KR20240094677A

KR20240094677A - vibration self electric generation device

Info

Publication number: KR20240094677A
Application number: KR1020220177163A
Authority: KR
Inventors: 이형주
Original assignee: 국립안동대학교 산학협력단
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-25

Abstract

본 발명은 손으로 쉽게 진동하거나 차로 이동하거나 걸어다니면서 발생하는 작은 진동의 운동에너지를 이용하여 외부하우징 내부에 영구자석의 윗면과 아래면 사이는 서로 척력을 작동하도록 하는 자석들의 배열구조로서 윗면 영구자석은 탄성 있는 스프링에 연결되어 탄성에너지를 이용하고 영구자석들은 투자율이 높은 자성 유체속에 담겨져 보다 큰 자속변화를 발생시킨다. 작은 진동에도 외부하우징 외부에 부착된 코일에 큰 유도 기전력을 발생시키는 무전원 공급의 진동 자가 발전장치에 관한 것이다. 발생된 유도 기전력은 다양한 부하, 즉 전자센서, 충전용 배터리, LED 등에 교류 혹은 직류 전력을 공급한다.The present invention is an arrangement structure of magnets that generate a repulsive force between the upper and lower surfaces of permanent magnets inside an external housing by using the kinetic energy of small vibrations generated by easily vibrating by hand, moving by car, or walking. It is connected to an elastic spring to use elastic energy, and the permanent magnets are immersed in a magnetic fluid with high magnetic permeability, generating a greater change in magnetic flux. This relates to a non-power-supplied vibration self-generating device that generates a large induced electromotive force in a coil attached to the outside of an external housing even with small vibrations. The generated induced electromotive force supplies alternating current or direct current power to various loads, such as electronic sensors, rechargeable batteries, LEDs, etc.

Description

{vibration self electric generation device}

본 발명은 진동의 운동에너지를 이용하여 외부하우징 내부 윗면과 아래면 사이 서로 척력을 작동하도록 하는 자석들의 배열 구조에 윗 자석은 탄성 있는 스프링에 연결되어 있고 아래 자석은 외부하우징에 밑에 부착되어있으며 자석들은 액체인 자성유체에 담겨져 있다. 외부하우징 외부에는 코일이 감겨져 있어 작은 진동에도 코일에 보다 큰 유도 기전력을 발생시키는 자가 발전기에 관한 것이다. The present invention has an arrangement structure of magnets that use the kinetic energy of vibration to exert a repulsive force between the upper and lower surfaces of the outer housing. The upper magnet is connected to an elastic spring, the lower magnet is attached to the outer housing, and the magnet They are contained in a liquid, ferrofluid. This relates to a self-generator that has a coil wound around the outside of the external housing and generates a larger induced electromotive force in the coil even with small vibrations.

소전력기기 즉 스마트폰, 조명등, 전자센서 등은 수시로 전력선에 의한 밧데리 충전 혹은 교환의 번거러움이 있다.Low-power devices, such as smartphones, lights, electronic sensors, etc., often have the inconvenience of charging or replacing batteries via power lines.

종래 이동하면서 자가발전하는 기기의 기술로는 발로 밟으면서 압력으로 발전하는 신발 장착용 압전소자가 있으며 그리고 손으로 오므렸다 폈다 하면서 기어의 작동으로 자석을 회전시켜 전기를 발생시키는 소형 핸디용 조명 발전기구 등이 있다. 압전소자는 발전 전기량이 너무 적어 배터리 충전에 오랜 시간이 걸려 부적합하고, 손 근육을 사용하는 핸디용 발전기구 역시 힘이 들며 또한 적은 전기를 발생시키기 때문에 장시간 충전에 사용하기는 적합하지 않다. 더욱 적은 진동에 의한 큰 유도 자가 전기 발전장치는 없는 실정이다. Conventional technologies for devices that self-generate power while moving include piezoelectric elements mounted on shoes that generate electricity by pressure when stepped on with the foot, and small handy light generators that generate electricity by rotating a magnet through the operation of a gear while opening and closing it with the hand. There is. Piezoelectric elements are unsuitable because the amount of electricity generated is too small and it takes a long time to charge the battery, and handy generators that use hand muscles are also difficult to use and generate little electricity, so they are not suitable for long-term charging. There is no such thing as a large inductive self-electric power generation device with even less vibration.

등록실용신안 등록번호 20-0323327Registered utility model registration number 20-0323327

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아주 작은 진동의 운동에너지를 이용하여 윗면과 아래면이 서로 척력을 작동하도록 하는 자석들의 배열구조로서 탄성있는 스프링을 이용하여 작은 진동에도 자석이 움직이기 용이하게 하였으며 자석들이 투자율이 높은 자성유체 속에서 대기중 자속보다 보다 큰 자속으로 시변 자속 변화를 크게 함으로서 외부하우징에 부착된 코일에 보다 큰 유도 전기를 발생시키는데 있다. The problem that the present invention aims to solve is an array structure of magnets that uses the kinetic energy of very small vibrations to cause the upper and lower surfaces to repel each other. An elastic spring is used to make it easy for the magnets to move even with small vibrations. The purpose is to generate larger induced electricity in the coil attached to the external housing by increasing the time-varying magnetic flux change to a magnetic flux greater than the magnetic flux in the air in a magnetic fluid with high magnetic permeability.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 사람이 걸어다니면서 혹은 고의적으로 손으로 흔들면서 외부하우징 내부 자석을 진동으로 수직 이동하여 작은 진동에도 자속을 크게 변화시킴으로서 시변 자기장으로 코일에 전자기유도 법칙에 의한 유도 기전력을 발생시켜 다양한 부하 즉, 전자센서, 충전 배터리, 조명 등에 자가 발전 전기를 공급할 수 있도록 하는 데 있다.Another problem that the present invention aims to solve is to vertically move the magnet inside the external housing by vibration while a person walks or intentionally shakes it with his hand, thereby greatly changing the magnetic flux even with small vibrations, thereby inducing a time-varying magnetic field in the coil according to the law of electromagnetic induction. The goal is to generate electromotive force to supply self-generated electricity to various loads, such as electronic sensors, rechargeable batteries, lighting, etc.

본 발명 과제의 해결 수단에서 패러데이 전자기 유도법칙에서 발생되는 유도기전력은 시간당 자속()변화에 비례한다. 자속은 자속밀도(B) 크기에 단면적을 곱한 값이고 자속밀도는 투자율에 자계(H)를 곱한값이다. 자성유체의 투자율은 대기중 투자율에 비해 수천 배 이상 큰 값이다. 따라서 본 발명은 자성유체 속에 담겨진 윗면과 아래면 각각 척력을 이용한 자석 구조 결합으로 자속 밀도를 크게 하고 탄성있는 스프링을 이용하여 작은 진동에도 쉽게 자석이 진동하여 자속변화를 크게 할 수 있는 구조로 설계 제작된 자가 발전장치를 제공하는데 있다. In the means of solving the problem of the present invention, the induced electromotive force generated from Faraday's law of electromagnetic induction is the magnetic flux per time ( ) is proportional to the change. Magnetic flux is the size of the magnetic flux density (B) multiplied by the cross-sectional area, and magnetic flux density is the permeability multiplied by the magnetic field (H). The permeability of magnetic fluid is thousands of times greater than the permeability of the atmosphere. Therefore, the present invention increases the magnetic flux density by combining the magnetic structure using the repulsive force of the upper and lower surfaces contained in a magnetic fluid, and uses an elastic spring to design and manufacture a structure in which the magnet easily vibrates even at small vibrations to increase the magnetic flux change. The purpose is to provide a self-generated power generation device.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 하우징에 부착된 외부 코일에서 생성되는 유도 기전력의 변화에 의한 다양한 전기적 교류 파형을 얻을 수 있는 자가 발전기를 제공하는데 있다.Another solution to the problem of the present invention is to provide a self-generator that can obtain various electrical alternating current waveforms by changing the induced electromotive force generated by an external coil attached to the housing.

본 발명은 손으로 가볍고 쉽게 흔들면서 혹은 이동시키면서 외부하우징 내 영구자석들을 크게 진동시켜 무전원 공급으로 보다 큰 유도기전력을 발생시켜 전자센서, 충전 배터리, 조명 등에 자가 발전 전기를 공급할 수 있는 향상된 효과가 있다.The present invention has the improved effect of supplying self-generated electricity to electronic sensors, rechargeable batteries, lighting, etc. by generating a larger induced electromotive force through non-power supply by greatly vibrating the permanent magnets in the external housing while lightly and easily shaking or moving them by hand. .

도 1은 본 발명에 따른 진동 자가 발전장치의 개략도이다. 도 1의 장치는 외부 하우징으로 둘러싸여있고, 외부 하우징 내부에는 영구자석이 윗면과 아래면이 서로 척력으로 항상 일정한 거리를 유지하고 있도록 구성되고, 자석들은 투자율이 높은 자성유체 속에 담겨져 있고 윗면 자석은 탄성이 있는 스프링에 매달려 연결되어있다. 진동에 의해 외부 하우징 내 상부의 영구자석과 하부의 영구자석의 움직임은 페러데이 전자기 유도법칙에 의하여 외부 하우징 둘레에 부착된 코일에 유도기전력을 발생시킨다. 코일에 유기된 유도기전력은 교류 자체를 이용하거나 다이오드를 경유하여 직류로 정류하여 다양한 부하, 즉 전자센서, 충전용 배터리, LED 등에 전기를 공급할 수 있다.1 is a schematic diagram of a vibration self-generating device according to the present invention. The device in Figure 1 is surrounded by an external housing, and inside the external housing, permanent magnets are configured so that the upper and lower surfaces are always maintained at a constant distance by repulsive force, the magnets are immersed in a magnetic fluid with high magnetic permeability, and the upper magnets are elastic. It is connected and suspended by a spring. The movement of the upper and lower permanent magnets within the external housing due to vibration generates induced electromotive force in the coil attached around the external housing according to Faraday's law of electromagnetic induction. The induced electromotive force induced in the coil can be rectified into direct current using alternating current itself or through a diode to supply electricity to various loads, such as electronic sensors, rechargeable batteries, LEDs, etc.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.Let's look at specific details for carrying out the present invention.

본 발명은 속이 빈 외부하우징 내 영구자석들로 윗면과 아래면이 서로 척력으로 항상 일정한 거리를 유지하고 있도록 구성되어 있고 영구자석들은 투자율이 높은 액체인 자성유체 속에 담겨져 있는 구조이다. 윗면 자석은 상부영구자석, 아랫면 자석은 하부영구자석이라 할 수 있고, 상부영구자석은 탄성이 있는 스프링에 매달려 연결되어있다. 진동에 의한 외부하우징 내 자석의 움직임은 외부하우징 둘레에 부착된 코일에 유도기전력을 발생시켜 교류 자체를 이용하거나 다이오드를 거쳐 직류로 정류하여 다양한 부하, 즉 전자센서, 충전용 배터리, LED 등에 전기를 공급한다.The present invention consists of permanent magnets in a hollow external housing so that the upper and lower surfaces are always maintained at a constant distance by mutual repulsion, and the permanent magnets are immersed in a magnetic fluid, a liquid with high magnetic permeability. The upper magnet can be called an upper permanent magnet, the lower magnet can be called a lower permanent magnet, and the upper permanent magnet is connected to an elastic spring. The movement of the magnet in the external housing due to vibration generates induced electromotive force in the coil attached around the external housing, which uses alternating current itself or rectifies it into direct current through a diode to supply electricity to various loads, such as electronic sensors, rechargeable batteries, LEDs, etc. supply.

본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다. Let's look at specific examples of the present invention.

<실시 예><Example>

본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.Let's look at specific embodiments of the present invention based on the drawings.

본 발명은 패러데이 전자기 유도법칙에서 발생되는 유도기전력을 얻어서 발전에 사용하는 장치를 제작하는 것이다.The present invention is to manufacture a device that obtains induced electromotive force generated from Faraday's law of electromagnetic induction and uses it for power generation.

유도기전력은 시간당 자속()변화에 비례한다.Induced electromotive force is magnetic flux per hour ( ) is proportional to the change.

자속은 자속밀도(B)와 자속()이 지나가는(쇄교하는) 단면적(S)의 곱으로 주어지고 자속밀도(B)는 투자율과 자계(H)의 곱으로 주어진다.Magnetic flux consists of magnetic flux density (B) and magnetic flux ( ) is given as the product of the passing (intersecting) cross-sectional area (S), and the magnetic flux density (B) is given as the product of the permeability and the magnetic field (H).

도 1에서와 같이, 본 발명은 윗면과 아래면 각각 척력을 이용한 자석 구조 결합으로 투자율이 높은 자성유체에서 자속 밀도를 크게 하고 작은 진동에 쉽게 움직일 수 있는 탄성 스프링에 상부영구자석이 연결되어있는 구조로 설계 제작되어 있다.As shown in Figure 1, the present invention is a structure in which the upper permanent magnet is connected to an elastic spring that increases the magnetic flux density in a magnetic fluid with high magnetic permeability and can be easily moved by small vibrations by combining a magnetic structure using repulsive force on the upper and lower surfaces, respectively. It is designed and manufactured.

본 발명은 작은 진동에도 쉽게 움직이는 자석에 의한 자속의 변화로 코일에 유도기전력을 발생시키면서 무전원 공급으로 다양한 전기적 교류 파형을 얻을 수 있다.The present invention generates induced electromotive force in the coil by changing the magnetic flux caused by a magnet that moves easily even with small vibrations, and can obtain various electrical alternating current waveforms by supplying power without power.

외부하우징은 상부 및 하부에 위치하는 상부영구자석 및 하부영구자석의 크기 및 형상에 맞추어서 제작하여 상부영구자석 및 하부영구자석이 상하로 가까워지거나 멀어져 자속 변화를 일으킬 수 있도록 소정의 반발력을 유지할 수 있도록 설계 제작한다. 즉, 상부영구자석 및 하부영구자석은 서로의 반발력으로 소정의 거리를 유지시키도록 구성된다.The external housing is manufactured to match the size and shape of the upper and lower permanent magnets located at the top and bottom to maintain a certain repulsion force so that the upper and lower permanent magnets can move closer or farther apart to cause magnetic flux changes. Design and manufacture. That is, the upper permanent magnet and the lower permanent magnet are configured to maintain a predetermined distance by mutual repulsion.

본 발명에 따른 외부하우징의 재질은 전자기파가 통과할 수 있는 합성수지 계열로 제작하는 것이 바람직하다.The material of the external housing according to the present invention is preferably made of synthetic resin through which electromagnetic waves can pass.

외부하우징의 외부에 복수의 권선으로 감겨서 형성된 코일에는 외부하우징에서 상하로 이동하는 영구자석들에 의하여 유도기전력이 발생한다.An induced electromotive force is generated in a coil formed by a plurality of windings wound around the outside of an external housing by permanent magnets moving up and down in the external housing.

본 발명은 앞서 설명한 원리를 이용하여 다양한 변형이 가능하며, 이러한 변형이 가해지더라도 다수의 영구자석을 이용하여 외부하우징의 내부에 서로 반발력을 가지도록 위치시키고 외부하우징 일측 또는 전체적으로 위치하는 다수의 턴(코일의 권선 수에 해당함)으로 구성되는 코일로 유도기전력을 얻는 구성이면 본 발명의 보호 범위에 속한다.The present invention is capable of various modifications using the principle described above, and even if such modifications are applied, a plurality of permanent magnets are used to position the inside of the external housing to have a repulsive force, and a plurality of turns located on one side or the entire external housing ( Any configuration that obtains induced electromotive force with a coil composed of (corresponding to the number of turns of the coil) falls within the scope of protection of the present invention.

본 발명은 에너지 하베스팅 개념의 손으로 흔들면서 발생하거나 걸어다니면서 혹은 움직이는 물체, 예로서 차로 이동하면서 발생하는 진동의 운동에너지를 이용하여 상부영구자석과 하부영구자석 사이는 서로 척력을 작동하도록 하는 자석들의 배열 구조로 자석들은 투자율이 높은 자성유체속에 담겨져 보다 큰 자속을 발생시키고 탄성에너지를 이용하여 작은 진동에도 자석들이 쉽게 움직일 수 있는 구조로 외부하우징에 부착된 코일에 보다 큰 유도 기전력을 발생시키는 진동 자가 발전장치를 제공하여 사용자들이 충전을 용이하게 할 수 있는 유리한 효과가 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.The present invention is an energy harvesting concept that utilizes the kinetic energy of vibration generated by shaking with a hand, walking, or moving a moving object, such as a car, to create a repulsive force between the upper and lower permanent magnets. With its array structure, the magnets are immersed in a magnetic fluid with high magnetic permeability, generating a larger magnetic flux, and using elastic energy, the magnets can easily move even with small vibrations, which generates a larger induced electromotive force in the coil attached to the external housing. It has the advantageous effect of providing a self-generating device that allows users to easily charge, so its industrial applicability is very high.

Claims

In the vibration self-generating device,
An upper permanent magnet located at the top inside the external housing; and
It includes a lower permanent magnet located at the bottom inside the external housing,
The upper permanent magnet and the lower permanent magnet are configured to maintain a predetermined distance from each other by repulsive force,
Characterized in that an induced electromotive force is generated in a coil wound around the outer housing due to magnetic flux changes that occur as the upper and lower permanent magnets located inside the outer housing move up and down due to vibration and move closer or farther away from each other. Vibrating self-generating device.

According to paragraph 1,
A vibrating self-generating device, characterized in that the upper permanent magnet is connected to a spring with elastic force.

According to paragraph 1,
A vibrating self-generating device, characterized in that the upper permanent magnet and the lower permanent magnet are immersed in a magnetic fluid, a liquid with high magnetic permeability.

According to paragraph 1,
A vibrating self-generating device, characterized in that the outer housing is made of a synthetic resin series through which electromagnetic waves can pass.