WO2015008888A1 - 회전 진동형 에너지 수확기 - Google Patents

회전 진동형 에너지 수확기 Download PDF

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WO2015008888A1
WO2015008888A1 PCT/KR2013/006678 KR2013006678W WO2015008888A1 WO 2015008888 A1 WO2015008888 A1 WO 2015008888A1 KR 2013006678 W KR2013006678 W KR 2013006678W WO 2015008888 A1 WO2015008888 A1 WO 2015008888A1
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WO
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permanent magnet
plate
energy harvester
coil
magnet plate
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/006678
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
한기봉
이형우
Original Assignee
중원대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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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
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • H02K7/061—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa using rotary unbalanced masses
    • H02K7/063—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa using rotary unbalanced masses integrally combined with motor parts, e.g. motors with eccentric rotors

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for harvesting energy from rotational vibration, and more particularly, to generate rotational vibration with respect to the permanent magnet plate by using shaking or movement generated when the user is carrying and moving the electromagnetic wave with the coil plate. It relates to a device for generating an electromotive force through an induction action.
  • Permanent magnet generator refers to a generator that uses a permanent magnet in generating electromotive force by electromagnetic induction action ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ), generally used as a small generator.
  • the permanent magnet generator is composed of permanent magnet plates alternately arranged at predetermined intervals alternately with N pole permanent magnets and S pole permanent magnets along the circumferential direction, and a coil plate having a coil pattern formed along the circumferential direction.
  • the permanent magnet generator having such a configuration generates electromotive force through the electromagnetic induction action between the permanent magnet plate and the coil plate by fixing the coil plate about the central axis and rotating the permanent magnet plate or vice versa. .
  • the conventional permanent magnet generator having the above configuration has a problem in that the user artificially rotates the permanent magnet plate or coil plate or rotates the permanent magnet plate or coil plate using another power source.
  • the object is, according to the present invention, a housing forming an inner space; A shaft rotatably provided in the housing; A permanent magnet plate coupled to the shaft to rotate the shaft about a central axis; And a coil plate arranged side by side at a predetermined interval with the permanent magnet plate, wherein the permanent magnet plate comprises: a central body portion coupled to the shaft; And a permanent magnet disposed at a predetermined interval along the circumferential direction of the central body part, and provided only at one side in the circumferential direction of the central body part so that the center of gravity of the permanent magnet plate is eccentric to one side. Achieved by a vibratory energy harvester.
  • the central body portion may be made of a plastic material having a specific gravity smaller than that of the permanent magnets.
  • the permanent magnet plate may further include a permanent magnet mounting unit extending in the outer radial direction from the central body portion and to which the permanent magnets are mounted.
  • the permanent magnet mounting portion may have a fan shape when viewed from the upper and lower sides.
  • the coil plate may be provided as an upper coil plate and a lower coil plate disposed with the permanent magnet plate interposed therebetween.
  • the permanent magnets may be provided on an upper surface of the permanent magnet plate facing the upper coil plate and a lower surface of the permanent magnet plate facing the lower coil plate.
  • the coil plate may include a plate-shaped body portion provided as a printed circuit board; And a coil pattern formed on an upper surface or a lower surface of the plate-shaped body portion in a circumferential direction of the plate-shaped body portion, and may be fixed to the housing and supported by the housing.
  • the rotary vibratory energy harvester further comprises a pure iron plate coupled to the shaft to be disposed in parallel with the permanent magnet plate at a predetermined interval with the coil plate therebetween and rotated in association with the permanent magnet plate about the shaft. It may include.
  • the pure iron plate may be provided as an upper pure iron plate and a lower pure iron plate disposed between the permanent magnet plate and the coil plate.
  • the pure iron plate may have a shape corresponding to the permanent magnet plate when viewed from the upper and lower sides.
  • the rotary vibration energy harvester is disposed in an area where the permanent magnets do not exist in the permanent magnet plate, and provides a repulsive force to rotate the permanent magnet plate in another direction when the permanent magnet plate rotates in one direction to reach a predetermined rotational position. It may further include a permanent magnet for rotating vibration generation.
  • the rotating vibration generating permanent magnet may be provided as a pair of rotating vibration generating permanent magnets disposed along the rotation direction of the permanent magnetic plate.
  • the permanent magnet for rotating vibration is fixed to the coil plate and may be supported by the coil plate.
  • the rotary vibratory energy harvester of the present invention is configured so that the permanent magnet plate is rotatably provided so that its center of gravity is eccentric to one side, so that the permanent magnetic plate rotates and vibrates by shaking or movement generated when the user moves the rotary vibratory energy harvester. Since the user does not rotate the permanent magnet plate or coil plate artificially or rotates the permanent magnet plate or coil plate by using another power source, the electromotive force can be generated through the electromagnetic induction action between the permanent magnet plate and the coil plate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration inside the housing of the rotary vibration energy harvester according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the permanent magnet plate in the rotary vibrating energy harvester of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 2.
  • Figure 4 is a plan view for explaining a permanent magnet for rotating vibration generating a vibration vibration for the permanent magnet plate of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the coil plate in the rotary vibration energy harvester of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line b-b 'of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a plan view of a pure iron plate in the rotary vibration energy harvester of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration inside the housing of the rotary vibration energy harvester according to an embodiment of the present invention.
  • the rotary vibrating energy harvester 100 is a housing 110, shaft 120, permanent magnet plate 130, coil plate 140, pure iron plate 150 and rotation vibration generation It may include a permanent magnet 160.
  • Rotating vibration-type energy harvester 100 according to the present invention is the permanent magnet plate 130 is rotated by the shaking or movement generated when the user is carried by moving, the permanent magnet plate 130 and the fixed coil plate 140 to rotate Electromagnetic force can be generated through electromagnetic induction.
  • the housing 110 includes an internal space in which a shaft 120, a permanent magnet plate 130, a coil plate 140, a pure iron plate 150, and a permanent magnet for rotating vibration 160 are installed. To form.
  • the housing 110 is preferably made of a light and hard plastic material to form the exterior of the rotary vibration energy harvester 100 so that the user is easy to carry and protect the internal components from external shock.
  • the shaft 120 is disposed to extend in an up and down direction inside the housing 110, but is rotatably provided with respect to the housing 110. To this end, the upper end and the lower end of the shaft 120 are coupled to the upper and lower walls of the housing 110 through rotating bearings, although not shown in the accompanying drawings.
  • the shaft 120 provides a central axis of rotation for the permanent magnet plate 130 and the pure iron plate 150.
  • the permanent magnet plate 130 is coupled to the shaft 120 to rotate the shaft 120 about the central axis.
  • the permanent magnet plate 130 is configured to rotate by shaking or movement generated when the user carries the rotary vibration type energy harvester 100, which will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 is a plan view of the permanent magnet plate of the rotary vibrating energy harvester of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line a-a 'of FIG.
  • the permanent magnet plate 130 may include a central body portion 131, a permanent magnet mounting portion 134, and permanent magnets 135.
  • the central body portion 131 is a portion coupled to the shaft 120, the shaft coupling portion 132 through which the shaft 120 is fastened and the disk-shaped joint extending to surround the shaft coupling portion 132.
  • the unit 133 is included.
  • the shaft fastening part 132 is provided with a fastening hole 132a through which the shaft 120 is fastened, and the upper and lower sides as shown in FIGS. 1 and 3. It extends in the direction is provided in a structure for supporting the central portion of the pure iron plate 150.
  • the permanent magnet mounting part 134 is a part in which the permanent magnets 135 are mounted and extends in the outer radial direction from the joint 133 of the central body part 131.
  • the permanent magnet mounting unit 134 preferably has a fan shape when viewed from the upper and lower sides as shown in FIG. 2 in consideration of the arrangement structure of the permanent magnets 135 to be described later.
  • Permanent magnets 135 are arranged at a predetermined interval along the circumferential direction of the central body portion 131, as shown in Figure 2, specifically, alternately arranged along the circumferential direction of the central body portion 131 Available in N-pole permanent magnets and S-pole permanent magnets.
  • the permanent magnets 135 are provided only in one section (left section in FIG. 2) in the circumferential direction of the central body 131 so that the center of gravity of the permanent magnet plate 130 is eccentric to one side. That is, the permanent magnets 135 are provided only in one side section having a predetermined center angle range along the circumferential direction of the central body 131 so that the center of gravity of the permanent magnet plate 130 is eccentric to one side, the fan-shaped arrangement structure Has At this time, one side section in which the permanent magnets 135 are present is 90 in the circumferential direction of the central body 131 in consideration of the total area and the eccentric effect of the permanent magnets 135 facing the coil plate 140. It is preferable to be selected within the range of the center angle of ° to 270 °.
  • the number and size of the permanent magnets 135 is not limited to that shown in FIG. 2 and may be appropriately changed.
  • the permanent magnet plate 130 has an effect that the center of gravity is eccentric to one side is to be rotated by the shaking or movement generated when the user carries the rotary vibration energy harvester 100.
  • the central body portion 131 is preferably made of a plastic material having a specific gravity smaller than the material of the permanent magnets (135).
  • the permanent magnets 135 are mounted to the permanent magnet mounting portion 134 as described above, for this purpose, as shown in FIG. 3, the upper and lower surfaces of the permanent magnet mounting portion 134 for each permanent magnet 135
  • the mounting groove 134a for receiving is formed by the number of permanent magnets 135 at predetermined intervals along the circumferential direction.
  • the permanent magnets 135 are preferably mounted on both the upper and lower surfaces of the permanent magnet mounting portion 134, which is the coil plate 140 with the permanent magnet plate 130 therebetween as shown in FIG. It is related to being provided in pairs up and down. This will be further described in the description of the coil plate 140 configuration.
  • the structure in which the permanent magnets 135 are mounted to the permanent magnet mounting unit 134 is not limited to that shown in the accompanying drawings, and any one of various known mounting structures may be selected.
  • Figure 4 is a plan view for explaining a permanent magnet for rotating vibration generating a vibration vibration for the permanent magnet plate of FIG.
  • the permanent magnet 160 for generating vibration is disposed in a region in which the permanent magnets 135 do not exist in the permanent magnet plate 130.
  • Rotating vibration generating permanent magnet 160 rotates relative to the permanent magnet plate by providing a repulsive or repulsive force to rotate the permanent magnet plate 130 in the other direction when the permanent magnet plate 130 rotates in one direction to reach a predetermined rotation position It can generate vibrations. That is, the rotary vibration generating permanent magnet 160 serves as a rotating spring with respect to the permanent magnet plate 130.
  • the rotational vibration generating permanent magnet 160 is shown in Figures 2 and 4 so as to maintain the rotational vibration for the permanent magnet plate 130 as long as possible even if there is no shaking or movement applied to the rotary vibration-type energy harvester 100
  • the permanent magnet 160 for generating vibration is fixed to the coil plate 140 as shown in Figure 1 is supported by the coil plate 140.
  • the permanent magnet 160 for generating vibration may be rotated clockwise (the direction indicated by the dashed arrow) of the permanent magnet plate 130 as shown in FIG. 4 by shaking or movement applied to the rotating vibration energy harvester 100. Rotated to reach the rotational position adjacent to the permanent vibration generating permanent magnet 160 in the first position of the permanent magnets 135 of the permanent magnet plate 130 in the approximately 2 o'clock position in FIG.
  • the permanent magnet plate 130 is rotated counterclockwise (solid line arrow) as shown in FIG. 4 by the repulsive force acting between the permanent magnet 135 of the permanent magnet plate 130 and the permanent magnet 160 for generating rotation vibration. In the direction indicated).
  • FIG. 4 As shown in FIG.
  • the permanent magnet plate 130 rotates in a counterclockwise direction so that the permanent magnet in the last position of the permanent magnets 135 of the permanent magnet plate 130 is positioned at approximately 4 o'clock position in FIG. 2.
  • the permanent magnet for rotating vibration 160 should have the same polarity ('N pole' in the accompanying drawings) as the permanent magnet 135 of the permanent magnetic plate 130 to be adjacent. do.
  • the rotary vibration generating permanent magnet 160 As described above, even if there is no additional shaking or movement after the rotation of the permanent magnet plate 130 by the shaking or movement applied to the rotary vibration-type energy harvester 100, the rotary vibration occurs Since rotational vibration of the permanent magnet plate 130 is additionally generated by repulsive or repulsive force provided by the permanent magnet 160, the overall rotational vibration of the permanent magnet plate 130 is increased under the same environmental conditions, which results in rotation. It will act as a factor to improve the power generation efficiency of the vibration type energy harvester.
  • FIG. 5 is a plan view of the coil plate in the rotary vibration energy harvester of Figure 1
  • Figure 6 is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG.
  • the coil plate 140 is disposed in parallel with the permanent magnet plate 130 at predetermined intervals.
  • the coil plate 140 is fixed without being rotated. Specifically, the coil plate 140 is fixed to the side wall of the housing 110 without being coupled with the shaft 120 and supported by the housing 110.
  • the coil plate 140 has a plate-shaped body portion 141 provided in a disc-shaped printed circuit board (PCB) and a plate-shaped body along the circumferential direction of the plate-shaped body portion 141.
  • the coil pattern 145 is formed on the upper or lower surface of the portion 141.
  • the plate-shaped body portion 141 is formed with an opening 141a through which the shaft 120 penetrates in the center portion as shown in FIG. 5 so as not to interfere with the rotating shaft 120, and the edge portion thereof is shown in FIG. It is fixed to the side wall of the housing 110 as shown.
  • the coil plate 140 may be provided in a multilayer structure in which a plurality of unit coil plates are stacked in the vertical direction.
  • the coil plate 140 of the multilayer structure may include a rotating permanent magnet plate ( 130 and the density of the coil pattern 145 causing the electromagnetic induction action is increased as a result can improve the power generation efficiency of the rotary vibration type energy harvester 100.
  • a method of forming the coil pattern 145 as shown in FIG. 5 on a printed circuit board is well known in the art, and thus description thereof will be omitted.
  • the coil plate 140 is preferably provided in a pair of upper and lower with the permanent magnet plate 130 therebetween as shown in FIG. That is, the coil plate 140 is preferably provided as the upper coil plate 140 and the lower coil plate 140 which is disposed with the permanent magnet plate 130 interposed therebetween, which is rotated to one permanent magnet plate 130.
  • the upper and lower two coil plates 140 cause electromagnetic induction, resulting in higher power generation efficiency of the permanent magnet.
  • the permanent magnets 135 of the permanent magnet plate 130 as described above.
  • the above-described rotation vibration permanent magnet 160 is disposed between the pair of coil plates 140, as shown in Figure 6, both ends are fixed to each of the pair of coil plates 140.
  • FIG. 7 is a plan view of a pure iron plate in the rotary vibration energy harvester of FIG.
  • the pure iron plate 150 is disposed in parallel with the permanent magnet plate 130 at a predetermined interval with the coil plate 140 interposed therebetween.
  • the pure iron plate 150 is coupled to the shaft 120 to rotate in association with the permanent magnet plate 130 around the shaft 120.
  • Pure iron plate 150 is made of pure iron as its name.
  • the pure iron plate 150 serves to concentrate the magnetic field generated in the permanent magnet plate 130 on the coil pattern 145 of the coil plate 140 without leaking to another place.
  • the pure iron plate 150 corresponds to the coil plate 140 provided in a pair of upper and lower upper pure iron plate disposed between the permanent magnet plate 130 and the coil plate 140 as shown in FIG. 150 and the lower pure iron plate 150 is preferable.
  • the pure iron plate 150 has a central portion 151 coupled to the shaft 120 and an edge portion 155 extending radially outward from the central portion 151 and corresponding to the permanent magnet mounting portion 134 of the permanent magnetic plate 130. It includes. At this time, the central portion 151 has a fastening hole 151a through which the shaft 120 is fastened to be formed at the center thereof, and as shown in FIG. 1, the upper end or the lower end of the central body portion 131 of the permanent magnet plate 130. It is supported stably by. Edge portion 155 preferably has a fan shape corresponding to the permanent magnet mounting portion 134 of the permanent magnet plate 130, as shown in FIG.
  • the pure iron plate 150 has a shape corresponding to the permanent magnet plate 130 as a whole when viewed from the upper and lower sides as can be seen through the contrast of Figure 2 and Figure 7, the pure iron plate 150 is a shaft In order to further increase the eccentric effect of the permanent magnet plate 130 in terms of rotating in conjunction with the permanent magnet plate 130 around the central axis (120).
  • the rotary vibration type energy harvester is disposed in the circumferential direction of the central body portion so that the permanent magnets of the permanent magnet plate are arranged at a predetermined interval along the circumferential direction of the central body portion, the center of gravity of the permanent magnet plate is eccentric to one side. Since only one side is provided, the permanent magnet plate is rotated by the shaking or movement generated when the user moves the rotary vibrating energy harvester, so that the user artificially rotates the permanent magnet plate or coil plate or permanently by using another power source. Electromagnetic force can be generated through electromagnetic induction between the permanent magnet plate and the coil plate without rotating the magnet plate or the coil plate.
  • the present invention can be used in small generators, in particular portable generators.

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Abstract

회전 진동형 에너지 수확기가 개시된다. 본 발명의 회전 진동형 에너지 수확기는, 내부 공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에서 회전 가능하게 마련되는 샤프트; 상기 샤프트를 중심축으로 회전하도록 상기 샤프트에 결합되는 영구자석판; 및 상기 영구자석판과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치되는 코일판을 포함하고, 상기 영구자석판은, 상기 샤프트에 결합되는 중앙몸체부; 및 상기 중앙몸체부의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치되되 상기 영구자석판의 무게중심이 일측으로 편심되도록 상기 중앙몸체부의 원주 방향에 있어서 일측 구간에만 마련되는 영구자석들을 포함한다.

Description

회전 진동형 에너지 수확기
본 발명은, 회전 진동으로부터 에너지를 수확하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 사용자가 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임 등을 이용하여 영구자석판에 대해 회전 진동을 일으키고 이로 인한 코일판과의 전자기유도작용을 통해 기전력을 발생시키는 장치에 관한 것이다.
영구자석 발전기는 전자기유도작용(電磁氣誘導作用)으로 기전력을 발생시키는데 있어서 영구자석을 이용하는 발전기를 말하며, 일반적으로 소형 발전기로 사용되고 있다.
영구자석 발전기는 원주 방향을 따라 N극 영구자석과 S극 영구자석이 번갈아가며 미리 정해진 간격으로 배치되는 영구자석판과, 원주 방향을 따라 코일 패턴이 형성되는 코일판으로 구성된다. 이러한 구성을 갖는 영구자석 발전기는 중심축에 대해 코일판을 고정하고 영구자석판을 회전시키거나 반대로 영구자석판을 고정하고 코일판을 회전시켜 영구자석판과 코일판 사이의 전자기유도작용을 통해 기전력을 발생시킨다.
그런데, 위와 같은 구성을 갖는 통상의 영구자석 발전기는 사용자가 인위적으로 영구자석판 또는 코일판을 회전시키거나 다른 동력원을 이용하여 영구자석판 또는 코일판을 회전시켜야 하는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 한국등록특허공보 제10-0293296호(발명의 명칭: 휴대용 소형 발전기, 등록일자: 2001년 04월 02일) 및 한국등록실용신안공보 제20-0260831호(고안의 명칭: 자가발광장치, 등록일자: 2002년 01월 03일) 등이 있다.
본 발명의 목적은, 사용자가 인위적으로 영구자석판 또는 코일판을 회전시키거나 다른 동력원을 이용하여 영구자석판 또는 코일판을 회전시키지 않아도 영구자석판과 코일판 사이의 전자기유도작용을 통해 기전력을 발생시킬 수 있는 회전 진동형 에너지 수확기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부 공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에서 회전 가능하게 마련되는 샤프트; 상기 샤프트를 중심축으로 회전하도록 상기 샤프트에 결합되는 영구자석판; 및 상기 영구자석판과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치되는 코일판을 포함하고, 상기 영구자석판은, 상기 샤프트에 결합되는 중앙몸체부; 및 상기 중앙몸체부의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치되되 상기 영구자석판의 무게중심이 일측으로 편심되도록 상기 중앙몸체부의 원주 방향에 있어서 일측 구간에만 마련되는 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기에 의해 달성된다.
상기 중앙몸체부는, 상기 영구자석들의 재질보다 비중이 작은 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.
상기 영구자석판은, 상기 중앙몸체부로부터 외측 반경 방향으로 연장되고 상기 영구자석들이 장착되는 영구자석 장착부를 더 포함할 수 있다.
상기 영구자석 장착부는, 상하 측에서 바라볼 때 부채꼴 모양을 가질 수 있다.
상기 코일판은, 상기 영구자석판을 사이에 두고 배치되는 상측 코일판과 하측 코일판으로 제공될 수 있다.
상기 영구자석들은, 상기 상측 코일판과 대향하는 상기 영구자석판의 상면과 상기 하측 코일판과 대향하는 상기 영구자석판의 하면에 제공될 수 있다.
상기 코일판은, 인쇄회로기판으로 제공되는 판형몸체부; 및 상기 판형몸체부의 원주 방향을 따라 상기 판형몸체부의 상면 또는 하면에 형성되는 코일 패턴을 포함하고, 상기 하우징에 고정되어 상기 하우징에 의해 지지될 수 있다.
상기 회전 진동형 에너지 수확기는, 상기 코일판을 사이에 두고 상기 영구자석판과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치되고 상기 샤프트를 중심축으로 상기 영구자석판과 연동하여 회전하도록 상기 샤프트에 결합되는 순철판을 더 포함할 수 있다.
상기 순철판은, 상기 영구자석판과 상기 코일판을 사이에 두고 배치되는 상측 순철판과 하측 순철판으로 제공될 수 있다.
상기 순철판은, 상하 측에서 바라볼 때 상기 영구자석판과 대응하는 형상을 가질 수 있다.
상기 회전 진동형 에너지 수확기는, 상기 영구자석판에서 상기 영구자석들이 존재하지 않는 영역에 배치되고 상기 영구자석판이 일 방향으로 회전하여 미리 정해진 회전위치에 도달하면 상기 영구자석판을 타 방향으로 회전시키는 반발력을 제공하는 회전진동발생용 영구자석을 더 포함할 수 있다.
상기 회전진동발생용 영구자석은, 상기 영구자석판의 회전 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 회전진동발생 영구자석으로 제공될 수 있다.
상기 회전진동발생용 영구자석은, 상기 코일판에 고정되어 상기 코일판에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 회전 진동형 에너지 수확기는 회전 가능하게 마련되는 영구자석판을 그 무게중심이 일측으로 편심되도록 구성함으로써, 사용자가 회전 진동형 에너지 수확기를 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임에 의해 영구자석판이 회전 진동하게 되므로, 사용자가 인위적으로 영구자석판 또는 코일판을 회전시키거나 다른 동력원을 이용하여 영구자석판 또는 코일판을 회전시키지 않아도 영구자석판과 코일판 사이의 전자기유도작용을 통해 기전력을 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 진동형 에너지 수확기의 하우징 내부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 영구자석판의 평면도이다.
도 3은 도 2의 a-a'선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 영구자석판에 대해 회전 진동을 발생시키는 회전진동발생용 영구자석을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 코일판의 평면도이다.
도 6은 도 5의 b-b'선에 따른 단면도이다.
도 7은 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 순철판의 평면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 진동형 에너지 수확기의 하우징 내부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 회전 진동형 에너지 수확기(100)는 하우징(110), 샤프트(120), 영구자석판(130), 코일판(140), 순철판(150) 및 회전진동발생용 영구자석(160)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 회전 진동형 에너지 수확기(100)는 사용자가 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임에 의해 영구자석판(130)이 회전하게 되고, 회전하는 영구자석판(130)과 고정된 코일판(140) 사이의 전자기유도작용(電磁氣誘導作用)을 통해 기전력을 발생시킬 수 있다.
하우징(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 샤프트(120), 영구자석판(130), 코일판(140), 순철판(150), 회전진동발생용 영구자석(160) 등이 설치되는 내부 공간을 형성한다. 아울러, 하우징(110)은 회전 진동형 에너지 수확기(100)의 외관을 형성하는 것으로 사용자가 휴대하기 편하고 외부충격으로부터 내부의 부품들을 보호할 수 있도록 가벼우면서도 단단한 플라스틱 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
샤프트(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 내부에서 상하 방향으로 연장되도록 배치되되 하우징(110)에 대해 회전 가능하게 마련된다. 이를 위해, 사프트(120)의 상단부와 하단부는 첨부된 도면에서는 도시되지 않았지만 회전 베이링을 통해 하우징(110)의 상부벽과 하부벽에 각각 결합된다. 이러한 샤프트(120)는 영구자석판(130)과 순철판(150)에 대한 회전 중심축을 제공한다.
영구자석판(130)은 샤프트(120)를 중심축으로 회전하도록 샤프트(120)에 결합된다. 이러한 영구자석판(130)은 사용자가 회전 진동형 에너지 수확기(100)를 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임에 의해 회전하도록 구성되는데, 이에 대한 자세한 사항은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 영구자석판의 평면도이고, 도 3은 도 2의 a-a'선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 영구자석판(130)은 중앙몸체부(131), 영구자석 장착부(134) 및 영구자석들(135)을 포함할 수 있다.
중앙몸체부(131)는 샤프트(120)에 결합되는 부분으로, 샤프트(120)가 관통하여 체결되는 샤프트 체결부(132)와, 샤프트 체결부(132)를 에워싸도록 연장되는 원판 형상의 이음부(133)를 포함한다. 이때, 샤프트 체결부(132)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 그 중심에 샤프트(120)가 관통 체결되는 체결공(132a)이 형성되고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 길게 연장되어 순철판(150)의 중앙 부분을 지지하는 구조로 제공된다.
영구자석 장착부(134)는 영구자석들(135)이 장착되는 부분으로, 중앙몸체부(131)의 이음부(133)로부터 외측 반경 방향으로 연장된다. 영구자석 장착부(134)는 후술할 영구자석들(135)의 배치 구조를 고려하여 도 2에 도시된 바와 같이 상하 측에서 바라볼 때 부채꼴 모양을 갖는 것이 바람직하다.
영구자석들(135)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙몸체부(131)의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치되는데, 구체적으로 중앙몸체부(131)의 원주 방향을 따라 번갈아가며 배치되는 N극 영구자석과 S극 영구자석으로 제공된다.
여기서, 영구자석들(135)은 영구자석판(130)의 무게중심이 일측으로 편심되도록 중앙몸체부(131)의 원주 방향에 있어서 일측 구간(도 2에서 좌측 구간)에만 마련된다. 즉, 영구자석들(135)은 영구자석판(130)의 무게중심이 일측으로 편심되도록 중앙몸체부(131)의 원주 방향을 따라 미리 정해진 중심각 범위를 갖는 일측 구간에만 마련되는 것으로 부채꼴 모양의 배치 구조를 갖는다. 이때, 영구자석들(135)이 존재하는 일측 구간은 코일판(140)과 대향하는 영구자석들(135)의 전체 면적과 편심 효과 등을 고려하여 중앙몸체부(131)의 원주 방향을 따라 90˚ 내지 270˚의 중심각 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 참고로, 영구자석들(135)의 개수 및 크기는 도 2에 도시된 것에 한정되지 아니하고 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.
위와 같은 구성에 의해 영구자석판(130)은 그 무게중심이 일측으로 편심되는 효과를 가지므로 사용자가 회전 진동형 에너지 수확기(100)를 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임에 의해 회전하게 되는 것이다. 이때, 영구자석판(130)의 편심 효과를 더욱 증가시키기 위해, 중앙몸체부(131)는 영구자석들(135)의 재질보다 비중이 작은 플라스틱 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
한편, 영구자석들(135)은 앞서 설명한 바와 같이 영구자석 장착부(134)에 장착되는데, 이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 영구자석 장착부(134)의 상면과 하면 각각에는 영구자석(135)을 수용하기 위한 장착홈(134a)이 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 영구자석들(135)의 개수만큼 형성된다. 이때, 영구자석들(135)이 영구자석 장착부(134)의 상면과 하면 모두에 장착되는 것이 바람직한데, 이는 코일판(140)이 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)을 사이에 두고 상하 한쌍으로 제공되는 것과 관련된다. 이에 대해서는 코일판(140) 구성에 관한 설명 부분에서 더 언급하기로 한다. 참고로, 영구자석들(135)이 영구자석 장착부(134)에 장착되는 구조는 첨부된 도면들에 도시된 것에 한정되니 아니하고 다양한 공지의 장착 구조 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
도 4는 도 2의 영구자석판에 대해 회전 진동을 발생시키는 회전진동발생용 영구자석을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 회전진동발생용 영구자석(160)은 영구자석판(130)에서 영구자석들(135)이 존재하지 않는 영역에 배치된다. 회전진동발생용 영구자석(160)은 영구자석판(130)이 일 방향으로 회전하여 미리 정해진 회전위치에 도달하면 영구자석판(130)을 타 방향으로 회전시키는 척력 혹은 반발력을 제공하여 영구자석판에 대해 회전 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 회전진동발생용 영구자석(160)은 영구자석판(130)에 대해 회전 스프링과 같은 역할을 하게 된다. 이때, 회전진동발생용 영구자석(160)은 회전 진동형 에너지 수확기(100)에 가해지는 흔들림 혹은 움직임이 없더라도 영구자석판(130)에 대한 회전 진동을 가능한 오래 유지하도록 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)의 회전 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 회전진동발생용 영구자석(160)으로 제공되는 것이 바람직하다. 한편, 회전진동발생용 영구자석(160)은 도 1에 도시된 바와 같이 코일판(140)에 고정되어 코일판(140)에 의해 지지된다.
구체적으로, 회전진동발생용 영구자석(160)은 회전 진동형 에너지 수확기(100)에 가해지는 흔들림 혹은 움직임에 의해 영구자석판(130)이 도 4에 도시된 바와 같이 시계 방향(점선 화살표로 표시된 방향)으로 회전하여 영구자석판(130)의 영구자석들(135) 중 첫 번째 위치에 있는 영구자석이 도 4에서 대략 2시 방향 위치에 있는 회전진동발생용 영구자석(160)과 인접하는 회전위치에 도달하면, 영구자석판(130)의 영구자석(135)과 회전진동발생용 영구자석(160) 사이에 작용하는 척력에 의해 영구자석판(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 반시계 방향(실선 화살표로 표시된 방향)으로 회전하게 된다. 도 6에 도시된 바와 반대로, 영구자석판(130)이 반시계 방향으로 회전하여 영구자석판(130)의 영구자석들(135) 중 마지막 번째 위치에 있는 영구자석이 도 2에서 대략 4시 방향 위치에 있는 회전진동발생용 영구자석(160)과 인접하는 회전위치에 도달하면, 영구자석판(130)의 영구자석(135)과 회전진동발생용 영구자석(160) 사이에 작용하는 척력에 의해 영구자석판(130)은 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같은 척력 혹은 반발력을 제공하기 위해, 회전진동발생용 영구자석(160)은 인접하게 될 영구자석판(130)의 영구자석(135)과 동일한 극성(첨부된 도면들에서는 'N극')을 가져야 한다.
위와 같은 회전진동발생용 영구자석(160)의 구성에 따라, 회전 진동형 에너지 수확기(100)에 가해지는 흔들림 혹은 움직임에 의해 영구자석판(130)의 회전이 발생한 이후 추가적인 흔들림 혹은 움직임이 없더라도 회전진동발생용 영구자석(160)에 의해 제공되는 척력 혹은 반발력에 의해 영구자석판(130)에 대한 회전 진동이 추가적으로 발생하므로, 동일한 환경조건에서 영구자석판(130)의 전체적인 회전 진동이 늘어나게 되고, 이는 결과적으로 회전 진동형 에너지 수확기의 발전 효율을 향상시키는 요인으로 작용하게 된다.
도 5는 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 코일판의 평면도이고, 도 6은 도 5의 b-b'선에 따른 단면도이다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 코일판(140)은 영구자석판(130)과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치된다. 코일판(140)은 회전하지 않고 고정되는데, 구체적으로 샤프트(120)와 결합하지 아니하고 하우징(110)의 측벽에 고정되어 하우징(110)에 의해 지지된다.
코일판(140)은 도 5에 도시된 바와 같이 원판 형상의 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)으로 제공되는 판형몸체부(141)과, 판형몸체부(141)의 원주 방향을 따라 판형몸체부(141)의 상면 또는 하면에 형성되는 코일 패턴(145)을 포함한다. 이때, 판형몸체부(141)는 회전하는 샤프트(120)의 간섭을 받지 않도록 도 5에 도시된 바와 같이 중앙 부분에 샤프트(120)가 관통하는 개구(141a)가 형성되고, 가장자리 부분이 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 측벽에 고정된다. 이때, 코일판(140)은 첨부된 도면들에는 도시되지 않았지만 여러 개의 단위코일판이 상하 방향으로 적층되어 이루어지는 다층 구조로 제공될 수 있는데, 이러한 다층 구조의 코일판(140)은 회전하는 영구자석판(130)과 전자기유도작용을 일으키는 코일 패턴(145)의 밀도가 높아지므로 결과적으로 회전 진동형 에너지 수확기(100)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 인쇄회로기판에 도 5에 도시된 바와 같은 코일 패턴(145)을 형성하는 방법은 당해 기술분야 있어서 잘 알려져 있는바 본 명세서에서는 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 코일판(140)은 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)을 사이에 두고 상하 한 쌍으로 제공되는 것이 바람직하다. 즉, 코일판(140)은 영구자석판(130)을 사이에 두고 배치되는 상측 코일판(140)과 하측 코일판(140)으로 제공되는 것이 바람직한데, 이는 회전하는 하나의 영구자석판(130)에 대해서 상하 2개의 코일판(140)이 전자기유도작용을 일으키므로 결과적으로 영구자석의 발전 효율이 높아지기 때문이다. 이와 관련하여, 회전하는 영구자석판(130)과 고정된 상측/하측 코일판(140)과 사이에서 충분한 전자기유도작용을 도모하기 위해, 앞서 설명한 바와 같이 영구자석판(130)의 영구자석들(135)은 상측 코일판(140)과 대향하는 영구자석판(130)의 상면과 하측 코일판(140)과 대향하는 영구자석판(130)의 하면에 제공되도록 영구자석판(130)의 영구자석 장착부(134)에 장착되는 것이 바람직하다(도 1 및 도 3 참조). 한편, 전술한 회전진동발생용 영구자석(160)은 도 6에 도시된 바와 같이 한 쌍의 코일판(140) 사이에 배치되어 양단부가 한 쌍의 코일판(140) 각각에 고정된다.
도 7은 도 1의 회전 진동형 에너지 수확기에서 순철판의 평면도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 순철판(150)은 코일판(140)을 사이에 두고 영구자석판(130)과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치된다. 순철판(150)은 샤프트(120)를 중심축으로 영구자석판(130)과 연동하여 회전하도록 샤프트(120)에 결합된다. 순철판(150)은 그 명칭 그대로 순철 재질로 제작된다. 이러한 순철판(150)은 영구자석판(130)에서 발생하는 자기장이 다른 곳으로 누설되지 않고 코일판(140)의 코일 패턴(145)에 집중되도록 하는 기능을 한다. 이때, 순철판(150)은 상하 한 쌍으로 제공되는 코일판(140)에 대응하여 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)과 코일판(140)을 사이에 두고 배치되는 상측 순철판(150)과 하측 순철판(150)으로 제공되는 것이 바람직하다.
순철판(150)은 샤프트(120)에 결합되는 중앙부(151)와, 중앙부(151)로부터 외측 반경 방향으로 연장되고 영구자석판(130)의 영구자석 장착부(134)와 대응하는 가장자리부(155)를 포함한다. 이때, 중앙부(151)는 그 중심에 샤프트(120)가 관통 체결되는 체결공(151a)이 형성되고, 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)의 중앙몸체부(131)의 상단부 또는 하단부에 의해 안정적으로 지지된다. 가장자리부(155)는 도 7에 도시된 바와 같이 영구자석판(130)의 영구자석 장착부(134)와 대응하는 부채꼴 모양을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 순철판(150)은 도 2와 도 7의 대비를 통해 알 수 있듯이 상하 측에서 바라볼 때 전체적으로 영구자석판(130)과 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직한데, 이는 순철판(150)이 샤프트(120)를 중심축으로 영구자석판(130)과 연동하여 회전한다는 측면에서 영구자석판(130)의 편심 효과를 더 증가시키기 위함이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 따른 회전 진동형 에너지 수확기는 영구자석판의 영구자석들이 중앙몸체부의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치되되 영구자석판의 무게중심이 일측으로 편심되도록 중앙몸체부의 원주 방향으로 일측 구간에만 마련됨으로써, 사용자가 회전 진동형 에너지 수확기를 휴대하여 이동할 때 발생하는 흔들림 혹은 움직임에 의해 영구자석판이 회전하게 되므로, 사용자가 인위적으로 영구자석판 또는 코일판을 회전시키거나 다른 동력원을 이용하여 영구자석판 또는 코일판을 회전시키지 않아도 영구자석판과 코일판 사이의 전자기유도작용을 통해 기전력을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 발명은 소형 발전기 특히 휴대가 가능한 소형 발전기 등에 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 내부 공간을 형성하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에서 회전 가능하게 마련되는 샤프트;
    상기 샤프트를 중심축으로 회전하도록 상기 샤프트에 결합되는 영구자석판; 및
    상기 영구자석판과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치되는 코일판을 포함하고,
    상기 영구자석판은, 상기 샤프트에 결합되는 중앙몸체부; 및 상기 중앙몸체부의 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치되되 상기 영구자석판의 무게중심이 일측으로 편심되도록 상기 중앙몸체부의 원주 방향에 있어서 일측 구간에만 마련되는 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙몸체부는,
    상기 영구자석들의 재질보다 비중이 작은 플라스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석판은,
    상기 중앙몸체부로부터 외측 반경 방향으로 연장되고 상기 영구자석들이 장착되는 영구자석 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영구자석 장착부는,
    상하 측에서 바라볼 때 부채꼴 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일판은,
    상기 영구자석판을 사이에 두고 배치되는 상측 코일판과 하측 코일판으로 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영구자석들은,
    상기 상측 코일판과 대향하는 상기 영구자석판의 상면과 상기 하측 코일판과 대향하는 상기 영구자석판의 하면에 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일판은,
    인쇄회로기판으로 제공되는 판형몸체부; 및 상기 판형몸체부의 원주 방향을 따라 상기 판형몸체부의 상면 또는 하면에 형성되는 코일 패턴을 포함하고,
    상기 하우징에 고정되어 상기 하우징에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전 진동형 에너지 수확기는,
    상기 코일판을 사이에 두고 상기 영구자석판과 미리 정해진 간격을 두고 나란하게 배치되고 상기 샤프트를 중심축으로 상기 영구자석판과 연동하여 회전하도록 상기 샤프트에 결합되는 순철판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 발번기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 순철판은,
    상기 영구자석판과 상기 코일판을 사이에 두고 배치되는 상측 순철판과 하측 순철판으로 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 순철판은,
    상하 측에서 바라볼 때 상기 영구자석판과 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 진동형 에너지 수확기는,
    상기 영구자석판에서 상기 영구자석들이 존재하지 않는 영역에 배치되고 상기 영구자석판이 일 방향으로 회전하여 미리 정해진 회전위치에 도달하면 상기 영구자석판을 타 방향으로 회전시키는 반발력을 제공하는 회전진동발생용 영구자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전진동발생용 영구자석은,
    상기 영구자석판의 회전 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 회전진동발생 영구자석으로 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전진동발생용 영구자석은,
    상기 코일판에 고정되어 상기 코일판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 진동형 에너지 수확기.
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