제10-1979148호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1979148 대한민국 등록특허공보 제10-1569311호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1569311

본 발명의 목적은 불규칙하게 입력되는 기계 에너지의 주파수를 균질 및 균일화하여 안정적인 출력 에너지 발생이 가능한 기계 에너지 주파수 제어시스템을 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a mechanical energy frequency control system capable of stably generating output energy by homogenizing and homogenizing the frequency of irregularly input mechanical energy.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적이 달성된 기계 에너지 주파수 제어시스템을 이용한 정전 발전기를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrostatic generator using a mechanical energy frequency control system in which the above object is achieved.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기계 에너지 주파수 제어시스템은, 불규칙한 주파수의 기계 에너지가 입력되어 저장되는 저장부, 상기 저장부에 저장된 상기 기계 에너지의 주파수를 균일하게 조정하는 조정부 및, 조정된 상기 기계 에너지를 출력 에너지로 출력하는 출력부를 포함하며, 상기 조정부는 상기 저장부와 출력부 사이에 위치하여, 상기 저장부에 상기 기계 에너지를 저장시키거나, 상기 출력부로 출력됨을 조정한다. Mechanical energy frequency control system according to the present invention for achieving the above object, a storage unit to which mechanical energy of irregular frequency is input and stored, an adjustment unit for uniformly adjusting the frequency of the mechanical energy stored in the storage unit, and the adjusted and an output unit for outputting the mechanical energy as output energy, wherein the adjusting unit is positioned between the storage unit and the output unit to store the mechanical energy in the storage unit or to adjust output to the output unit.

또한, 상기 저장부는, 상기 기계 에너지에 의해 탄성 변형되어 권선 횟수 및 길이에 따라 불규칙한 주파수의 상기 기계 에너지의 크기를 조절 가능하여 상기 기계 에너지를 저장하는 적어도 하나의 탄성부재 및, 상기 탄성부재의 복원력에 의해 발생된 상기 출력 에너지를 상기 출력부로 전달하는 구동트레인을 포함할 수 있다. In addition, the storage unit is elastically deformed by the mechanical energy to adjust the magnitude of the mechanical energy of an irregular frequency according to the number and length of windings, so that at least one elastic member for storing the mechanical energy, and the restoring force of the elastic member and a driving train for transferring the output energy generated by the to the output unit.

또한, 상기 저장부로 상기 기계 에너지를 입력하는 입력부를 포함하며, 상기 입력부는, 상기 기계 에너지를 입력시키는 입력부재 및 상기 입력부재와 연결되어, 상기 기계 에너지를 상기 저장부와 조정부로 분기하여 전달하는 복수의 입력기어들을 포함하는 입력트레인을 포함할 수 있다. In addition, an input unit for inputting the mechanical energy to the storage unit is included, wherein the input unit is connected to an input member for inputting the mechanical energy and the input member to branch and transfer the mechanical energy to the storage unit and the adjusting unit It may include an input train including a plurality of input gears.

또한, 상기 입력트레인과 상기 저장부 사이에는 상기 기계 에너지의 회전 방향을 한방향으로 제어하도록 상호 맞물리는 폴(Pawl) 및 래치(Ratchet)가 마련될 수 있다. Also, between the input train and the storage unit, a pawl and a latch that engage with each other to control the rotational direction of the mechanical energy in one direction may be provided.

또한, 상기 조정부는, 적어도 일부 영역이 결손된 결손영역과 결손되지 않은 비결손영역을 가지는 원반 형상을 가지는 블로커 및, 상기 블로커의 상기 비결손영역과 맞물려 회전 가능하며, 상기 출력부와 연결되는 스토퍼를 포함하며, 상기 블로커는 입력된 상기 기계 에너지에 의해 회전되고, 상기 스토퍼는 상기 저장부와 동축 연결될 수 있다. In addition, the adjusting unit may include a blocker having a disk shape having a defective region in which at least some regions are missing and a non-defective region that is not defective, and a stopper that is rotatable in engagement with the non-defective region of the blocker, and is connected to the output unit Including, the blocker may be rotated by the input mechanical energy, and the stopper may be coaxially connected to the storage unit.

또한, 상기 블로커의 비결손영역의 원호와 접하여 상기 스토퍼가 회전되면 상기 저장부에 상기 기계 에너지가 저장되고, 상기 블로커의 결손영역과 상기 스토퍼가 마주하여 상기 스토퍼가 상기 블로커에 의해 비간섭되면, 상기 저장부에 저장된 상기 기계 에너지가 균일한 주파수의 상기 출력 에너지로 출력될 수 있다. In addition, when the stopper is rotated in contact with the arc of the non-defective area of the blocker, the mechanical energy is stored in the storage, the defective area of the blocker and the stopper face each other so that the stopper is non-interfered by the blocker, The mechanical energy stored in the storage unit may be output as the output energy of a uniform frequency.

또한, 상기 출력부는, 상기 조정부로부터 전달되는 상기 출력 에너지에 의해 회전되는 캠 및 상기 캠과 연결되어, 상기 출력 에너지의 출력 시간과 크기를 제어하는 적어도 하나의 조절부재를 구비하는 거버너를 포함할 수 있다. In addition, the output unit may include a cam rotated by the output energy transmitted from the adjusting unit and a governor connected to the cam and having at least one adjusting member for controlling the output time and size of the output energy. have.

또한, 상기 저장부는 상기 기계 에너지에 의해 압축되어 상기 기계 에너지를 저장하는 탄성부재를 포함하며, 상기 조정부는, 상기 기계 에너지로부터 분기된 회전력에 의해 회전되며, 적어도 일부 영역이 결손된 결손영역과 결손되지 않은 비결손영역을 가지는 원반 형상을 가지는 블로커 및, 상기 탄성부재와 동축 연결되되, 상기 블로커의 비결손영역의 원호와 맞물려 회전시 상기 탄성부재에 상기 기계 에너지를 저장시키고 상기 블로커의 결손영역과 마주하여 비간섭되면 상기 탄성부재의 탄성 복원력에 의해 저장된 상기 기계 에너지를 출력시키는 스토퍼를 포함할 수 있다. In addition, the storage unit includes an elastic member compressed by the mechanical energy to store the mechanical energy, and the adjusting unit is rotated by a rotational force branched from the mechanical energy, and at least a partial region is missing from the defective region and the defect. A blocker having a disk shape having a non-defective region that is not undefected, and coaxially connected to the elastic member, the mechanical energy is stored in the elastic member when rotated in engagement with the arc of the non-defective region of the blocker, and the defective region of the blocker and When facing non-interference, it may include a stopper for outputting the mechanical energy stored by the elastic restoring force of the elastic member.

또한, 상기 탄성부재의 토크는 상기 블로커의 토크에 비례하고, 상기 블로커의 토크는 하기 수학식 1에 의해 계산되며, In addition, the torque of the elastic member is proportional to the torque of the blocker, the torque of the blocker is calculated by the following Equation 1,

[수학식 1][Equation 1]

여기서, T_e는 상기 블로커의 토크, P_B는 상기 블로커의 원호 길이, t_B는 상기 블로커의 두께, R_B는 상기 블로커의 반경, N_g는 상기 블로커로 상기 기계 에너지를 전달하는 구동트레인의 기어비 및, ω는 상기 구동트레인의 각속도일 수 있다. Here, T _e is the torque of the blocker, P _B is the arc length of the blocker, t _B is the thickness of the blocker, _RB is the radius of the blocker, N _g is the drive train for transferring the mechanical energy to the blocker The gear ratio and ω may be the angular velocity of the drivetrain.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 정전 발전기는, 불규칙한 주파수의 기계 에너지를 입력하는 입력부, 상기 입력부와 연결되어 상기 기계 에너지가 저장되는 저장부, 상기 저장부에 저장된 상기 기계 에너지의 주파수를 균일하게 조정하는 조정부, 상기 조정부와 연결되어 조정된 상기 기계 에너지를 출력 에너지로 출력하는 출력부 및, 상기 출력부의 상기 출력 에너지에 의해 접촉 및 분리되어 정전 발전되는 발전부를 포함하며, 상기 조정부는 상기 저장부와 출력부 사이에 마련되어, 상기 저장부에 상기 기계 에너지를 저장시키거나, 상기 출력부로 출력시키도록 조정한다. The electrostatic generator according to a preferred embodiment of the present invention includes an input unit for inputting mechanical energy of an irregular frequency, a storage unit connected to the input unit to store the mechanical energy, and uniformly uniform the frequency of the mechanical energy stored in the storage unit An adjustment unit for adjusting, an output unit connected to the adjustment unit to output the adjusted mechanical energy as output energy, and a power generation unit contacted and separated by the output energy of the output unit to generate electrostatic power, wherein the adjustment unit includes the storage unit It is provided between the and the output unit to store the mechanical energy in the storage unit or to output the mechanical energy to the output unit.

또한, 상기 입력부는, 상기 기계 에너지를 입력시키는 입력부재 및, 상기 입력부재와 연결되어, 상기 기계 에너지를 상기 저장부와 조정부로 분기하여 전달하는 복수의 입력기어들을 포함하는 입력트레인을 포함하며, 상기 입력트레인과 상기 저장부 사이에는 상기 기계 에너지의 회전 방향을 한방향으로 제어하도록 상호 맞물리는 폴(Pawl) 및 래치(Ratchet)가 마련될 수 있다. In addition, the input unit includes an input member for inputting the mechanical energy and an input train including a plurality of input gears connected to the input member to branch and transmit the mechanical energy to the storage unit and the adjusting unit, A pawl and a latch that engage with each other to control the rotational direction of the mechanical energy in one direction may be provided between the input train and the storage unit.

또한, 상기 조정부는, 상기 기계 에너지로부터 분기된 회전력에 의해 회전되며, 적어도 일부 영역이 결손된 결손영역과 결손되지 않은 비결손영역을 가지는 원반 형상을 가지는 블로커 및, 상기 탄성부재와 동축 연결되되, 상기 블로커의 비결손영역의 원호와 맞물려 회전 가능한 스토퍼를 포함하며, 상기 스토퍼는 상기 블로커의 비결손영역의 원호와 맞물리면 상기 탄성부재에 상기 기계 에너지를 저장시키고, 상기 블로커의 결손영역과 마주하여 비간섭되면 상기 탄성부재의 탄성 복원력에 의해 저장된 상기 기계 에너지를 출력시킬 수 있다. In addition, the adjustment unit is rotated by the rotational force branched from the mechanical energy, and at least a partial area is a blocker having a disk shape having a missing area and a non-defective non-defective area, and the elastic member is coaxially connected, and a stopper rotatable in engagement with the arc of the non-defective region of the blocker, wherein the stopper stores the mechanical energy in the elastic member when engaged with the arc of the non-defective region of the blocker, and faces the defective region of the blocker. When the interference occurs, the mechanical energy stored by the elastic restoring force of the elastic member may be output.

[수학식 1] [Equation 1]

상기 출력부는, 상기 조정부로부터 전달되는 상기 출력 에너지에 의해 회전되는 캠 및, 상기 캠과 연결되어, 상기 출력 에너지의 출력 시간과 크기를 제어하는 적어도 하나의 조절부재를 구비하는 거버너를 포함할 수 있다. The output unit may include a cam rotated by the output energy transmitted from the adjustment unit, and a governor connected to the cam and having at least one adjustment member for controlling the output time and size of the output energy. .

또한, 상기 발전부는, 양전하물질을 포함하는 양전하부재 및, 상기 양전하부재와 마주하여 음전하물질을 구비하는 음전하부재를 포함하며, 상기 출력부에 의해 상기 양전하부재와 음전하부재가 반복적으로 접촉 및 분리될 수 있다. In addition, the power generation unit includes a positively charged member containing a positively charged material, and a negatively charged member facing the positively charged member and having a negatively charged material, and the positively charged member and the negatively charged member are repeatedly contacted and separated by the output unit. can

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 불규칙하게 입력되는 기계 에너지를 균질 및 균일화할 수 있어, 안정적인 에너지 출력이 가능하다. According to the present invention having the above configuration, first, it is possible to homogenize and homogenize irregularly input mechanical energy, so that a stable energy output is possible.

둘째, 기계 에너지의 주파수 제어를 자동으로 수행할 수 있어, 고효율 정전 발전에 유리하다.Second, it is possible to automatically perform frequency control of mechanical energy, which is advantageous for high-efficiency electrostatic power generation.

셋째, 주파수 제어가 가능함에 따라 기존의 전기/전자 제품의 부품을 비롯한 다양한 제품군을 활용할 수 있어, 실생활 적용성이 우수하다. Third, as frequency control is possible, various product groups including parts of existing electric/electronic products can be utilized, which is excellent in real life applicability.

넷째, 에너지 출력 효율을 향상시키며, 정전 발전 품질 향상에 기여할 수 있으며, 구동 시간 및 기간에 따른 전기 생산량 예측이 가능해진다.Fourth, the energy output efficiency can be improved, it can contribute to the improvement of the quality of electrostatic power generation, and it is possible to predict the electricity production according to the driving time and period.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 정전 발전기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기계 에너지 주파수 제어시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저장부와 조정부의 동작 관계를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 출력부 및 발전부를 개략적으로 확대 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 발전부의 발전 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 6은 입력되는 불규칙한 기계 에너지를 제어하기 위한 유효 인자를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시된 거버너의 질량 및 회전 반경에 따른 출력 에너지를 비교하기 위해 개략적으로 도시한 그래프들이다.
도 8은 도 7과 동일 조건에서의 출력 에너지의 전류값을 비교하기 위해 개략적으로 도시한 그래프들이다. 그리고,
도 9는 도 1에 도시된 블로커의 원호 사이즈에 따른 출력 에너지를 비교하기 위해 개략적으로 도시한 그래프들이다. 1 is a perspective view schematically showing an electrostatic generator according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically illustrating the mechanical energy frequency control system shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an operation relationship between the storage unit and the adjustment unit shown in FIG. 1 .
4 is a schematic enlarged perspective view of the output unit and the power generation unit shown in FIG. 1 .
5 is a schematic front view to explain the power generation operation of the power generation unit shown in FIG.
6 is a schematic diagram schematically illustrating an effective factor for controlling input irregular mechanical energy.
7 is a graph schematically illustrating output energy according to the mass and rotation radius of the governor shown in FIG. 1 .
8 is a graph schematically illustrating a comparison of current values of output energy under the same conditions as those of FIG. 7 . and,
9 is a graph schematically illustrating output energy according to the arc size of the blocker shown in FIG. 1 .

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such an embodiment, and the spirit of the present invention may be differently proposed by adding, changing, and deleting components constituting the embodiment, but this is also included in the scope of the present invention. will become

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 정전 발전기(1)는 기계 에너지 주파수 제어시스템(100) 및 발전부(200)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , an electrostatic generator 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a mechanical energy frequency control system 100 and a power generation unit 200 .

기계 에너지 주파수 제어시스템(100)은 외부로부터 입력되는 기계 에너지를 일정 주파수의 출력 에너지로 제어한다. 이를 위해, 기계 에너지 주파수 제어시스템(100)은 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 입력부(110), 저장부(120), 조정부(130) 및 출력부(140)를 포함한다. The mechanical energy frequency control system 100 controls mechanical energy input from the outside as output energy of a predetermined frequency. To this end, the mechanical energy frequency control system 100 includes an input unit 110 , a storage unit 120 , an adjustment unit 130 , and an output unit 140 as shown in FIGS. 1 and 2 .

입력부(110)는 기계 에너지를 입력하는 것으로서, 입력부재(111), 입력트레인(112), 폴(113) 및 래치(114)를 포함한다. The input unit 110 inputs mechanical energy and includes an input member 111 , an input train 112 , a pawl 113 , and a latch 114 .

입력부재(111)는 기계 에너지를 수동으로 입력시킬 수 있다. 본 실시예에서는 도 1의 도시와 같이, 입력부재(111)가 핸들 크랭크(Handle crank)와 같은 수동 입력 수단을 포함하는 것으로 예시하나, 도시된 예로만 한정되지 않음은 당연하다. 이러한 입력부재(111)를 사용자가 조작하여 회전시킴으로써, 불규칙한 기계 에너지가 입력부재(111)의 제1입력축(111a)과 연결되는 입력트레인(112)으로 전달된다. The input member 111 may manually input mechanical energy. In the present embodiment, as shown in FIG. 1 , the input member 111 is exemplified as including a manual input means such as a handle crank, but it is of course not limited to the illustrated example. By manipulating and rotating the input member 111 by the user, irregular mechanical energy is transmitted to the input train 112 connected to the first input shaft 111a of the input member 111 .

입력트레인(112)은 입력부재(111)와 연결되어, 기계 에너지를 저장부(120)와 조정부(130)로 분기하여 전달하는 복수의 입력기어(1121~1128)를 포함한다. 이러한 입력트레인(112)의 도 2의 도시와 같이, 제1 내지 제8입력기어(1121~1128)를 포함하는 것으로 예시하나, 도시된 예로만 한정되지 않음은 당연하다. The input train 112 is connected to the input member 111 and includes a plurality of input gears 1121 to 1128 for branching and transmitting mechanical energy to the storage unit 120 and the adjustment unit 130 . As shown in FIG. 2 of the input train 112, it is exemplified as including the first to eighth input gears 1121 to 1128, but it is of course not limited to the illustrated example.

제1입력기어(1121)는 입력부재(111)의 제1입력축(111a)으로 연결되어, 입력부재(111)의 회전력에 의해 동축 회전된다. 제1입력기어(1121)는 제2입력기어(1122)와 맞물림으로써, 입력부재(111)의 기계 에너지가 제2입력기어(1122)로 전달된다. The first input gear 1121 is connected to the first input shaft 111a of the input member 111 and is coaxially rotated by the rotational force of the input member 111 . As the first input gear 1121 meshes with the second input gear 1122 , the mechanical energy of the input member 111 is transferred to the second input gear 1122 .

제2입력기어(1122)는 제2입력축(1122a)을 중심으로 회전되며, 제1입력기어(1121)로부터 전달받은 기계 에너지를 제2입력축(1122a)에 의해 동축 연결된 제3입력기어(1123)로 전달한다. 여기서, 제1입력기어(1121)의 회전 반경보다 제2입력기어(1122)의 회전반경이 더 크도록 마련됨으로써, 기계 에너지를 감속하여 제3입력기어(1123)으로 전달할 수 있다. The second input gear 1122 is rotated about the second input shaft 1122a, and the mechanical energy transmitted from the first input gear 1121 is coaxially connected to the third input gear 1123 by the second input shaft 1122a. forward to Here, since the rotation radius of the second input gear 1122 is greater than the rotation radius of the first input gear 1121 , the mechanical energy can be decelerated and transferred to the third input gear 1123 .

제3입력기어(1123)는 제4입력기어(1124)와 맞물림으로써, 기계 에너지를 전달한다. 이때, 제4입력기어(1124)는 제3입력기어(1123)보다 큰 회전 반경을 가짐으로써, 제3입력기어(1123)로부터 전달된 기계 에너지를 감속시킬 수 있다. 이러한 제4입력기어(1124)는 제3입력축(1124a)을 중심으로 회전되며, 제3입력축(1124a)에 제5입력기어(1125)가 동축 연결되어 회전된다. 그로 인해, 기계 에너지가 제4입력기어(1124)로부터 축 방향으로 제5입력기어(1125)에 전달된다. The third input gear 1123 meshes with the fourth input gear 1124 to transmit mechanical energy. In this case, since the fourth input gear 1124 has a larger rotation radius than the third input gear 1123 , the mechanical energy transmitted from the third input gear 1123 may be decelerated. The fourth input gear 1124 is rotated about the third input shaft 1124a, and the fifth input gear 1125 is coaxially connected to the third input shaft 1124a to rotate. Accordingly, mechanical energy is transferred from the fourth input gear 1124 to the fifth input gear 1125 in the axial direction.

제5입력기어(1125)는 제6입력기어(1126)와 맞물려 회전되며, 제6입력기어(1126)는 제4입력축(1126a)을 중심으로 회전된다. 이때, 제4입력축(1126a)에 제7입력기어(127)가 동축 연결되어 회전되고, 제7입력기어(127)는 제8입력기어(1128)와 맞물려 회전된다. 그로 인해, 제5입력기어(1125)로부터 전달되는 기계 에너지가 제6입력기어(1126), 제7입력기어(127) 및 제8입력기어(1128)를 통해 순차적으로 전달되어, 제8입력기어(1128)로 전달된다. The fifth input gear 1125 is rotated by meshing with the sixth input gear 1126 , and the sixth input gear 1126 is rotated about the fourth input shaft 1126a. At this time, the seventh input gear 127 is coaxially connected to the fourth input shaft 1126a to rotate, and the seventh input gear 127 is engaged with the eighth input gear 1128 to rotate. Accordingly, mechanical energy transmitted from the fifth input gear 1125 is sequentially transferred through the sixth input gear 1126 , the seventh input gear 127 , and the eighth input gear 1128 , and the eighth input gear forwarded to (1128).

한편, 제5입력기어(1125)의 회전축인 제3입력축(1124a)에는 후술할 저장부(120)가 연결됨으로써, 기계 에너지가 저장부(120)로 전달되어 저장될 수 있다. 또한, 제5입력기어(1125)와 맞물린 제6입력기어(1126)로 분기된 기계 에너지는 제8입력기어(1128)로 전달되고, 제8입력기어(1128)의 회전축인 제5입력축(1128a)은 후술할 조정부(130)의 블로커(131)와 연결된다. 그로 인해, 제5입력기어(1125)에서 기계 에너지는 저장부(120) 및 조정부(130)로 분기되어 전달되게 된다. Meanwhile, a storage unit 120 , which will be described later, is connected to the third input shaft 1124a , which is a rotation shaft of the fifth input gear 1125 , so that mechanical energy may be transferred to and stored in the storage unit 120 . In addition, the mechanical energy branched to the sixth input gear 1126 meshed with the fifth input gear 1125 is transferred to the eighth input gear 1128 , and the fifth input shaft 1128a which is the rotation axis of the eighth input gear 1128 . ) is connected to the blocker 131 of the adjustment unit 130 to be described later. As a result, mechanical energy from the fifth input gear 1125 is branched and transferred to the storage unit 120 and the adjustment unit 130 .

폴(Pawl)(113) 및 래치(Ratchet)(114)는 입력트레인(112)과 저장부(120)의 사이에 위치하여, 기계 에너지의 회전 방향을 한 방향으로 제어하도록 상호 맞물리게 마련된다. 여기서, 래치(114)는 기계 에너지를 분기시키는 제5입력기어(1125)와 저장부(120)의 사이에 위치하며, 제3입력축(1124a)에 동축 마련된다. 또한, 폴(113)은 래치(114)의 외주면에 마련된 기어이와 맞물림으로써, 래치(114)의 회전 방향을 한 방향으로 제한시킨다. A pawl 113 and a latch 114 are positioned between the input train 112 and the storage unit 120, and are provided to engage with each other to control the rotational direction of mechanical energy in one direction. Here, the latch 114 is positioned between the fifth input gear 1125 for branching the mechanical energy and the storage unit 120 , and is provided coaxially with the third input shaft 1124a. In addition, the pawl 113 is engaged with the gear teeth provided on the outer peripheral surface of the latch 114, thereby limiting the rotation direction of the latch 114 to one direction.

이러한 폴(113) 및 래치(114)의 구성으로 인해, 제5입력기어(1125)와 동축 연결된 저장부(120)로 기계 에너지가 한 방향으로만 회전되어 전달되도록 제어할 수 있게 된다. Due to the configuration of the pawl 113 and the latch 114 , it is possible to control the mechanical energy to be rotated and transmitted in only one direction to the storage unit 120 coaxially connected to the fifth input gear 1125 .

저장부(120)는 불규칙한 주파수의 기계 에너지를 저장한다. 이러한 저장부(120)는 도 1의 도시와 같이, 입력부(110)로부터 입력되어 전달되는 기계 에너지를 저장하는 일종의 충전수단 중 하나이다. 본 실시예에서는 저장부(120)가 탄성부재(121)와 구동트레인(122)을 포함하는 것으로 예시한다. The storage unit 120 stores mechanical energy of irregular frequency. As shown in FIG. 1 , the storage unit 120 is one of a kind of charging means for storing mechanical energy input and transferred from the input unit 110 . In this embodiment, the storage unit 120 is exemplified as including the elastic member 121 and the driving train 122 .

탄성부재(121)는 입력부(10)의 회전력에 연동하여 제3입력축(1124a)에 권선 가능한 압축 코일 스프링을 포함하는 것으로 예시한다(도 3 참조). 참고로, 도 1 및 도 2에 도시된 탄성부재(121)는 커버에 의해 감싸 지지된 상태로 도시되었으며, 커버의 내부에 탄성부재(121)가 배럴(미도시)를 사이에 두고 한 쌍으로 마련되는 것과 같이 다양한 실시예가 가능하다. The elastic member 121 is exemplified as including a compression coil spring capable of being wound around the third input shaft 1124a in association with the rotational force of the input unit 10 (see FIG. 3 ). For reference, the elastic member 121 shown in FIGS. 1 and 2 is shown wrapped and supported by a cover, and the elastic member 121 is formed in a pair with a barrel (not shown) interposed therebetween. Various embodiments are possible as provided.

이러한 탄성부재(121)는 폴(113) 및 래치(114)를 사이에 두고, 제5입력기어(1125)로부터 기계 에너지를 전달받음으로써, 탄성부재(121)의 감기는 방향이 한 방향으로 제어된다. 그로 인해, 탄성부재(121)는 불규칙적으로 입력되는 기계 에너지를 한 방향 회전에 의해 저장하며, 일방향 회전이 해제되면 탄성 복원력에 의해 저장된 기계 에너지를 균일한 주파수로 출력할 수 있다. The elastic member 121 receives mechanical energy from the fifth input gear 1125 with the pole 113 and the latch 114 interposed therebetween, so that the winding direction of the elastic member 121 is controlled in one direction. do. Therefore, the elastic member 121 stores the mechanical energy irregularly input by rotation in one direction, and when the rotation in one direction is released, the mechanical energy stored by the elastic restoring force may be output at a uniform frequency.

참고로, 탄성부재(121)가 기계 에너지에 의해 제3입력축(1124a)에 감기는 횟수 및 길이 등에 따라 저장되는 기계 에너지의 크기가 조절된다. 이러한 탄성부재(121)의 기계 에너지의 저장 구성은 조정부(130)의 구성과 함께 보다 자세히 후술하도록 한다. For reference, the amount of stored mechanical energy is adjusted according to the number and length of the elastic member 121 wound around the third input shaft 1124a by mechanical energy. The storage configuration of the mechanical energy of the elastic member 121 will be described later in more detail along with the configuration of the adjustment unit 130 .

구동트레인(122)은 적어도 하나의 구동기어(123)(124)를 포함하여, 탄성부재(121)에 저장된 에너지를 출력부(140)로 전달한다. 이러한 구동트레인(122)은 입력부(110)의 제3입력축(1124a)에 권선된 탄성부재(121)가 압축된 후에 복원되는 복원력에 의해 발생된 출력 에너지를 복수의 구동기어(123)(124)를 이용해 감속하여 출력부(140)로 전달한다. The driving train 122 includes at least one driving gear 123 , 124 to transmit energy stored in the elastic member 121 to the output unit 140 . The driving train 122 converts the output energy generated by the restoring force restored after the elastic member 121 wound on the third input shaft 1124a of the input unit 110 is compressed to a plurality of driving gears 123 and 124 . is decelerated and transmitted to the output unit 140 .

구동트레인(122)은 제3입력축(1124a)에 대해 동축 설치되는 제1구동기어(123)와, 제1구동기어(123)에 대해 기어 연결되어 후술할 출력부와 연결되는 제2구동기어(124)를 포함한다. 여기서, 제2구동기어(124)는 제1구동기어(123)로부터 전달된 회전력에 의해 구동축(124a)를 중심으로 회전되며, 구동축(124a)은 후술할 출력부(140)의 캠(141)과 동축으로 연결되어 구동력을 출력한다. The driving train 122 includes a first driving gear 123 installed coaxially with respect to the third input shaft 1124a, and a second driving gear connected to an output unit to be described later by being gear-connected to the first driving gear 123 ( 124). Here, the second driving gear 124 is rotated about the driving shaft 124a by the rotational force transmitted from the first driving gear 123, and the driving shaft 124a is a cam 141 of the output unit 140 to be described later. It is connected coaxially with and outputs the driving force.

참고로, 본 실시예에서는 구동트레인(122)이 제1 및 제2구동기어(123)(124)를 포함하는 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 구동트레인(122)이 3개 이상의 구동기어들로 구성될 수 있으며, 구동기어의 크기는 도시된 예로 한정되지 않음은 당연하다.For reference, in the present embodiment, the driving train 122 is illustrated and illustrated as including the first and second driving gears 123 and 124 , but is not limited thereto. That is, the driving train 122 may be composed of three or more driving gears, and it is natural that the size of the driving gear is not limited to the illustrated example.

조정부(130)는 저장부(120)에 저장된 기계 에너지의 출력을 조정한다. 이를 위해, 조정부(130)는 블로커(131) 및 스토퍼(132)를 포함하여, 저장부(120)와 출력부(140)의 사이에 마련된다. The adjusting unit 130 adjusts the output of the mechanical energy stored in the storage unit 120 . To this end, the adjusting unit 130 is provided between the storage unit 120 and the output unit 140 , including the blocker 131 and the stopper 132 .

블로커(131)는 적어도 일부 영역이 결손된 결손영역과 결손되지 않은 비결손영역을 가지는 원반 형상을 가진다. 이러한 블로커(131)는 도 1의 도시와 같이, 제8입력기어(1128)의 제5입력축(1128a)와 동축 연결된 블로커축(131)을 중심으로 회전되며, 대략 3/4의 원호(131b)를 가진다. 여기서, 블로커(131)는 도 2의 도시와 같이, 제5입력기어(1125)로부터 분기된 기계 에너지를 제6입력기어(1126), 제7입력기어 및 제8입력기어(1128)로부터 순차적으로 전달받아 회전된다. The blocker 131 has a disk shape having a defective region in which at least some regions are missing and a non-defective region that is not deleted. As shown in FIG. 1, the blocker 131 is rotated about the blocker shaft 131 coaxially connected to the fifth input shaft 1128a of the eighth input gear 1128, and is approximately 3/4 circular arc 131b. have Here, the blocker 131 sequentially transfers mechanical energy branched from the fifth input gear 1125 from the sixth input gear 1126 , the seventh input gear and the eighth input gear 1128 as shown in FIG. 2 . transmitted and rotated.

한편, 블로커(131)는 3/4의 원호(131b)에 대응되는 비결손영역과, 1/4에 대응되는 결손영역을 가지는 것으로 예시 및 도시한다. 그러나, 꼭 이에 한정되지 않으며, 블로커(131)가 1/2의 원호(131b)를 가지는 반달 형상을 가지는 것과 같이, 출력 조건에 따라 다양하게 가변 가능하다. On the other hand, the blocker 131 is exemplified and illustrated as having a non-defective area corresponding to a 3/4 arc 131b and a missing area corresponding to 1/4. However, the present invention is not limited thereto, and the blocker 131 may be variously variable depending on the output conditions, such as having a half-moon shape having a half arc 131b.

스토퍼(132)는 저장부(120)와 연결되어 회전되며, 블로커(131)와 맞물려 회전된다. 이때, 스토퍼(132)는 저장부(120)와 동축 연결됨으로써, 저장부(120)에 저장된 기계 에너지의 출력에 연동하여 회전 가능하다. The stopper 132 is rotated in connection with the storage unit 120 , and is rotated in engagement with the blocker 131 . At this time, the stopper 132 is coaxially connected to the storage unit 120 , and thus is rotatable in association with the output of the mechanical energy stored in the storage unit 120 .

한편, 블로커(131)의 비결손영역의 원호(131b)와 접하여 스토퍼(132)가 회전되면, 저장부(120)의 탄성부재(121)도 일방향 회전된다. 그로 인해, 탄성부재(121)가 일방향으로 권선되어 압축됨으로써, 기계 에너지가 저장된다. On the other hand, when the stopper 132 is rotated in contact with the arc 131b of the non-defective region of the blocker 131 , the elastic member 121 of the storage unit 120 is also rotated in one direction. Therefore, the elastic member 121 is wound in one direction and compressed, so that mechanical energy is stored.

반면에, 블로커(131)의 결손영역과 스토퍼(132)가 마주하여 블로커(131)와 스토퍼(132) 사이의 맞물림이 해제되면, 스토퍼(132)의 일방향 회전력이 해제된다. 그로 인해, 스토퍼(132)와 동축 연결된 탄성부재(131)의 일방향 회전에 의한 압축력이 해제되어, 탄성부재(131)가 탄성 복원된다. 이러한 탄성부재(131)의 탄성 복원력에 의해 동축 연결된 스토퍼(132)는 역방향 회전되고, 이러한 스토퍼(132)의 역방향 회전이 구동트레인(122)을 통해 출력부(130)로 전달된다. On the other hand, when the defective area of the blocker 131 and the stopper 132 face each other and the engagement between the blocker 131 and the stopper 132 is released, the one-way rotational force of the stopper 132 is released. Accordingly, the compression force due to the one-way rotation of the elastic member 131 coaxially connected to the stopper 132 is released, and the elastic member 131 is elastically restored. The stopper 132 coaxially connected by the elastic restoring force of the elastic member 131 is rotated in the reverse direction, and the reverse rotation of the stopper 132 is transmitted to the output unit 130 through the driving train 122 .

정리하면, 블로커(131)의 비결손영역인 원호와 맞물리는 스토퍼(132)는 블로커(131)의 회전력에 의해 함께 회전함으로써 저장부(120)에 기계 에너지가 계속 저장되도록 일방향 회전시킨다. 블로커(131)의 계속 회전에 의해 결손영역이 스토퍼(132)와 마주하여 스토퍼(132)의 회전이 정지되면, 저장부(120)의 일방향 회전력을 해제시킴으로써, 탄성부재(121)의 탄성 복원력에 의해 저장된 기계 에너지가 출력되어 출력부(140)로 전달되게 된다. In summary, the stopper 132 engaged with the circular arc, which is the non-defective region of the blocker 131, rotates together by the rotational force of the blocker 131 to rotate in one direction so that the mechanical energy is continuously stored in the storage unit 120 . When the rotation of the stopper 132 is stopped while the defective area faces the stopper 132 due to the continuous rotation of the blocker 131, by releasing the one-way rotational force of the storage unit 120, the elastic restoring force of the elastic member 121 is The stored mechanical energy is output and transmitted to the output unit 140 .

이러한 저장부(120)와 조정부(130)의 동작 관계를 도 3을 참고하여, 보다 자세히 설명한다. An operation relationship between the storage unit 120 and the adjustment unit 130 will be described in more detail with reference to FIG. 3 .

도 3의 단계 (a)와 같이 블로커(131)의 원호(131b)에 스토퍼(132)가 접하여 회전되는 시점에 탄성부재(121)는 권선되지 않은 상태로써, 기계 에너지의 저장이 시작되는 시점(start charging)이다. 도 3의 단계 (b)에서와 같이, 블로커(131)의 원호(131b)와 맞물려 스토퍼(132)가 회전되면, 탄성부재(121)는 일방향으로 권선되어 기계 에너지가 저장된다(Intermediate charging). As shown in step (a) of FIG. 3 , when the stopper 132 is rotated in contact with the arc 131b of the blocker 131, the elastic member 121 is not wound, and the storage of mechanical energy starts ( start charging). As in step (b) of Figure 3, when the stopper 132 is rotated in engagement with the arc 131b of the blocker 131, the elastic member 121 is wound in one direction to store mechanical energy (Intermediate charging).

이 후, 도 3의 단계 (c)와 같이, 스토퍼(132)가 블로커(131)의 원호를 벗어나 결손영역과 마주하는 위치로 진입 시, 탄성부재(121)에 기계 에너지가 풀 차징(Full charging)됨과 아울러, 탄성 복원력에 의해 역 방향으로 회전되어 압축이 해제되기 시작한다(start releasing). 이러한 탄성부재(121)의 역 방향 회전에 의해 저장된 기계 에너지가 특정 주파수로 조정되어 균일하게 출력되기 시작한다. 여기서, 출력 에너지는 도 3의 단계 (d)와 같이, 탄성부재(121)의 탄성력이 완전히 복원되어 압축이 완전 해제(Full releasing)될 때까지, 출력된다. After that, as in step (c) of FIG. 3 , when the stopper 132 leaves the arc of the blocker 131 and enters a position facing the defect area, the mechanical energy in the elastic member 121 is fully charged (Full charging). ), as well as being rotated in the reverse direction by the elastic restoring force, the compression starts to be released (start releasing). The mechanical energy stored by the reverse rotation of the elastic member 121 is adjusted to a specific frequency and starts to be uniformly output. Here, the output energy is output until the elastic force of the elastic member 121 is completely restored and the compression is fully released, as in step (d) of FIG. 3 .

즉, 도 3의 단계 (a) 및 (b)는 탄성부재(121)가 일방향 회전에 의해 압축되어 기계 에너지가 저장되는 저장 시간(t_c)에 대응되고, 단계 (c) 및 (d)는 탄성부재(121)의 복원력에 의해 저장된 기계 에너지가 출력되어 구동 시간(t_o)에 대응된다. 이때, 기계 에너지는 도 3과 같이, 저장 시간(t_c) 및 구동 시간(t_o) 동안에 입력 에너지는 지속적으로 입력될 수 있으며, 구동 시간(t_o) 동안 균일한 주파수 크기로 출력된다. That is, steps (a) and (b) of FIG. 3 correspond to the storage time (t _c ) in which the elastic member 121 is compressed by unidirectional rotation to store mechanical energy, and steps (c) and (d) are The mechanical energy stored by the restoring force of the elastic member 121 is output and corresponds to the driving time t _o . At this time, the mechanical energy may be continuously input during the storage time t _c and the driving time t _o , as shown in FIG. 3 , and output with a uniform frequency during the driving time t _o .

이러한 구성을 가지는 저장부(120)의 탄성부재(121)의 토크(T)는 블로커(131)의 토크(T_e)에 비례하며, 다음의 수학식 1 및 2로 정리될 수 있다. The torque T of the elastic member 121 of the storage unit 120 having such a configuration is proportional to the torque (T _e ) of the blocker 131 , and may be summarized by the following Equations 1 and 2 .

여기서, T_e는 블로커(131)의 토크, P_B는 블로커(131)의 원호 길이, t_B는 블로커(131)의 두께, R_B는 블로커(131)의 반경, N_g는 구동트레인(122)의 기어비 및,

는 구동트레인(122)의 각속도이다. Here, T _e is the torque of the blocker 131, P _B is the arc length of the blocker 131, t _B is the thickness of the blocker 131, _RB is the radius of the blocker 131, N _g is the drive train 122 ) of the gear ratio and,

is the angular velocity of the drive train 122 .

출력부(140)는 조정부(130)에 의해 조정된 주파수를 출력 에너지로 출력한다. 이러한 출력부(140)는 상술한 바와 같이, 탄성부재(121)의 탄성 복원력으로 인해 출력되는 출력 에너지를 저장부(120)와의 사이에 위치하는 조정부(130)를 통해 전달받는다. 이를 위해, 출력부(140)는 도 4의 도시와 같이, 캠(141) 및 거버너(142)를 포함한다. The output unit 140 outputs the frequency adjusted by the adjustment unit 130 as output energy. As described above, the output unit 140 receives the output energy output due to the elastic restoring force of the elastic member 121 through the adjustment unit 130 positioned between the storage unit 120 and the storage unit 120 . To this end, the output unit 140 includes a cam 141 and a governor 142 as shown in FIG. 4 .

캠(141)은 조정부(130)로부터 전달받는 출력 에너지에 의해 회전된다. 이를 위해, 캠(141)은 조정부(130)의 스토퍼(132)가 동축 마련된 제3입력축(1124a)에 마련된 제1구동기어(123)와, 제1구동기어(123)와 맞물리는 제2구동기어(124)로부터 출력 에너지를 전달받는다. 이때, 제2구동기어(124)의 구동축(124a)에 캠(141)이 동축 연결됨으로써, 제2구동기어(124)의 회전에 연동하여 캠(141)이 회전된다. The cam 141 is rotated by the output energy received from the adjustment unit 130 . To this end, the cam 141 includes a first driving gear 123 provided on a third input shaft 1124a coaxially provided with a stopper 132 of the adjusting unit 130 , and a second driving gear meshing with the first driving gear 123 . Output energy is transmitted from the gear 124 . At this time, as the cam 141 is coaxially connected to the driving shaft 124a of the second driving gear 124 , the cam 141 is rotated in association with the rotation of the second driving gear 124 .

거버너(142)는 캠(141)과 구동축(124a)에 의해 동축 연결되어, 출력 에너지의 출력 시간과 크기를 제어하는 적어도 하나의 조절부재(143)를 구비한다. 본 실시예에서는 도 1의 도시와 같이, 거버너(142)가 4개의 조절부재(143)를 가지며, 4개의 조절부재(143)는 연결 프레임(144)에 의해 구동축(124a)과 연결되는 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니며, 거버너(142)의 형상, 크기 등은 다양하게 변형 가능하다. The governor 142 is coaxially connected to the cam 141 and the drive shaft 124a, and includes at least one adjusting member 143 for controlling the output time and size of output energy. In this embodiment, as shown in FIG. 1 , the governor 142 has four adjusting members 143 , and the four adjusting members 143 are illustrated as being connected to the drive shaft 124a by the connecting frame 144 . do. However, the present invention is not limited thereto, and the shape and size of the governor 142 may be variously modified.

즉, 조정부(130)의 블로커(131)와 스토퍼(132) 사이의 간섭이 해제됨에 연동하여 탄성부재(121)의 탄성 복원력에 의해 방출되는 출력 에너지의 크기 및 방출 시간은 거버너(142)의 회전 관성 모멘트 변화에 연동한다. 이에 따라, 거버너(142)의 조절부재(143)의 개수, 크기 또는 질량 등을 조절함으로써, 출력 에너지를 제어할 수 있다. That is, when the interference between the blocker 131 and the stopper 132 of the adjustment unit 130 is released, the size and release time of the output energy emitted by the elastic restoring force of the elastic member 121 in conjunction with the rotation of the governor 142 It is linked to the change in the moment of inertia. Accordingly, the output energy can be controlled by adjusting the number, size, or mass of the adjusting members 143 of the governor 142 .

발전부(200)는 출력부(140)로부터 출력된 출력 에너지에 의해 정전 발전된다. 이러한 발전부(200)는 도 5의 도시와 같이, 양전하물질을 구비하는 양전하부재(210)와 음전하물질을 구비하는 음전하부재(220)를 포함하며, 출력부(140)의 캠(141)에 간섭되어 특정 주파수의 전력을 발전시킨다. 이때, 양전하부재(210)와 음전하부재(220)는 받침대(230)에 지지되고, 양전하부재(210)와 음전하부재(220)의 사이에는 지지스프링(250)이 개재된 지지부재(240)가 마련된다. 그로 인해, 음전하부재(220)에 대해 양전하부재(210)가 탄성 지지됨으로써, 도 5의 (a) 및 (b)와 같이 양전하부재(210)가 캠(141)과의 간섭에 의해 선택적으로 음전하부재(220)에 대해 접촉 또는 분리될 수 있다. 참고로, 발전부(200)는 도 3의 단계 (c) 및 (d)에서 출력 에너지를 전달받음으로써, 마찰 대전에 의해 정전 발전된다. The power generation unit 200 generates electrostatic power by the output energy output from the output unit 140 . As shown in FIG. 5 , the power generation unit 200 includes a positively charged member 210 having a positively charged material and a negatively charged member 220 having a negatively charged material, and is located on the cam 141 of the output unit 140 . Interfere to generate power at a specific frequency. At this time, the positively charged member 210 and the negatively charged member 220 are supported on the pedestal 230, and a support spring 250 is interposed between the positively charged member 210 and the negatively charged member 220. A support member 240 is provided. will be prepared As a result, the positively charged member 210 is elastically supported with respect to the negatively charged member 220 , so that the positively charged member 210 is selectively negatively charged by interference with the cam 141 as shown in FIGS. 5A and 5B . It may be in contact with or separate from the member 220 . For reference, the power generation unit 200 receives the output energy in steps (c) and (d) of FIG. 3 to generate electrostatic power by triboelectric charging.

참고로, 양전하부재(210) 및 음전하부재(220)는 각각 알루미늄 또는 구리 등과 같은 전도성 물질을 포함하는 전극(electrode)상에 테프론(PTFE)과 우레탄(TPU) 필름이 각각 적층되어 형성되는 것으로 예시한다. 그러나, 양전하부재(210)와 음전하부재(220)를 구성하는 양전하물질 및 음전하물질의 종류는 이에 한정되지 않음은 당연하다. For reference, the positively charged member 210 and the negatively charged member 220 are each formed by laminating a Teflon (PTFE) and a urethane (TPU) film on an electrode including a conductive material such as aluminum or copper, respectively. do. However, it goes without saying that the types of the positively charged material and the negatively charged material constituting the positively charged member 210 and the negatively charged member 220 are not limited thereto.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기계 에너지 주파수 제어시스템(100)을 구비하는 정전 발전기(1)의 발전 동작을 설명하면 다음과 같다. A power generation operation of the electrostatic generator 1 having the mechanical energy frequency control system 100 according to the present invention having the above configuration will be described as follows.

도 1 및 도 2의 도시와 같이, 입력부(110)의 입력부재(111)를 조작하여 불규칙적인 회전 에너지인 기계 에너지가 입력된다. 이렇게 입력된 기계 에너지는 입력트레인(112)을 통해 저장부(120)와 조정부(130)로 분기되어 전달된다. 1 and 2 , mechanical energy, which is irregular rotational energy, is input by manipulating the input member 111 of the input unit 110 . The mechanical energy input in this way is branched and transferred to the storage unit 120 and the adjustment unit 130 through the input train 112 .

여기서, 저장부(120)는 제5입력기어(1125)와 제3입력축(1124a)과 동축 연결되어, 전달받은 기계 에너지를 일방향 권선에 의해 저장한다. 이때, 저장부(120)의 탄성부재(121)와 제5입력기어(1125)의 사이에는 상호 맞물린 폴(113) 및 래치(114)가 마련되어, 탄성부재(121)가 일방향으로 권선되도록 회전 방향을 제어한다. Here, the storage unit 120 is coaxially connected to the fifth input gear 1125 and the third input shaft 1124a, and stores the received mechanical energy by one-way winding. At this time, intermeshing poles 113 and latches 114 are provided between the elastic member 121 of the storage unit 120 and the fifth input gear 1125 in the rotation direction so that the elastic member 121 is wound in one direction. to control

또한, 조정부(130)는 제5입력기어(1125)와 맞물리는 제6입력기어(1126)에 의해 분기된 기계 에너지를 전달받는 블로커(131)가 탄성부재(121)와 동축 연결된 스토퍼(132)와의 맞물림 가능하게 회전된다. 이때, 블로커(131)의 원호(131b)와 맞물려 스토퍼(132)가 회전됨으로써, 도 3의 단계 (b)와 같이 기계 에너지가 탄성부재(121)에 저장된다. 블로커(131)의 계속 회전에 의해 블로커(131)의 결손영역과 스토퍼(132)가 마주하여 스토퍼(132)의 회전이 정지되면, 탄성부재(121)의 일방향 회전이 해제된다. 그로 인해, 탄성부재(121)의 탄성 복원력에 의해 즉각적인 역방향 회전이 발생되어, 저장된 기계 에너지가 특정 주파수로 균일하게 출력되게 된다. In addition, the adjusting unit 130 includes a stopper 132 in which the blocker 131 receiving mechanical energy branched by the sixth input gear 1126 meshing with the fifth input gear 1125 is coaxially connected to the elastic member 121 . It is rotated so that it can engage with the At this time, as the stopper 132 is rotated in engagement with the arc 131b of the blocker 131 , mechanical energy is stored in the elastic member 121 as shown in step (b) of FIG. 3 . When the stopper 132 faces the defective region of the blocker 131 by the continuous rotation of the blocker 131 and the stopper 132 stops rotating, the one-way rotation of the elastic member 121 is released. Accordingly, the instantaneous reverse rotation is generated by the elastic restoring force of the elastic member 121, and the stored mechanical energy is uniformly output at a specific frequency.

출력 에너지는 탄성부재(121) 및 스토퍼(132)와 동축 연결된 제1구동기어(123) 및, 제1구동기어(123)와 맞물리는 제2구동기어(124)를 통해 캠(141)으로 전달됨으로써, 캠(141)을 회전시킨다. 이때, 도 4의 도시와 같이, 캠(141)으로 전달된 출력 에너지의 크기 및 방출 시간은 캠(141)과 캠축(141a)으로 동축 연결된 거버너(142)의 회전 관성 모멘트 변화 즉, 거버너(142)의 회전 반경 및 질량 변화에 따라 상이하다. 이에 따라, 캠(141)으로 출력되는 출력 에너지는 캠(141)과 연결된 거버너(142)에 의해 조절 가능하다.The output energy is transmitted to the cam 141 through the first driving gear 123 coaxially connected to the elastic member 121 and the stopper 132 and the second driving gear 124 meshing with the first driving gear 123 . As a result, the cam 141 is rotated. At this time, as shown in FIG. 4 , the magnitude and release time of the output energy transmitted to the cam 141 is a change in the rotational moment of inertia of the cam 141 and the governor 142 coaxially connected to the camshaft 141a, that is, the governor 142 ) according to the change in radius of rotation and mass. Accordingly, the output energy output to the cam 141 is adjustable by the governor 142 connected to the cam 141.

이렇게 캠(141)으로 전달된 출력 에너지는 도 5의 (a) 및 (b)와 같이, 발전부(200)의 양전하부재(210)를 음전하부재(220)로 접촉 및 분리시키도록 간섭함으로써, 양전하부재(210)와 음전하부재(220) 사이의 마찰 대전으로 정전 발전이 발생된다. The output energy transmitted to the cam 141 in this way interferes to contact and separate the positively charged member 210 of the power generation unit 200 with the negatively charged member 220, as shown in FIGS. 5 (a) and (b), Static electricity is generated by frictional charging between the positively charged member 210 and the negatively charged member 220 .

한편, 도 6을 참고하면, 입력부(110)를 통해 입력되는 불규칙적인 기계 에너지는 구동 시간(Tr) 동안 균일한 주파수(f)를 유지할 수 있다. 이러한 구동 시간(Tr) 동안에 출력되는 출력 에너지의 주파수(f)는 블로커(131)의 형상, 거버너(142)의 질량(m)이 유효 인자로써, 제어된다. Meanwhile, referring to FIG. 6 , the irregular mechanical energy input through the input unit 110 may maintain a uniform frequency f during the driving time Tr. The frequency f of the output energy output during this driving time Tr is controlled by the shape of the blocker 131 and the mass m of the governor 142 as effective factors.

예컨대, 블로커(131)가 3/4 사이즈의 원호(131b)를 가지며, 거버너(142)의 질량(m)이 257그램(gram) 또는 403그램(gram)이고, 거버너(142)의 회전 반경(r)이 7.5cm, 10.0cm 또는 12.5cm 일 때를 비교한 결과가 도 7에 도시된다. For example, the blocker 131 has an arc 131b of 3/4 size, the mass (m) of the governor 142 is 257 grams (gram) or 403 grams (gram), and the rotation radius of the governor 142 ( A comparison result when r) is 7.5 cm, 10.0 cm or 12.5 cm is shown in FIG. 7 .

도 7과 같이, 거버너(142)의 질량(m)과 회전 반경(r)에 따른 성능 변화를 비교하면, 거버너(142)의 질량(m) 및 회전 반경(r)이 커질수록 거버너(142)의 회전 관성 모멘트가 커진다. 이렇게 거버너(142)의 관성 모멘트가 커질수록, 조정부(130)의 탄성부재(121)에 저장되는 기계 에너지의 방출이 상대적으로 느리게 진행된다. 따라서, 출력부(140)에서 출력되는 출력 에너지의 주파수(f)가 낮아지는 반면에, 구동 시간은 늘어나게 된다. 또한, 도 8과 같이, 도 7과 동일한 조건에서 전류값을 비교하면, 거버너(142)의 질량(m) 및 회전 반경(r)에 비례하여, 전류값도 낮아지고 구동 시간은 늘어난다.As shown in FIG. 7, when the performance change according to the mass (m) and the rotation radius (r) of the governor 142 is compared, as the mass (m) and the rotation radius (r) of the governor 142 increase, the governor 142 The rotational moment of inertia increases. As the moment of inertia of the governor 142 increases, the release of mechanical energy stored in the elastic member 121 of the adjustment unit 130 is relatively slow. Accordingly, while the frequency f of the output energy output from the output unit 140 decreases, the driving time increases. In addition, as shown in FIG. 8 , when the current value is compared under the same conditions as in FIG. 7 , the current value is lowered and the driving time is increased in proportion to the mass (m) and the rotation radius (r) of the governor 142 .

한편, 본 실시예에서는 블로커(131)가 3/4 사이즈의 원호(131b)를 가지나, 도 9의 (a)와 같이 1/2 사이즈 또는 1/4 사이즈의 원호(131b)를 가지는 변형예도 가능하다. 이러한 블로커(131)의 다양한 원호(131b) 사이즈에 따른 발전 성능을 비교하면, 도 9의 (b) 및 (c)와 같다. On the other hand, in the present embodiment, the blocker 131 has an arc 131b of 3/4 size, but a modified example having an arc 131b of 1/2 size or 1/4 size is also possible as shown in FIG. do. Comparing the power generation performance according to the size of the various arcs 131b of the blocker 131 is shown in FIGS. 9 (b) and (c).

도 9와 같이, 블로커(131)의 결손영역이 증가되어 원호(131b)의 사이즈가 감소할수록, 탄성부재(121)에 저장된 기계 에너지를 방출하는 횟수가 증가하므로, 낮은 출력, 주파수 및 짧은 구동 시간을 보인다. 그러나, 동일한 시간으로 비교할 경우, 블로커(131)의 결손영역이 증가될수록 대략 25%의 더 많이 구동하여 발전이 없는 구간을 줄일 수 있는 이점이 있다. As shown in FIG. 9 , as the defect area of the blocker 131 increases and the size of the arc 131b decreases, the number of times the mechanical energy stored in the elastic member 121 is emitted increases, so the low output, frequency and short driving time looks like However, when compared at the same time, there is an advantage in that as the defect area of the blocker 131 increases, the section without power generation can be reduced by driving about 25% more.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.

1: 정전 발전기
100: 기계 에너지 주파수 제어시스템
110: 입력부
120: 저장부
130: 조정부
140: 출력부
200: 발전부1: electrostatic generator
100: mechanical energy frequency control system
110: input unit
120: storage
130: adjustment unit
140: output unit
200: power generation unit

Claims

a storage unit to which mechanical energy of irregular frequency is input and stored;
an adjustment unit for uniformly adjusting the frequency of the mechanical energy stored in the storage unit; and
an output unit for outputting the adjusted mechanical energy as output energy;
includes,
The adjusting unit is located between the storage unit and the output unit, and stores the mechanical energy in the storage unit or adjusts the output to the output unit.

According to claim 1,
The storage unit,
at least one elastic member elastically deformed by the mechanical energy to store the mechanical energy by adjusting the magnitude of the mechanical energy of an irregular frequency according to the number and length of windings; and
a driving train transmitting the output energy generated by the restoring force of the elastic member to the output unit;
A mechanical energy frequency control system comprising a.

According to claim 1,
an input unit for inputting the mechanical energy into the storage unit;
includes,
The input unit,
an input member for inputting the mechanical energy; and
an input train connected to the input member and including a plurality of input gears for branching and transmitting the mechanical energy to the storage unit and the adjustment unit;
A mechanical energy frequency control system comprising a.

4. The method of claim 3,
A mechanical energy frequency control system in which a pawl and a latch that engage with each other are provided between the input train and the storage unit to control the rotational direction of the mechanical energy in one direction.

According to claim 1,
The adjustment unit,
a blocker having a disk shape having a defect region in which at least some regions are missing and a non-deletion region that is not deleted; and
a stopper rotatable in engagement with the non-defective region of the blocker and connected to the output unit;
includes,
The blocker is rotated by the input mechanical energy, and the stopper is coaxially connected to the storage unit.

5. The method of claim 4,
When the stopper rotates in contact with the arc of the non-defective region of the blocker, the mechanical energy is stored in the storage unit,
When the defective area of the blocker and the stopper face each other and the stopper is non-interfered by the blocker, the mechanical energy stored in the storage unit is output as the output energy of a uniform frequency.

According to claim 1,
the output unit,
a cam rotated by the output energy transmitted from the adjusting unit; and
a governor connected to the cam and having at least one adjusting member for controlling an output time and magnitude of the output energy;
A mechanical energy frequency control system comprising a.

According to claim 1,
The storage unit includes an elastic member compressed by the mechanical energy to store the mechanical energy,
The adjustment unit,
a blocker rotated by a rotational force branched from the mechanical energy, the blocker having a disk shape having a defective region in which at least some regions are missing and a non-defective region; and
Doedoe coaxially connected with the elastic member, the mechanical energy is stored in the elastic member when it rotates in engagement with the arc of the non-defective region of the blocker, and is stored by the elastic restoring force of the elastic member when it faces the defective region of the blocker and does not interfere a stopper for outputting the mechanical energy;
A mechanical energy frequency control system comprising a.

9. The method of claim 8,
The torque of the elastic member is proportional to the torque of the blocker,
The blocker's torque is calculated by Equation 1 below,
[Equation 1]

where, T_eis the torque of the blocker, P_Bis the arc length of the blocker, t_Bis the thickness of the blocker, R_Bis the radius of the blocker, N_gis a gear ratio of a drive train that transmits the mechanical energy to the blocker, and ω is an angular velocity of the drive train.

The mechanical energy frequency control system according to at least one of claims 1 to 9; and
a power generation unit generating electrostatic power by the output energy output from the output unit;
An electrostatic generator comprising a.

11. The method of claim 10,
The power generation unit,
a positively charged member including a positively charged material; and
a negatively charged member facing the positively charged member and having a negatively charged material;
includes,
An electrostatic generator in which the positively charged member and the negatively charged member interfere with each other by the output energy.

12. The method of claim 11,
The output unit includes a rotatable cam connected to the adjustment unit, and repeatedly contacts and separates the positively charged member and the negatively charged member.

an input unit for inputting mechanical energy of irregular frequency;
a storage unit connected to the input unit to store the mechanical energy;
an adjustment unit for uniformly adjusting the frequency of the mechanical energy stored in the storage unit;
an output unit connected to the adjusting unit and outputting the adjusted mechanical energy as output energy; and
a power generation unit that is contacted and separated by the output energy of the output unit to generate electrostatic power;
includes,
The adjusting unit is provided between the storage unit and the output unit to store the mechanical energy in the storage unit or to adjust the output to the output unit.

14. The method of claim 13,
The input unit,
an input member for inputting the mechanical energy; and
an input train connected to the input member and including a plurality of input gears for branching and transmitting the mechanical energy to the storage unit and the adjustment unit;
includes,
An electrostatic generator provided with a pawl and a latch interlocking between the input train and the storage unit to control the rotational direction of the mechanical energy in one direction.

14. The method of claim 13,
The storage unit,
at least one elastic member elastically deformed by the mechanical energy to store the mechanical energy by adjusting the magnitude of the mechanical energy of an irregular frequency according to the number and length of windings; and
a driving train transmitting the output energy generated by the restoring force of the elastic member to the output unit;
An electrostatic generator comprising a.

16. The method of claim 15,
The adjustment unit,
a blocker rotated by a rotational force branched from the mechanical energy, the blocker having a disk shape having a defective region in which at least some regions are missing and a non-defective region; and
a stopper coaxially connected to the elastic member and rotatable in engagement with the arc of the non-defective region of the blocker;
includes,
The stopper stores the mechanical energy in the elastic member when engaged with the arc of the non-defective region of the blocker, and outputs the mechanical energy stored by the elastic restoring force of the elastic member when facing and non-interfering with the defective region of the blocker electrostatic generator.

17. The method of claim 16,
The torque of the elastic member is proportional to the torque of the blocker,
The blocker's torque is calculated by Equation 1 below,
[Equation 1]

Here, T _e is the torque of the blocker, P _B is the arc length of the blocker, t _B is the thickness of the blocker, _RB is the radius of the blocker, N _g is the drive train for transferring the mechanical energy to the blocker gear ratio, and ω is the angular velocity of the drivetrain.

14. The method of claim 13,
the output unit,
a cam rotated by the output energy transmitted from the adjusting unit; and
a governor connected to the cam and having at least one adjusting member for controlling an output time and magnitude of the output energy;
An electrostatic generator comprising a.

14. The method of claim 13,
The power generation unit,
a positively charged member including a positively charged material; and
a negatively charged member facing the positively charged member and having a negatively charged material;
includes,
An electrostatic generator in which the positively charged member and the negatively charged member are repeatedly contacted and separated by the output unit to generate electrostatic power.