WO2009157690A2 - 진동발전기 - Google Patents

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WO2009157690A2
WO2009157690A2 PCT/KR2009/003364 KR2009003364W WO2009157690A2 WO 2009157690 A2 WO2009157690 A2 WO 2009157690A2 KR 2009003364 W KR2009003364 W KR 2009003364W WO 2009157690 A2 WO2009157690 A2 WO 2009157690A2
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WO
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vibration generator
vibration
case
present
shaft member
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PCT/KR2009/003364
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English (en)
French (fr)
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WO2009157690A3 (ko
Inventor
최재수
Original Assignee
Choi Jae Su
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Filing date
Publication date
Application filed by Choi Jae Su filed Critical Choi Jae Su
Publication of WO2009157690A2 publication Critical patent/WO2009157690A2/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction

Definitions

  • the present invention relates to a vibration generator that generates energy by converting energy such as various noises, vibrations, wind pressures, etc. into electrical energy, and is installed on both sides of the case by direct and indirect energy actions such as various vibrations, noises, and wind pressures.
  • the vibrating portion of the diaphragm vibrates, the magnet fixed to the outer periphery of the shaft member is rapidly reciprocated along the vibrating portion to generate electric power (electromotive force) while the magnetic field is bridged by a coil installed on the outer periphery of the magnet.
  • wind power generators using wind power For example, wind power generators using wind power, solar power generators using solar power, solar power generators using solar heat, tidal power generators using tidal flats, wave power generators using waves, hydroelectric generators, thermal power plants, nuclear power
  • generators geothermal generators using geothermal heat, fuel cells, bio-cells, generators using piezoelectric effects, and generators using temperature differences.
  • Some are powered by natural energy, while others are generating fuel and resources. Most of them are complex or expensive to manufacture and install, and there is a problem of low efficiency when using clean fuel or natural energy.
  • An object of the present invention is to provide a vibration generator that generates electric power by converting energy such as various vibrations, noise, wind pressure, etc. delivered to a diaphragm into electrical energy.
  • Another object of the present invention is to provide a vibration generator of a simple configuration that can be easily installed in any place.
  • Still another object of the present invention is to provide a vibrating generator capable of obtaining a predetermined power (electromotive force) by connecting a plurality of vibrating generators in series, parallel, and series-parallel.
  • Still another object of the present invention is to provide a vibration generator module capable of producing large power by connecting a plurality of vibration generators.
  • the vibration generator according to the present invention includes a case which is opened up, down, left, right, or before and after, and which is made of a nonmagnetic and / or insulator, a pair of diaphragms facing each other on the opening of the case, and the center of the diaphragm.
  • a vibrating portion formed at a portion thereof, a vibrating portion fixed to both sides of the shaft member penetrating the inner space of the case, a plurality of magnets fixed to an outer circumference of the shaft member and reciprocating along the shaft member, and the plurality of magnets.
  • it is composed of a coil installed on the inner surface of the case, and electric power (electromotive force) is generated by the magnetic flux of the intersecting magnets, and the electric power is output to the load through the terminal.
  • the edge portion (fixing part) of the diaphragm is fixed by a method such as molding or bonding to or coupled to the stepped portion of the case, and the center portion is composed of a vibrating portion (vibration) is generated, and the fixing portion and The vibrating part is connected by a plurality of connecting parts, and a space part is formed between the fixing part and the vibrating part or between the connecting parts for efficient vibration, and the inner central part of the vibrating part is fixed to the both ends of the shaft member by welding or bonding.
  • the vibrating portion vibrates due to direct / indirect action such as vibration, noise, and wind pressure
  • the magnet fixed to the outer circumference of the shaft member rapidly reciprocates, and the electromotive force is generated by the coil while the magnetic field of the magnet is connected to the coil.
  • the outer side of the diaphragm is provided with a valve of the same size as the diaphragm to prevent foreign matter from entering into the space formed in the diaphragm.
  • the present invention generates power by using various vibrations or noises generated in our lives or industrial sites and wind pressure (or pressure generated by the flow of airflow) energy, so that no separate energy source for power generation is required, and air pollution and noise There is an effect to obtain a clean electric energy that does not generate environmental pollution, such as vibration.
  • the present invention has the effect that the desired power can be obtained by connecting a plurality of vibration generators in series connection, parallel connection, serial and parallel.
  • the present invention can be easily installed in any place, and when installed as a sound barrier there is an effect that can act as a noise shield as well as power generation.
  • the present invention has the effect of more effective power generation if installed in or around the stairs, subways, airports, noise areas, noise generating facilities, etc., where a lot of people come and go.
  • the present invention has a large thickness of the magnet is used, so that the reciprocating movement according to the vibration is effectively made, the power generation efficiency is greatly improved.
  • the present invention is not only environmentally friendly by producing a separate fuel source by using the ambient noise that is increasing day by day as industrialization, environmentally friendly, resource waste is prevented as an alternative energy source due to exhaustion of fossil fuel and environmental pollution It is a useful invention with this effect that can reduce the total amount.
  • the present invention is composed of a plurality of vibration generators in series connection, or parallel connection, or in series, parallel and parallel connection form so that even if one unit of the vibration generator failure, the entire power generation system is very useful, such as normal operation is very effective Invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a magnet part of the vibration generator according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of another embodiment of the present invention FIG. 4.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the use of the vibration generator shown in an example of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a state of use of the vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a state of use of the vibration generator shown as an example of the present invention.
  • FIG. 13 is a parallel connection diagram of the vibration generator coil of the present invention.
  • 15 is a reference diagram of the vibration generator module installed on both sides of the railway in the present invention.
  • Figure 16 Reference diagram of a state in which the vibration generator module is installed on the road center separator in the present invention.
  • FIG. 18 is a reference diagram of a state in which the vibration generator module is installed on the sound insulation wall of the road in the present invention.
  • 19 is a reference diagram of a state in which the vibration generator module is installed in the lower space of the subway platform in the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the vibration generator 1 of the present invention shown as an example
  • FIG. 2 is an exploded perspective view thereof
  • FIG. 3 is a cross-sectional view thereof.
  • the vibration generator 1 is a case (2) which is opened up and down or left and right or before and after and made of a nonmagnetic and / or insulator, and a pair of opposite sides installed on both sides of the opening of the case (2).
  • the coil 9 is an armature in which electromotive force is generated by relative movement with the intersecting magnetic flux.
  • the chain linkage means that the lines of magnetic force intersect the coil 9.
  • the diaphragm 3, 4 is fixed to the fixing part 12 by molding in the case (2) when molding the case 2 or by bonding or bonding to the stepped portion (2b) of the case (2) 13, a plurality of vibrating parts (6) (7), which is located in the center portion and generates vibrations (vibrations), and a plurality of connecting parts (12) (13) and vibrating parts (6) (7).
  • Space portion 16 formed between the connecting portions 14 and 15 and between the fixing portions 12 and 13 and the vibrating portions 6 and 7 or between the connecting portions 14 and 15 for efficient vibration ( 17), and the inner central portion of the vibrating parts 6 and 7 is fixed to both ends of the shaft member 5 by welding or joining.
  • the shaft member 5 and the magnet 8 fixed to the outer circumference of the shaft member 5 quickly move up and down.
  • the magnetic field of the magnet 8 is connected to the coil 9
  • the electromotive force is generated by the coil 8, and the generated electromotive force is transmitted to the load connected to the terminals 10 and 11. .
  • the connecting portions 14 and 15 are configured to have a narrow width to serve as leaf springs when the vibrating portions 6 and 7 vibrate, and thus the vibrating portions 6 and 7 vibrate more effectively.
  • the width of the connecting portions 14 and 15 is required to have a supporting force such that the vibrating portions 6 and 7 are connected to the strong vibration and wind pressure.
  • the diaphragm (3) (4) is a thin thickness of the oxidation resistance (or non-oxidation resistance) is generated in response to vibration or external pressure, for example, the vibration and vibration is sensitive to various noises and vibrations, wind pressure, the external pressure caused by the flow of air flow around ) Non-ferrous metal plate.
  • the diaphragm (3) (4) is sensitive to vibrations or external pressure, such as various noises and vibrations of the surroundings, wind pressure, the external pressure due to the flow of air flow, such as a thin-walled synthetic resin or other that is generated tremors or vibrations It may be made of a material.
  • the diaphragm 3 (4) is preferably circular, of course, may be rectangular, elliptical, polygonal, geometric, and mixed shapes thereof, as well as respond best to vibrations (including tuning reactions), The shape and material which can react to the vibration for a long time are preferable.
  • the diaphragm 3, 4 can vibrate and the durability which the grade which can hold
  • the plates 18 and 19 are tough synthetic resin plates, or metal thin plates that help the vibration of the diaphragm 3 and 4, and are fixed only to the fixing parts 12 and 13 to prevent vibration reduction. .
  • the case 2 is a cylindrical structure in which a space is formed therein so that the magnet 8 and the coil 9 can be installed therein, and the diaphragms 3 and 4 are provided at both sides of the case 2.
  • Fixing portions 12 and 13, which are edge portions, are fastened or firmly fixed by a method such as an injection mold, and of course, may be fixed by other methods, and the diaphragm 3 and 4 are disposed on the upper and lower portions of the case 2.
  • the stepped portions 2b to which the valves 18 and 19 are coupled.
  • the case 2 is preferably a rectangular cylindrical shape for easy installation, and, of course, may be circular, elliptical, polygonal, geometric, or a mixture thereof.
  • the permanent magnet 8 of the present invention has a strong magnetic force, high residual magnetic flux density, coercive force, maximum energy, stable properties, excellent workability, small size, light weight, low cost magnet, such as a ferrite magnet and neodymium. Magnets, rare earth magnets (neodymium: Nd-based magnets, sadium: Sm-based magnets, cerium: Ce-based magnets), etc. are used. The power generation efficiency is further improved by the action with the respective coils 9 to be installed correspondingly.
  • the N and S magnetic poles of the magnet 8 are bisected in the longitudinal direction of the shaft member 5 as shown in FIG. 4 so that N, S poles, or S and N poles are magnetized, and neighboring magnets 8 as shown in FIG. ),
  • the polarity is in close contact with each other, or as shown in FIGS. 2 and 7, the spacer 23 made of a nonmagnetic material, a soft magnetic material, or a ferromagnetic material having a shaft hole 23a formed therebetween, When the spacer 23 is coupled, the separation distance between the magnets 8 is maintained, and the flow between the magnets 8 is prevented.
  • the N poles and the S poles of the magnets 8 are clearly distinguished and act as corresponding coils 9, thereby improving efficiency. .
  • the spacer 23 is a soft magnetic material or a ferromagnetic material
  • the magnetic force of the magnet 8 is enhanced, and the thickness of the spacer 23 is preferably smaller than the thickness of the magnet 8 to reduce the volume.
  • the coil 9 is molded in the case 2, or a support member fitted into a separate support 20, as shown in Figure 2, or a coupling groove (2d) formed inside the case 2 as shown in Figure 7 ( 21 or, as shown in FIG. 8, is fixed to the inside of the case 2 by the support member 22 fitted into the coupling groove 2d, and is installed at the same interval as the magnet 8.
  • the support member 21 has a protruding support portion 21a for supporting the coils 9, and in the case of the other support member 22, a support portion 22a coupled between the coils 9 protrudes and is formed separately. The spacing between the coils 9 is maintained without spacers.
  • the vibrating generator 1 is supported by springs 24 and 25, respectively, as shown in FIGS. 6, 9, and 11.
  • the electromotive force may be drawn out to the outside through the pair of terminals 26 and 27.
  • FIG. 6 is one unit vibration generator 1 connected in series using connecting lines 32 and 33, and FIG. 9 is connected in parallel.
  • vibration generators 1 can be installed and modularized, so that high power generation is possible.
  • the fixed terminals 35 and 36 may be combined using the support 34 protruding to both sides, and then connected in series or parallel or in a series / parallel mixed type, and may be configured.
  • the support 34 or the frame 99 for fixing the support 34 and the vibration generator 1 located at the edge is composed of a high power vibration generator module 100 as shown in Figs. .
  • FIG. 6 shows a state in which the vibration generators 1 are connected in series
  • FIG. 9 shows that the pair of terminals 26 and 27 can be provided in parallel and connected in parallel.
  • a plurality of vibration generators can be connected in series, in parallel, in series and in parallel to obtain desired power.
  • the coils 9 are connected in series to increase voltage, or as shown in FIG. 13, the coils 9 are connected in parallel to increase the current, or as shown in FIG. It is shown that the mixed voltage can increase the voltage and current.
  • FIG. 15 is a vibration generator module 100 configured by connecting the vibration generator 1 of the present invention to the sound insulation facility 38 installed on both sides of the rail 37 on the railway track, or the inner surface (front surface) of the sound insulation plate or sound insulation wall. It is configured to enable the development of large power.
  • vibration generator module 100 is configured to enable the generation of large power.
  • the vibration generator module 100 formed by connecting the vibration generator 1 of the present invention to the sound insulation facility 41 or the inner surface (front) of the sound insulation plate or sound insulation wall is installed on the edge of the road. It is configured to be possible.
  • the protective plate 47 is a structure and a material that can transmit the shock and noise to the vibration generator as it is, the non-slip 48 to prevent slipping is formed at the corner end of the protective plate 47.
  • the vibration generator 1 or the vibration generator module 100 of the present invention may be installed as a flooring material of a lot of traffic, or may be used in place of a boundary stone between a sidewalk and a road, or may be installed in an airfield, a breakwater, or the like.
  • the vibration generator 1 and the vibration generator module 100 of the present invention can be easily installed and used wherever noise, vibration, and external pressure such as wind power are generated.
  • the AC electricity generated by the present invention converts AC to DC electricity from an AC / DC inverter and then charges the battery with a charger, and simultaneously converts DC electricity output from the charge controller and the battery into DC electricity from the DC / AC inverter to AC electricity. It can be configured to be applied to the AC load after power distribution at.
  • the present invention is generated by converting energy such as noise, vibration, wind pressure, etc. into electrical energy, so that no additional fuel or cooling water is required, and clean energy can be produced without environmental pollution and noise, and at any place where noise and vibration are generated. Easy to install
  • the magnets fixed to the outer periphery of the shaft member are quickly reciprocated along the vibrating portion and spaced apart from the outer periphery of the magnet. It is used as a generator because electric power (electromotive force) is generated while the magnetic field is interlinked.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 각종 소음이나 진동, 풍압 등의 에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하도록 한 진동발전기(VIBRATION GENERATOR)에 관한 것으로, 각종 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등의 직ㆍ간접 작용에 의해 케이스(2) 양측에 설치된 진동판(3)(4)의 진동부(6)(7)가 진동하면, 축부재(5)와, 축부재(5) 외주에 고정된 복수의 자석(8)이 진동부(6)(7)를 따라 빠르게 왕복 운동하게 되고, 자석(8) 외주에 이격 설치된 복수의 코일(9)로 자속(자기장)이 쇄교(鎖交)하면서 전력(기전력)이 발생되도록 한 것이다. 또한, 본 발명 진동발전기(1)는 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등이 직ㆍ간접적으로 발생되는 장소이면 어디든지 간편하게 설치할 수 있으며, 단위 진동발전기(1)를 복수로 결합시켜 진동발전기모듈(100)을 구성함으로써 대전력 발전이 가능하다.

Description

진동발전기
본 발명은 각종 소음이나 진동, 풍압 등의 에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 진동발전기(振動發電機)에 관한 것으로, 각종 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등의 직ㆍ간접 에너지 작용에 의해 케이스 양측에 설치된 진동판의 진동부가 진동하면, 축부재 외주에 고정된 자석이 진동부를 따라 빠르게 왕복 운동하면서 자석 외주에 이격 설치된 코일로 자기장이 쇄교하면서 전력(기전력)이 발생되도록 한 것이다.
일반적으로 여러가지의 발전방식이 연구 개발 및 사용되고 있다.
이를테면, 풍력을 이용하는 풍력발전장치, 태양광을 이용하는 태양광발전장치, 태양열을 이용하는 태양열 발전장치, 조수간만차를 이용하는 조력발전장치, 파도를 이용하는 파력발전장치, 수력발전장치, 화력발전장치, 원자력발전장치, 지열을 이용하는 지열발전장치, 연료전지, 생물전지, 피에조 효과를 이용하는 발전장치, 온도차를 이용하는 발전장치 등 이루 헤아릴 수 없이 많다.
일부는 자연의 에너지를 이용하여 발전하고, 일부는 연료 및 자원을 필요로 하는 발전을 하고 있다. 대부분 구성이 복합하거나 제조 및 설비비용이 비싼 편이며, 청정연료나 자연의 에너지를 이용하는 경우 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 진동을 이용한 진동발전기도 있으나, 효율이 낮고 설치가 어렵고 구성이 복잡한 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 진동판으로 전달되는 각종 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등의 에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산(發電)하는 진동발전기를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 어느 장소에나 쉽게 설치할 수 있는 간단한 구성의 진동발전기를 제공함에 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 여러 개의 진동발전기를 직렬결선, 병렬결선, 직병렬로 결선시켜 소정의 전력(기전력)을 얻을 수 있는 진동발전기를 제공함에 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 여러 개의 진동발전기를 이어 붙여 대전력 생산이 가능한 진동발전기모듈을 제공함에 특징이 있다.
본 발명 진동발전기는, 상ㆍ하 또는 좌ㆍ우 또는 전ㆍ후로 개방되고 비자성 및/또는 절연체로 구성되는 케이스와, 상기 케이스의 개방부 양측에 대향 설치되는 한 쌍의 진동판과, 상기 진동판 중앙에 형성되는 진동부와, 상기 케이스의 내부 공간을 관통하는 축부재 양측에 고정되는 진동부와, 상기 축부재의 외주에 고정되어 축부재를 따라 왕복 이동하는 복수 개의 자석과, 상기 복수의 자석에 대응하여 케이스 내면에 설치되는 코일로 구성되며, 쇄교(鎖交)하는 자석의 자속에 의해 코일로 전력(기전력)이 발생되며, 상기 전력은 터미널을 통하여 부하(負荷)로 출력된다.
상기 진동판의 가장자리부분(고정부)은 케이스에 몰딩하거나, 또는 케이스의 단턱부에 접합 또는 결합하는 등의 방법으로 고정되며, 중앙부에는 진동(떨림)이 발생되는 진동부가 구성되고, 상기 고정부와 진동부는 복수의 연결부에 의해 연결되며, 효율적인 진동을 위하여 고정부와 진동부 사이, 또는 연결부 사이에 공간부가 형성되며, 축부재의 양측단부에는 진동부의 내측 중앙부가 용접이나 접합 등의 방법으로 고정되며, 따라서, 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등의 직ㆍ간접 작용에 의해 진동부가 진동하면 축부재 외주에 고정된 자석이 빠르게 왕복 운동하게 되고, 자석의 자기장이 코일에 쇄교하면서 코일로 기전력이 발생된다.
상기 진동판의 바깥측에는 진동판과 같은 크기의 판막이 설치되어 진동판에 형성된 공간부로의 이물유입이 방지된다.
본 발명은 우리의 생활이나 산업현장 등에서 발생되는 각종 진동이나 소음 및 풍압(또는 기류의 흐름에 의해 발생되는 압력) 에너지를 이용하여 발전하므로 발전을 위한 별도의 에너지원이 불필요하며, 대기 오염, 소음, 진동 등의 환경오염이 발생되지 않는 청정 전기에너지를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 여러 개의 진동발전기를 직렬결선, 병렬결선, 직.병렬로 결선시켜 소망하는 전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 어느 장소에서나 용이하게 설치할 수 있으며, 차음벽으로 설치할 경우 발전뿐 아니라 소음차단을 겸할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사람의 왕래가 많아 충격이나 소음이 심한 계단이나, 지하철, 공항, 소음 다발지역, 소음발생 설비물 등이나 그 주변에 설치하면 보다 효과적인 발전이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자석 하나의 두께가 얇고 자석 사이에 자성체 스페이서가 설치되면 자석간의 간격이 유지될 뿐 아니라, 자력이 강화되어 발전효율이 향상된다.
또한, 본 발명은 두께가 얇은 여러 개의 자석이 사용되므로 진동에 따른 왕복 이동이 효과적으로 이루어져 발전효율이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 산업화에 따라 날로 증가하고 있는 주변 소음을 이용하여 전력을 생산함으로서 별도의 연료원이 불필요하여 환경 친화적일 뿐 아니라, 화석연료 고갈에 따른 대체 에너지원으로 자원 낭비가 방지되고 환경오염 총량을 줄일 수 있는 이 효과가 있는 유용한 발명이다.
또한, 본 발명은 복수 개의 진동발전기를 직열연결, 또는 병열연결, 또는 직,병열 혼합 연결형태로 구성하여 하나 단위의 진동발전기가 고장 나더라도 전체 발전시스템은 정상 동작하는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 외관 사시도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 분해 사시도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 횡단면도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 자석 부분 사시도.
도 5 : 본 발명 도 4의 다른 실시 예 분해 사시도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 종단면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 분해 사시도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 분해 사시도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 사용 상태 단면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 사용 상태 사시도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 진동발전기의 사용 상태 사시도.
도 12 : 본 발명 진동발전기 코일의 직렬 결선도.
도 13 : 본 발명 진동발전기 코일의 병열 결선도.
도 14 : 본 발명 진동발전기 코일의 직ㆍ병열 혼합 결선도.
도 15 : 본 발명에서 철로 양측에 진동발전기모듈을 설치한 상태의 참고도.
도 16, 도 17 : 본 발명에서 도로 중앙분리대에 진동발전기모듈을 설치한 상태의 참고도.
도 18 : 본 발명에서 도로 차음벽에 진동발전기모듈을 설치한 상태의 참고도.
도 19 : 본 발명에서 지하철 승강장 하부공간에 진동발전기모듈을 설치한 상태의 참고도.
도 20 : 본 발명에서 계단 바닥에 진동발전기모듈을 설치한 상태의 참고도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1)--진동발전기 (2)--케이스
(2a)(2c)--구멍 (2b)--단턱부
(2d)--결합홈 (3)(4)--진동판
(5)--축부재 (6)(7)--진동부
(8)--자석 (9)--코일
(10)(11)--터미널 (12)(13)--고정부
(14)(15)--연결부 (16)(17)--공간부
(18)(19)--판막 (20)--지지부
(21)(22)--지지부재 (21a)(22a)--지지부
(23)--스페이서 (23a)--축공
(24)(25)--스프링 (26)(27)--단자
(28)(29)--하우징 (30)(31)--걸림부
(32)(33)--연결선 (34)--지지대
(37)(44)--레일 (38)(41)--차음시설
(39)--중앙분리대 (40)--분리대
(42)--지하철 승강장 (43)--하부공간
(45)--계단 (46)--바닥
(47)--보호판 (48)--논슬립
(99)--프레임 (100)--진동발전기모듈
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
도 1은 일 예로 도시한 본 발명 진동발전기(1)의 외관 사시도이고, 도 2는 그 분해 사시도이며, 도 3은 그 단면도이다.
상기 진동발전기(1)는 상ㆍ하 또는 좌ㆍ우 또는 전ㆍ후로 개방되고 비자성 및/또는 절연체로 구성되는 케이스(2)와, 케이스(2) 개방부 양측에 마주보도록 설치되는 한 쌍의 진동판(3)(4)과, 진동판(3)(4) 중앙에 형성되는 진동부(6)(7)와, 케이스(2)의 내부 공간을 관통하는 축부재(5)와, 축부재(5) 양측에 고정되는 진동부(6)(7)와, 축부재(5)의 외주에 결합 고정되고 축부재(5)를 따라 자유로이 왕복이동하는 복수 개의 자석(8)과, 각각의 자석(8)에 대응하도록 케이스(2) 내면에 설치되며 쇄교(鎖交)하는 자석(8)의 자속에 의해 기전력이 발생되는 복수 개의 코일(9)과, 기전력이 출력되는 터미널(10)(11)로 크게 구성된다.
상기 코일(9)은 쇄교(鎖交)하는 자속과의 상대적 운동에 의해 기전력이 발생되는 전기자(電機子)이다. 상기 쇄교는 자력선이 코일(9)과 교차하는 것을 말한다.
상기 진동판(3)(4)은 케이스(2)를 성형할 때 케이스(2)에 몰딩하거나 또는 케이스(2)의 단턱부(2b)에 접합 또는 결합하는 등의 방법으로 고정되는 고정부(12)(13)와, 중앙부에 위치하면서 진동(떨림)이 발생되는 진동부(6)(7)와, 고정부(12)(13)와 진동부(6)(7)를 연결시켜 주는 복수의 연결부(14)(15)와, 효율적인 진동을 위하여 고정부(12)(13)와 진동부(6)(7) 사이, 또는 연결부(14)(15) 사이에 형성되는 공간부(16)(17)로 구성되며, 축부재(5) 양측단부에는 진동부(6)(7)의 내측 중앙부가 용접이나 접합 등의 방법으로 고정된다.
따라서, 진동, 소음, 풍압 등의 직ㆍ간접 작용에 의해 진동부(6)(7)가 진동하면 축부재(5)와, 축부재(5) 외주에 고정된 자석(8)이 상하로 빠르게 왕복 운동하게되고, 자석(8)의 자기장이 코일(9)에 쇄교하면서 코일(8)로 기전력이 발생되며, 발생된 기전력은 터미널(10)(11)에 연결되는 부하(負荷)로 전달된다.
상기 연결부(14)(15)는 폭이 좁게 구성하여 진동부(6)(7)가 진동할 때 판스프링 역할을 하게되며, 따라서 진동부(6)(7)가 보다 효과적으로 진동한다. 물론, 상기 연결부(14)(15)의 폭은, 강한 진동이나 풍압에도 진동부(6)(7)가 연결되어 있는 정도의 지지력이 요구된다.
상기 진동판(3)(4)은 진동이나 외압, 이를테면, 주변의 각종 소음과 진동, 풍압, 기류의 흐름에 의한 외압 등에 민감하게 반응하여 떨림이나 진동이 발생되는 얇은 두께의 내산화성(또는 비산화성) 비철 금속판이다.
물론, 상기 진동판(3)(4)은 진동이나 외압, 이를테면, 주변의 각종 소음과 진동, 풍압, 기류의 흐름에 의한 외압 등에 민감하게 반응하여 떨림이나 진동이 발생되는 얇은 두께의 합성수지나 기타의 재질로 구성될 수 있다.
상기 진동판(3)(4)은 원형이 바람직하며, 물론 사각형이나 타원형, 다각형, 기하학적 형상 및 이들의 혼합 형상이 될 수 있으며, 진동에 가장 잘 반응(동조반응을 포함한다.)할 뿐 아니라, 그 진동에 오랫동안 반응할 수 있는 형상 및 재질이 바람직하다.
그리고, 진동판(3)(4)이 진동할 수 있으면서 그 설치위치를 고수할 수 있는 정도의 내구성이 요구되는 두께이면 대체로 만족한다.
상기 진동판(3)(4)의 바깥측에는 진동판(3)(4)과 같은 크기의 판막(18)(19)이 설치되어 공간부(16)(17)로의 이물유입을 방지하게 된다. 상기 판막(18)(19)은 질긴 성질의 합성수지판, 또는 진동판(3)(4)의 진동에 도움이 되는 금속박판이며, 고정부(12)(13)에만 고정시켜 진동저하를 방지하도록 한다.
본 발명에서 케이스(2)는 내부에 자석(8)과 코일(9)이 설치될 수 있게 내부에 공간부가 형성된 통체형 구조이며, 케이스(2)의 양측부에 진동판(3)(4)의 가장자리 부분인 고정부(12)(13)가 체결되거나 사출금형등의 방법으로 견고히 고정되며, 물론 다른 방법으로 고정될 수도 있으며, 케이스(2)의 상ㆍ하부에는 상기 진동판(3)(4) 및 판막(18)(19)이 결합되는 단턱부(2b)가 형성된다.
상기 케이스(2)는 설치가 쉽도록 사각 통체형이 바람직하며, 물론, 원형이나, 타원형, 다각형, 기하학적 형상이나 이들의 혼합 형상이 될 수 있다.
본 발명의 영구자석(8)은 자력(磁力)이 강하고, 잔류 자속밀도, 보자력, 최대 에너지적이 크고, 특성이 안정되며, 가공성이 뛰어나며, 소형, 경량, 저가의 자석,이를테면 패라이트 자석, 네오디뮴 자석, 희토류자석(네오디뮴:Nd계 자석, 사마디움:Sm계 자석, 세륨: Ce계 자석)등이 사용되며, 축부재(5)에 결합되는 도너츠형이며, 자석(8) 두께를 얇게 구성함으로써 대응 설치되는 각각의 코일(9)과의 작용으로 발전효율이 보다 향상된다.
상기 자석(8)의 N, S 자극은 도 4와 같이 축부재(5)의 길이방향으로 양분되어 N, S극, 또는 S, N극이 착자 형성되며, 도 3과 같이 이웃하는 자석(8) 끼리 극성이 다르게 밀착시키거나, 또는 도 2, 도 7과 같이 자석(8)과 자석(8) 사이에 축공(23a)이 형성된 비자성체 또는 연성자성체, 또는 강자성체로 된 스페이서(23)가 결합될 수 있으며, 상기 스페이서(23)가 결합되는 경우 자석(8)간의 이격거리가 유지되며, 또한 자석(8)간의 유동이 방지된다.
도 3과 같이 이웃하는 자석(8)끼리 척력이 발생되게 자극을 배치하는 경우, 각각의 자석(8) 끼리 N극과 S극이 확실히 구분되어 대응 코일(9)로 작용되므로 효율이 보다 향상된다.
상기 스페이서(23)가 연성자성체 또는 강자성체인 경우, 자석(8)의 자력이 증강되며, 스페이서(23)의 두께는 자석(8)의 두께보다 작게 구성하여 부피를 줄일 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 코일(9)은 케이스(2)에 몰딩되거나, 또는 도 2와 같이 별도의 지지부(20), 또는 도 7과 같이 케이스(2)의 내측에 형성된 결합홈(2d)에 끼워지는 지지부재(21), 또는 도 8과 같이 결합홈(2d)에 끼워지는 지지부재(22)에 의해 케이스(2) 내부에 고정화되며, 자석(8)과 같은 간격으로 설치된다.
상기 지지부재(21)는 코일(9)을 각각 지지하는 지지부(21a)가 돌출 형성되며, 다른 지지부재(22)의 경우 코일(9) 사이에 결합되는 지지부(22a)가 돌출 형성되어 별도의 스페이서 없이도 코일(9) 사이의 간격이 유지된다.
진동발전기(1)는 케이스(2)의 구멍(2c)을 통하여 터미널(10)(11)이 돌출되기도 하지만, 도 6, 도 9, 도 11과 같이 스프링(24)(25)으로 각각 탄지되는 한 쌍의 단자(26)(27)를 통하여 기전력이 외부로 인출되게 구성할 수도 있다.
상기의 경우, 케이스(2)의 구멍(2a)을 드나드는 단자(26)(27)와, 상기 단자(26)(27)가 구멍(2a)을 이탈하지 않도록 단자(26)(27) 후단에 형성되는 걸림부(30)(31)와, 걸림부(30)(31) 후단에 결합되는 스프링(24)(25)과, 스프링(24)(25)을 지지하는 하우징(28)(29)으로 구성되며, 단자(26)(27)와 코일(9)은 연결선(32)(33)으로 연결된다.
도 6은 연결선(32)(33)을 이용하여 1개의 단위 진동발전기(1)를 직렬로 연결한 것이고, 도 9는 병열로 연결한 것이다.
한편, 진동발전기(1)는 여러 개 설치하여 모듈화함으로써 대전력 발전이 가능하다.
이를테면, 도 6, 도 9 내지 11과 같이 고정단자(35)(36)가 양측으로 돌출된 지지대(34)를 이용하여 결합한 다음 직열 또는 병열 또는 직ㆍ병열 혼합형으로 연결시켜 구성할 수 있으며, 테두리 부분에는 상기 지지대(34), 또는 지지대(34)와 가장자리에 위치하는 진동발전기(1)를 고정시키는 프레임(99)으로 도 17, 도 18과같은 대전력의 진동발전기모듈(100)이 구성된다.
도 6은 진동발전기(1)를 직렬로 연결한 상태를 도시한 것이고, 도 9는 단자(26)(27)를 2쌍으로 구비하여 병열로 연결할 수 있음을 도시한 것이다.
본 발명에서 여러 개의 진동발전기를 직렬결선, 병렬결선, 직.병렬로 결선시켜 소망하는 전력을 얻을 수 있다.
예컨대, 도 12와 같이 코일(9)을 직렬로 결선시켜 전압을 높이거나, 도 13과 같이 코일(9)을 병열로 결선시켜 전류를 높이거나, 도 14와 같이 코일(9)을 직ㆍ병열로 혼합 결선시켜 전압과 전류를 상승시킬 수 있음을 도시한 것이다.
도 15는 소음이 심한 철로 상의 레일(37) 양측에 설치되는 차음시설(38) 또는 차음판이나 차음벽의 안쪽면(전면)에 본 발명 진동발전기(1)를 이어 붙여 구성한 진동발전기모듈(100)을 설치하여 대전력의 발전이 가능하도록 구성한 것이다.
도 16, 도 17은 차량의 왕래가 많고 소음이 심한 고속도로, 산업도로, 자동차 전용도로, 국도 등의 중앙분리대(39) 상부의 분리대(40) 양 측면에 본 발명 진동발전기(1)를 이어 붙여 구성한 진동발전기모듈(100)을 설치하여 대전력의 발전이 가능하도록 구성한 것이다.
도 18은 도로의 가장자리 부분에 설치되는 차음시설(41) 또는 차음판이나 차음벽의 안쪽면(전면)에 본 발명 진동발전기(1)를 이어 붙여 구성한 진동발전기모듈(100)을 설치하여 대전력 발전이 가능하도록 구성한 것이다.
도 19는 비교적 소음이 심한 지하철 승강장(42) 하부공간(43)에 진동발전기모듈(100)을 설치하여 레일(44)과 그 주변으로 부터 발생되는 소음 및 승객들이 발생시키는 소음에 의해 대전력 발전이 가능하도록 한 것이다.
도 20은 사람의 왕래가 많아 진동과 소음이 심한 계단(45)의 바닥(46) 부분에 진동발전기모듈(100)을 설치하여 계단(45)을 오르내리는 진동 및 충격과 각종 소음에 의해 대전력 발전이 가능하도록 한 것이다. 상기의 경우 진동발전기모듈(100) 부분에 체중이 바로 전달되므로 진동발전기모듈(100) 상부면에 체중을 충분히 견딜 수 있는 보호판(47)을 설치함이 바람직하다. 상기 보호판(47)은 충격과 소음을 진동발전기로 그대로 전달할 수 있는 구조 및 재질이며, 보호판(47)의 모서리 끝부분에는 미끄러짐을 방지하는 논슬립(48)이 구성된다.
본 발명 진동발전기(1) 또는 진동발전기모듈(100)은 사람의 왕래가 많은 도로의 바닥재로 설치되거나, 인도와 도로 사이의 경계석을 대신하여 사용될 수도 있으며, 비행장, 방파재 등에 설치될 수도 있다.
본 발명 진동발전기(1) 및 진동발전기모듈(100)은 소음과 진동 및 풍력 등의 외압이 발생되는 장소이면 어디든지 쉽게 설치하여 사용할 수 있다.
본 발명에 의해 발전된 AC전기는 AC/DC인버터에서 DC전기로 변환한 다음 충전기로 축전지에 충전시킴과 동시에, 충전조절기 및 축전지에서 출력되는 DC전기를 DC/AC인버터에서 AC전기로 변환하여 교류 분전반에서 분전한 후 AC부하에 인가되도록 구성할 수 있다.
본 발명은 소음이나 진동, 풍압 등의 에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하므로 별도의 연료나 냉각수 등이 불필요하며, 환경오염과 소음 발생없이 청정에너지를 생산할 수 있고, 소음 진동이 발생되는 어느 장소에서나 쉽게 설치할 수 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
본 발명은 각종 진동ㆍ소음ㆍ풍압 등의 직ㆍ간접 에너지 작용에 의해 케이스 양측에 설치된 진동판의 진동부가 진동하면, 축부재 외주에 고정된 자석이 진동부를 따라 빠르게 왕복 운동하면서 자석 외주에 이격 설치된 코일로 자기장이 쇄교하면서 전력(기전력)이 발생되므로 발전기로 사용된다.

Claims (6)

  1. 양측으로 개방된 비자성 케이스와, 상기 케이스 양측에 마주보게 설치되는 한 쌍의 진동판과, 상기 진동판 중앙에 형성되는 진동부와, 상기 케이스 내부 공간을 관통하는 축부재와, 상기 축부재 양측에 고정되는 진동부와, 상기 축부재의 외주에 결합되어 상기 축부재를 따라 왕복 이동하는 복수 개의 자석과, 상기 자석에 대응하여 케이스 내면에 설치되는 복수 개의 코일과, 상기 코일에 연결되는 한 쌍의 터미널로 구성하여서 된 진동발전기.
  2. 청구항 1에 있어서; 진동판은, 케이스에 고정되는 고정부와, 중앙부에 위치하는 진동부와, 상기 고정부와 진동부를 연결하는 복수의 연결부와, 상기 연결부 사이에 형성되는 공간부로 구성하여서 된 진동발전기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서; 진동판의 바깥측에 진동판과 같은 크기의 판막을 설치하여 공간부로 이물유입을 방지하도록 함을 특징으로 하는 진동발전기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서; 자석과 자석 사이에 축공이 형성된 자성체 스페이서를 결합하여서 된 진동발전기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서; 한 쌍의 터미널은, 케이스(2)의 구멍(2a)을 드나드는 단자(26)(27)와, 상기 단자(26)(27)가 구멍(2a)을 이탈하지 않도록 단자(26)(27) 후단에 형성되는 걸림부(30)(31)와, 걸림부(30)(31) 후단에 결합되는 스프링(24)(25)과, 스프링(24)(25)을 지지하는 하우징(28)(29)과, 단자(26)(27)와 코일(9)을 연결하는 연결선(32)(33)으로 구성된 것임을 특징으로 하는 진동발전기.
  6. 고정단자가 양측으로 돌출된 지지대와, 상기 지지대가 결합되는 테두리 프레임을 이용하여 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의해 구성된 복수의 진동발전기를 연결시키고, 상기 진동발전기의 터미널은 직열이나 병열이나 직ㆍ병열 혼합형 중 한 가지로 결선하여 진동발전기모듈을 구성함을 특징으로 하는 진동발전기.
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