WO2019132254A1

WO2019132254A1 - 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈

Info

Publication number: WO2019132254A1
Application number: PCT/KR2018/014255
Authority: WO
Inventors: 손대업
Original assignee: 주식회사 나스켐
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-07-04
Also published as: TWI691150B; TW201931732A; KR101967139B1; EP3734809A4; EP3734809A1

Abstract

하나의 고정자와 하나의 회전자를 이용한 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 관한 것으로, 회전 가능한 회전자 커버 부재, 회전자 커버 부재를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재, 당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어, 제1 및 제2 와이어의 각각에 대해 감김 동작을 실행시키는 제1 및 제2 스프링 부재, 회전자 커버 부재의 회전에 따라 발전하는 발전 부재를 포함하고, 발전 부재는 회전자 커버 부재에 내장되고, 회전자 커버 부재의 회전에 따라 회전하는 회전자와 회전자 안에 장착된 고정자를 포함하는 구성을 마련하여, 사용자가 한 손 또는 양손으로 와이어의 당김 동작을 반복하는 것에 의해 장시간 동안 발전을 지속적으로 실행할 수 있다.

Description

휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈

본 발명은 하나의 고정자와 하나의 회전자를 이용한 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 관한 것으로, 특히 통상의 전기 공급이 안 되는 군사 작전, 난민촌, 지진 등에 의한 재난, 선박의 비상사태, 야외 활동 등의 비상시에 소형이고 고효율로 자가발전을 실현하여 배터리에 충전할 수 있고, 다양한 스마트 모듈과 결합하여 사용할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 전기는 산업사회의 주요 에너지원으로 이용되고 있지만, 화석에너지의 고갈로 인해 최근에는 태양광발전, 풍력발전, 조력발전 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다. 한편, 발전시설에서 생산된 전기는 전력케이블을 통해 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 소규모의 가전제품이나, 생활용품과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 제품은 1차 전지나 2차 전지와 같은 배터리를 구비하여 전원으로 사용하고 있다.

또 사회가 고도화되면서 다양한 전자기기가 개발되고, 그 사용 인구가 날로 확대되고 있는 추세이며, 최근에는 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자기기의 활용이 증대하고 있다. 그리고 낚시, 등산 등과 같이 야외에서 이루어지는 레저문화의 발달로 인하여 야외에서 생활하는 시간이 증가하고 있어 예비 배터리를 구비하여 사용하고 있다.

그러나 배터리는 그 사용시간에 한정되어 있으므로 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하지만, 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 배터리가 방전되고 통상의 전기 공급이 안 되는 군사 작전, 난민촌, 지진 등에 의한 재난, 선박의 비상사태 등 구조 요청을 위한 통신, 조명을 위한 전기 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등을 작동시킬 수 없다는 문제가 있었다.

이에 따라 최근에는, 군사 작전, 낚시, 등산 등과 같이 야외에서 활동하는 동안에 사용되는 각종 전자기기에 소모되는 전기에너지를 자가발전을 통해 획득하여 비상시에 필요한 전원을 사용할 수 있도록 된 휴대용 자가발전장치들이 제안되어 사용되고 있다. 이러한, 종래의 휴대용 자가발전장치는 전기에너지를 생성하고자 할 경우, 정해진 조작(레버의 회전운동) 등과 같은 별도의 동작을 구현하여야만 하기 때문에, 사용이 불편하고 시간이 많이 소요되는 것에 비해 획득할 수 있는 에너지의 양이 극소량에 불과하여 실제 전기기기에 적용할 수 없다는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 5와 비특허문헌 1등에 개시되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-1178592호, 2012.08.24 등록)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전체(32)와 전기유도체(38)가 구비된 전원 발전부(30)를 두고, 회전체(32)를 정방향으로만 회전케하는 기어구동부(10)를 구성함에, 기어구동부(10)의 구동축(8) 상에는 페달의 정역구동에 의해 회전하는 구동풀리(6)와, 구동 풀리(6)에 링크된 제1 구동기어(12)와 구동 풀리(6)에 링크된 제2 구동기어(14)를 축 결합하고, 상기 제1 구동기어(12)와 제2 구동기어(14) 간에 다수의 기어들에 의해 서로 연동하되 구동 풀리(6)와 제2 구동기어(14)에는 각 클러치베어링(6a)(14a)이 설치되어 구동축(8)을 교대로 정방향으로만 회전력이 전달되게 하고, 상기 구동축(8)으로부터 회전하는 회전체(32)와 전기유도체(38) 간에 발생하는 회전저항이 구동 풀리(6)에 전달되어 페달을 구동시 운동부하를 갖도록 구성하는 정역회전에 의한 자가발전형 기어구동장치에 대해 개시되어 있다.

특허문헌 2(대한민국 등록특허공보 제10-1596430호, 2016.02.16 등록)에는 외력에 의해 정방향과 역방향으로 교번 회전되는 구동축, 구동축의 정방향 회전력만을 발전축으로 전달하는 정방향 동력 전달부, 구동축의 역방향 회전력만을 발전 축으로 전달하는 역방향 동력 전달부 및 발전 축의 일방향 회전력을 이용하여 발전하는 발전기를 포함하고, 구동축에는 풀리가 축 결합되고, 구동축의 풀리에 감겨진 와이어가 교번적으로 왕복 운동됨에 따라 구동축이 정방향과 역방향으로 교번 회전될 수 있는 자가 발전장치에 대해 개시되어 있다.

특허문헌 3(중국 특허공개공보 CN 1683785A, 2005.10.19 공개)에는 전력 입력 장치, 일 방향 구동부와 전력 출력 장치를 포함하는 양방향 전력 전달 기구로서, 전력 입력 장치가 왕복 운동력을 일 방향 구동부까지 상응하게 두 개의 방향이 반대되는 운동을 하도록 하고, 일 방향 전달 부재는 일 방향 구동 전력 출력 장치가 될 수 있고, 일 방향 구동 수단은 전력 전달의 반전이동이 결합 되지 않는 동안 전력 출력 장치의 이동 방향이 전달 출력과 결합되며, 2개의 일 방향 전달 소자는 각각 동시에 2개의 일 방향 전달 부재를 위한 전력 입력 장치이며, 이동 방향을 위해 설정하는 것에 따라 2개의 일 방향 전달 소자가 전력 출력 장치를 구동하는 양방향 전력 전달 기구에 대해 개시되어 있다.

특허문헌 4(미국특허공보 US 8,013,457, 2011.09.06 등록)에는 보빈에 감겨서 왕복하는 스트링을 이용하여 발전을 하는 구조로서, 줄이 당겨지는 경우에 발생된 에너지가 출력과 함께 에너지 소스에 저장되고, 줄이 풀리는 경우에는 에너지 소스에서 출력이 이뤄지고, 하나의 클러치를 이용하여 회전자를 일 방향으로 회전시킴에 따라 고정자와의 상대회전에 의해 발전이 이뤄지는 구조로서, 일 방향의 회전력만이 발전을 하게 되는 인력 발전장치에 대해 개시되어 있다.

또한 특허 문헌 5(대한민국 등록특허공보 제10-1162106호, 2012.06.27 등록)에는 차량 엔진의 크랭크축에 결합되는 플라이휠, 플라이휠에 결합되는 자석으로 구성되는 회전자, 코어와 코어에 권선되는 코일로 이루어져 회전자의 내면에 위치되는 고정자, 고정자가 결합되며 엔진의 하우징에 조립되는 고정자 케이스, 하우징에 마련되며 고정자 케이스가 하우징에 조립될 때 자석의 자력에 의해 움직이는 것이 방지되도록 고정자 케이스가 지지되는 가이드부재, 고정자 케이스에서 고정자가 이탈되는 것이 방지되도록 고정자 케이스에 마련되는 이탈방지부재를 포함하는 차량용 발전기에 대해 개시되어 있다.

한편, 비특허문헌 1(Design of an Axial Flux Permanent Magnet Generator for a Portable Hand Crank Generating System, Lee, Ji-Young; Koo, Dae-Hyun; Moon, Seung-Ryul; Han, Choong-Kyu IEEE Transactions on Magnetics, vol. 48, issue 11, pp. 2977-2980)에는 사용자의 손으로 일 방향 회전시키기 위한 크랭크-기구부, 소음 저감 및 시스템 전체 효율 향상을 고려한 증속기어부, 축 방향 자속형 브러시레스 발전기 설계 기술을 적용한 발전부, 사용자가 일정치 않은 속도로 운전하여 입력이 변하더라도 최저 속도(크랭크로 1분당 32회전) 이상에서는 충전 가능하게 한 충전/전력변환부를 구비한 휴대용 자가발전 시스템에 대해 개시되어 있다.

그러나 상술한 바와 같은 특허문헌 1에서의 자가 발전장치는 러닝머신, 랫풀다운, 진자 운동기 등과 같이 한 장소에 고정설치됨에 따라 군사 작전 등과 같은 야외에서 활용하기 위한 휴대성이 떨어져 사용자가 휴대하고 다니면서 필요시에 발전을 할 수 없다는 문제점이 있었다.

또 상기 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 장시간 반복 사용에 의해 부품이 파손될 염려가 있으며, 풀리에 감겨진 와이어의 상태가 느슨해진 경우, 작동시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또 상기 특허문헌 3에 개시된 기술에서는 스트로크(운동거리)가 짧고 운동력이 작기 때문에 다수의 증속 기어를 통해 회전속도를 높였지만, 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 다단계의 연결구조를 통해 구성됨에 따라 발전을 위한 에너지 소모가 발생한다는 문제가 있었다.

또 상기 특허문헌 4에 개시된 기술에서는 줄을 당길 때 발생하는 회전력만 에너지 소스에 저장하고, 줄을 풀 때는 오히려 에너지 소스의 에너지를 소모하는 구조로서, 충분한 발전을 하여 충전을 할 수 없다는 문제가 발생한다.

또 상기 특허문헌 5에 개시된 기술에서는 차량 엔진의 크랭크축에 결합하여 발전하는 발전기로서, 상기 특허문헌 1과 같이, 사용자가 휴대하고 다니면서 필요시에 발전을 할 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 비특허문헌 1에 개시된 기술에서는 크랭크-기구부를 일 방향으로 회전시켜야 하므로, 사용자가 발전 과정을 실행하는 도중 에너지 소비가 커서 지치게 되어 비교적 장시간 지속적으로 발전을 실행할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 군사 작전, 난민촌, 지진 등에 의한 재난, 선박의 비상사태, 낚시, 등산 등과 같이 야외에서 사용자가 한 손 또는 양손, 한발 또는 양발을 이용하여 장시간 지속적으로 발전을 실행하여 배터리에 충전할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 양방향 자가발전을 소형으로 제작할 수 있고, 고효율로 발전을 실현할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 및 제2 회전 부재와 제1 및 제2 와이어를 각각 마련하여 어느 한쪽의 장애가 발생하여도 계속하여 발전을 실행할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 회전 부재와 제2 회전 부재를 서로 동일한 부품으로 제작하고, 제1 와이어와 제2 와이어를 서로 동일한 부품으로 제작하고, 또 제1 스프링 부재와 제2 스프링 부재를 서로 동일한 부품으로 설계 및 제작하여 발전장치의 제조 비용을 절감할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 야외에서 곤충/모기 퇴치기, 비상등, 구조 신호기 등과 같은 스마트 모듈과 결합하여 사용할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용자의 운동을 도모하며 자가발전을 실행할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치는 회전 가능한 회전자 커버 부재, 상기 회전자 커버 부재를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재, 당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어, 상기 제1 및 제2 와이어의 각각에 대해 감김 동작을 실행시키는 제1 및 제2 스프링 부재, 상기 회전자 커버 부재의 회전에 따라 발전하는 발전 부재를 포함하고, 상기 제1 및 제2 회전 부재는 상기 회전자 커버 부재에 각각 끼워 맞추어지고, 상기 발전 부재는 상기 회전자 커버 부재에 내장되고, 상기 회전자 커버 부재의 회전에 따라 회전하는 회전자와 상기 회전자 안에 장착된 고정자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 회전자 커버 부재는 일 방향으로만 회전하고, 상기 제1 및 제2 회전 부재는 상기 회전자 커버 부재의 좌우 또는 상하에 각각 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 회전자 커버 부재는 회전자 커버부와 회전자 기어부를 포함하고, 상기 회전자 커버부는 사발(bowl) 형상의 커버 본체, 상기 커버 본체의 외측에 마련된 제1 클러치 기어, 샤프트가 삽입되는 중공을 갖는 커버 축, 상기 회전자가 끼워 맞추어지도록 상기 커버 본체의 내측 둘레에 따라 마련된 커버 단차부를 포함하고, 상기 회전자 기어부는 원판 형상의 기어 본체, 상기 기어 본체의 내측에 마련된 제2 클러치 기어, 상기 커버 축과 끼워 맞추어지는 축 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 발전 부재가 장착되는 브래킷 부재를 더 포함하고, 상기 브래킷 부재는 상기 회전자 커버부 및 회전자 기어부와 각각 이격되어 마련되고, 상기 고정자가 고정되는 고정자 장착부를 구비하고, 상기 고정자는 상기 고정자 장착부에 나사 체결로 고정되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 회전자는 상기 고정자와 이격되고 원통형으로 마련된 회전자 본체, 상기 회전자 본체의 일측에 마련되어 상기 커버 단차부에 끼워 맞추어지는 회전자 단차부, 상기 회전자 본체의 내측에 부착된 다수의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 제1 및 제2 회전 부재의 각각은 상기 와이어가 감겨진 상태를 유지하고 와이어의 당김과 감김에 따라 회전 가능한 릴(reel), 상기 릴에 끼워 맞추어지고 상기 스프링 부재를 내장하는 스프링 커버부, 상기 회전자 커버 부재가 일 방향으로 회전하도록, 상기 회전자 커버부의 제1 클러치 기어 또는 회전자 기어부의 제2 클러치 기어에 끼워 맞추어지고, 상기 스프링 커버부에 장착된 락(lock) 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 제1 및 제2 스프링 부재의 각각은 상기 스프링 커버부에 내장된 스파이럴 스프링 및 샤프트의 단부가 삽입되는 스프링 홀더를 포함하고, 상기 스파이럴 스프링의 내측 일단은 상기 스프링 홀더에 삽입되고, 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단은 상기 스프링 커버부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 릴의 둘레 내측에는 다수의 돌출부가 마련되고, 상기 스프링 커버부의 둘레 외측에는 다수의 홈이 마련되고, 상기 다수의 홈에 상기 다수의 돌출부가 각각 끼워 맞추어져 일체로 회전 가능한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 스프링 커버부의 둘레에는 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단이 삽입되는 삽입구가 마련되고, 상기 스프링 커버부의 외측에는 상기 삽입구를 통해 삽입된 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단이 안착하는 안착부가 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 회전자 커버 부재, 제1 및 제2 회전 부재, 제1 및 제2 와이어, 제1 및 제2 스프링 부재를 수용하는 커버 부재를 더 포함하고, 상기 커버 부재는 분리 가능하게 상부 커버 및 하부 커버로 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 스프링 홀더에는 돌출부가 마련되고, 상기 돌출부는 상기 커버 부재에 마련된 오목부에 삽입되어 상기 스프링 홀더의 회전을 저지하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 와이어의 당김 상태는 상기 스파이럴 스프링의 탄성력에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 스프링 커버부에는 상기 락 부재의 회전을 지지하는 지지 턱과 상기 지지 턱의 주위에 상기 락 부재가 끼워 맞추어지는 한 쌍의 돌기가 마련되고, 상기 락 부재는 상기 지지 턱의 주위에 한 쌍으로 마련되고, 상기 락 부재는 상기 회전자 커버부 또는 회전자 기어부와 동일 평면 내에서 제1 클러치 기어 또는 제2 클러치 기어에 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서, 상기 제1 회전 부재, 상기 제1 와이어 및 제1 스프링 부재와 상기 제2 회전 부재, 상기 제2 와이어 및 제2 스프링 부재는 서로 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈은 상술한 바와 같은 휴대용 자가발전 장치, 상기 휴대용 자가발전 장치를 수용하는 본체, 상기 본체에 결합되고 상기 휴대용 자가발전 장치를 고정시키는 바닥 부재, 상기 제1 및 제2 와이어가 각각 결합된 제1 및 제2 핸들을 구비한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈에서, 상기 본체 내에 장착되고 상기 발전 장치에서 발전한 전기를 충전하는 배터리, 상기 배터리에 연결된 발광 장치, 상기 배터리에 연결된 USB 단자 중의 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈에서, 상기 본체의 상부에는 나사 결합 구조가 마련되고, 상기 본체에는 나사 결합 상태로 체결될 수 있는 곤충/모기 퇴치기 모듈, 비상등 모듈, 구조 신호기 모듈, 온열기 모듈, 냉열기 모듈 중의 적어도 어느 하나가 결합되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 모터 등을 마련하지 않고 회전 가능한 회전자 커버 부재 내에 발전 부재를 마련하는 것에 의해, 휴대용 자가발전 장치의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 일 방향으로 회전 가능한 회전자 커버 부재, 상기 회전자 커버 부재를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재 및 당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어를 마련하여, 사용자가 한 손 또는 양손으로 와이어의 당김 동작을 반복하는 것에 의해 비교적 편안한 상태에서 장시간 동안 높은 효율과 다량의 발전을 지속적으로 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 제1 및 제2 스프링 부재가 각각 내장된 제1 및 제2 회전 부재가 회전자 커버 부재의 좌우 또는 상하에 각각 끼워 맞추어진 구성을 마련하는 것에 의해 휴대용 자가발전 장치를 소형화할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 회전자 커버 부재 내에 락(lock) 부재가 삽입되어 마련되므로 락 부재의 이탈을 방지할 수 있고, 스프링 부재가 회전 부재 내에 내장되어 부품의 파손을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 제1 및 제2 회전 부재와 제1 및 제2 와이어를 마련하는 것에 의해 장시간 사용시 어느 한쪽의 회전 부재 및 와이어가 파손되어도, 다른 쪽의 회전 부재 및 와이어를 계속 사용하여 자가발전을 실행할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 제1 회전 부재와 제2 회전 부재를 서로 동일한 부품으로 제작하고, 제1 와이어와 제2 와이어를 서로 동일한 부품으로 제작하고, 또 제1 스프링 부재와 제2 스프링 부재를 서로 동일한 부품으로 제작하므로, 각각의 구성 부품을 설계 및 제조하기 위한 비용이 절감되어 자가발전 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 회전자 커버부, 회전자 기어부 및 브래킷 부재의 각각에 다수의 관통 부분을 마련하여 자가발전 장치의 경량화를 달성할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의하면, 본체에 곤충/모기 퇴치기 모듈, 비상등 모듈, 구조 신호기 모듈, 온열기 모듈, 냉열기 모듈 등을 결합하여 사용할 수 있으므로 전기 기기의 확장성을 도모할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 의해　당김줄(와이어)을 당겨서 구동할 때 일정한 반발력이 생기게 되고, 그 반발력 이상의 힘으로 당김줄을 당기면서 생기는 운동효과가 있어, 제1 및 제2 핸들을 조작하여 발전하는 것에 따른 사용자의 운동량을 표시하여 사용자의 건강을 증진하기 위한 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 자가발전형 기어구동장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치의 외관 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 정면 및 측면 단면도.

도 4는 도 2에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 분해 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 주요부의 확대 분해 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서 회전자 커버 부재, 브래킷 부재와 회전 부재의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도.

도 7는 본 발명에 따른 회전 부재와 회전자의 확대 분해 사시도.

도 8은 본 발명에 적용되는 회전자 커버부의 사시도.

도 9는 본 발명에 적용되는 회전자 기어부의 사시도.

도 10은 본 발명에 적용되는 브래킷 부재의 사시도.

도 11은 본 발명에 작용되는 상부 커버의 내부 상태를 나타내는 사시도.

도 12는 본 발명에 따른 회전자 커버 부재의 회전 상태를 설명하기 위한 사시도.

도 13은 본 발명에 따라 회전자 기어부에 락 부재가 끼워 맞춤한 상태를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치의 각각의 구성 및 동작에 관한 설명에서, 회전자 커버 부재의 좌우 또는 상하에 각각 마련된 제1 및 제2 회전 부재, 제1 및 제2 와이어, 제1 및 제2 스프링 부재에 대해 한 쌍의 회전 부재, 한 쌍의 와이어, 한 쌍의 스프링 부재로 설명할 수 있다.

또한, 상기 제1 회전 부재, 제1 와이어 및 제1 스프링 부재와 제2 회전 부재, 제2 와이어 및 제2 스프링 부재는 서로 독립적으로 작동하며, 제1 회전 부재와 제2 회전 부재가 서로 동일한 부품으로 제작되고, 제1 와이어와 제2 와이어가 서로 동일한 부품으로 제작되고, 또 제1 스프링 부재와 제2 스프링 부재가 서로 동일한 부품으로 제작되므로, 제1 및 제2 회전 부재, 제1 및 제2 와이어 및 제1 및 제2 스프링 부재의 각각에 대한 설명 대신, 제1 및 제2 회전 부재, 제1 및 제2 와이어 및 제1 및 제2 스프링 부재의 어느 하나로서, 도면에 대응하는 부호는 단순히 회전 부재, 와이어, 스프링 부재에 대응시켜 설명한다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치의 외관 사시도 이고, 도 3은 도 2에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 정면 및 측면 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 분해 사시도 이고, 도 5는 도 4에 도시된 휴대용 자가발전 장치의 주요부의 확대 분해 사시도 이고, 도 6은 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서 회전자 커버 부재, 브래킷 부재와 회전 부재의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도 이며, 도 7는 본 발명에 따른 회전 부재와 회전자의 확대 분해 사시도 이다.

본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 가능한 회전자 커버 부재(100), 상기 회전자 커버 부재(100)에 삽입된 샤프트(200), 상기 회전자 커버 부재(100)를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재(300), 당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재(300)를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어(400), 상기 제1 및 제2 와이어(400)의 각각에 대해 감김 동작을 실행시키는 제1 및 제2 스프링 부재(500), 상기 회전자 커버 부재(100)의 회전에 따라 발전하는 발전 부재(600) 및 상기 회전자 커버 부재(100), 제1 및 제2 회전 부재(300), 제1 및 제2 와이어(400), 제1 및 제2 스프링 부재(500)를 수용하는 커버 부재(700)를 포함한다. 상기 발전 부재(600)는 상기 회전자 커버 부재(100)에 내장되고, 상기 회전자 커버 부재(100)의 회전에 따라 회전하는 회전자(620)와 상기 회전자(620) 안에 장착된 고정자(610)를 포함한다. 또 상기 커버 부재(700) 내의 하부에는 발전 부재(600)에서 발전된 전력을 충전하기 위한 배터리 등의 전기 회로가 마련된 PCB 기판(800)이 장착된다.

상기 제1 및 제2 스프링 부재(500)가 각각 내장된 제1 및 제2 회전 부재(300)와 제1 및 제2 와이어(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자 커버 부재(100)의 좌우 측에 각각 마련되고, 상기 스프링 부재(500), 제1 및 제2 회전 부재(300)와 제1 및 제2 와이어(400)는 각각 동일한 구성 부품으로 이루어지므로, 이하의 설명에서는 어느 한쪽을 기준으로 설명한다. 또 본 발명에서는 종래의 기술과 달리, 한 쌍의 회전 부재(300)와 한 쌍의 와이어(400)를 마련하는 것에 의해 장시간 사용시 어느 한쪽의 회전 부재(300), 와이어(400) 등이 파손되어도, 다른 쪽의 회전 부재(300), 와이어(400)를 계속 사용할 수 있으므로, 예비적 기능을 마련할 수 있다. 또 한 쌍의 회전 부재(300), 한 쌍의 와이어(400) 및 한 쌍의 스프링 부재(500)가 서로 동일한 부품으로 이루어지므로, 각각의 구성 부품을 설계 및 제조하기 위한 비용이 절감되어 자가발전 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 구조에서는 제1 및 제2 회전 부재(300)가 회전자 커버 부재(100)의 좌우 측에 각각 마련된 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 회전자 커버 부재(100)가 눕혀진 구조에서는 제1 및 제2 회전 부재(300)가 회전자 커버 부재(100)의 상하 측에 각각 마련된 구조를 채용할 수도 있다.

상기 회전자 커버 부재(100)는 일 방향으로만 회전하고, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 회전자 커버부(110)와 회전자 기어부(130)를 포함한다. 이 회전자 커버부(110)와 회전자 기어부(130)에 대해서는 도 8 및 도 9에 따라 설명한다.

도 8은 본 발명에 적용되는 회전자 커버부의 사시도 이고, 도 9는 본 발명에 적용되는 회전자 기어부의 사시도 이다.

상기 회전자 커버부(110)는 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어 엔지니어링 플라스틱인 폴리카보네이트로 이루어지고 사발(bowl) 형상인 커버 본체(111), 상기 커버 본체(111)의 외측에 다수의 톱니로 이루어진 제1 클러치 기어(112), 샤프트(200)가 삽입되는 중공(113)을 갖는 커버 축(114), 상기 회전자(620)가 끼워 맞추어지도록 상기 커버 본체(111)의 내측 둘레에 따라 마련된 커버 단차부(115), 상기 커버 본체(111)의 외측 중앙 부분에 마련되고 상기 중공(113)과 연통되는 제1 베어링 삽입 홈(116)을 포함한다. 상기 제1 클러치 기어(112)에서 각각의 톱니는 일 방향을 향해 경사지게 예를 들어 60~80도의 각도로 돌출된 형태로 이루어진다.

또한, 상기 회전자 커버부(110)의 커버 본체(111) 내부에는 도 8에 도시된 바와 같이 커버 축(114)의 둘레에 따라 다수의 관통 부분을 마련하여 회전자 커버부(110)의 중량 자체를 감소시켜 휴대용 자가발전 장치의 경량화를 달성할 수 있다.

상기 회전자 기어부(130)는 회전자 커버부(110)와 동일 재질로서 원판형으로서 이루어지고, 도 9에 도시된 바와 같이, 원판 형상의 기어 본체(131), 상기 기어 본체(131)의 내측에 톱니로 이루어지고 제1 클러치 기어(112)와 동일 방향으로 마련된 제2 클러치 기어(132), 상기 커버 축(114)과 끼워 맞추어지는 축 삽입부(133), 상기 기어 본체(131)의 내측 중앙 부분에 마련되고 상기 중공(113)과 연통되는 제2 베어링 삽입홈(134), 상기 제2 베어링 삽입홈(134) 내에 마련된 걸림턱(135)을 포함한다. 상기 제2 클러치 기어(132)에서 각각의 톱니도 제1 클러치 기어(112)와 동일하게 일 방향을 향해 경사지도록 예를 들어 60~80도의 각도로 돌출된 형태로 이루어진다.

또한, 상기 회전자 기어부(130)의 기어 본체(111) 내부에는 도 9에 도시된 바와 같이 제2 베어링 삽입홈(134)의 둘레에 따라 다수의 관통 부분을 마련하여 회전자 기어부(130)의 중량 자체를 감소시켜 휴대용 자가발전 장치의 경량화를 달성할 수 있다.

상기 제1 베어링 삽입 홈(116)에는 제1 베어링(210)이 삽입되고, 상기 제2 베어링 삽입홈(134)에는 제2 베어링(220)이 각각 삽입되어 샤프트(200)에 관계없이 회전자 커버부(110)와 회전자 기어부(130)의 회전력이 회전자(620)에 전달할 수 있다. 즉 상기 제1 베어링(210) 및 제2 베어링(220)은 샤프트(200)에 의한 회전 간섭을 방지하기 위해 마련된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 상기 회전자 커버 부재(100)는 일반적인 기계장치나 자동차 부속에 사용되는 일 방향 클러치(ONE WAY CLUTCH)가 고속회전에 가능하도록 금속 및 베어링으로 제작되는 것과는 달리, 엔지니어링 플라스틱으로 제작된다. 즉 본 발명에서는 회전자 커버부(110)와 회전자 기어부(130)에 각각 마련된 제1 클러치 기어(112)와 제2 클러치 기어(132)에 의해 회전자 커버 부재(100)가 가속화된다. 따라서, 일반적인 기계장치나 자동차 부속에 사용되는 일 방향 클러치의 고속의 수천 단위 RPM에 못 미치는 수백 RPM으로 발전을 실행하므로, 회전자 커버부(110)와 회전자 기어부(130)는 금속재를 사용하지 않고, 일반 플라스틱(ABS 등)보다 내구성과 내마모성이 높은　엔지니어링 플라스틱(ACETAL)으로 구성하여 경량이고 소형으로 안정적인 발전을 할 수 있다.

상기 샤프트(200)는 예를 들어 스테인리스 강으로 이루어진다.

상기 한 쌍의 회전 부재(300)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회전자 커버 부재(100)의 좌우에 각각 끼워 맞추어지도록 마련된다. 즉 상기 한 쌍의 회전 부재(300)의 각각은 상기 와이어(400)가 감겨진 상태를 유지하고 와이어의 당김과 감김에 따라 회전 가능한 릴(reel, 310), 상기 릴(310)에 끼워 맞추어지고 상기 스프링 부재(400)를 내장하는 스프링 커버부(320), 상기 스프링 커버부(320)에 장착되고 상기 회전자 커버 부재(100)가 일 방향으로 회전하도록 회전자 커버부(110)의 제1 클러치 기어(112)와 회전자 기어부(130)의 제2 클러치 기어(132)에 각각 끼워 맞추어지는 한 쌍의 락(lock) 부재(340)를 구비한다.

또 상기 스프링 부재(500)는 상기 스프링 커버부(320)에 내장된 스파이럴 스프링(510) 및 상기 샤프트(200)의 단부가 삽입되는 스프링 홀더(520)를 포함한다.

상기 릴(310)은 도 7에 도시된 바와 같이, 와이어(400)를 감긴 상태로 유지하기 위해 실패 형상으로 이루어지고, 이 릴(310)의 중앙 부분에는 스프링 홀더(520)가 삽입되는 제1 구멍부(311)가 마련되고, 스프링 커버부(320)를 내장하기 위한 수용부(312)가 마련되며, 릴(310)의 내측에는 스프링 커버부(320)가 끼워 맞추어지는 다수의 돌출부(313)가 마련된다. 도 7에서는 다수의 돌출부(313)가 한 쌍으로 이루어진 구성을 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 3개 이상 마련될 수 있다.

상기 스프링 커버부(320)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스파이럴 스프링(510)을 내부에 유지하기 위해 중공의 원통 형상으로 이루어지고, 이 스프링 커버부(320)의 중앙 부분에는 스프링 홀더(520)가 삽입되는 제2 구멍부(321)가 마련되고, 외측에는 다수의 돌출부(313)와의 끼워 맞춤을 위해 다수의 돌출부(313)에 대응하여 다수의 홈(322)이 형성되고, 둘레 부분에는 상기 스파이럴 스프링(510)의 외측 일단(511)이 삽입되는 삽입구(323)와 이 삽입구(323)를 통해 삽입된 외측 일단이 안착하는 안착부(324)가 마련된다. 따라서, 스파이럴 스프링(510)의 외측 일단(511)이 삽입구(323)를 통해 안착부(324)에 안착된 상태로 릴(310)의 수용부(312)에 끼워 맞추어져 스파이럴 스프링(510)의 외측 일단(511)이 스프링 커버부(320)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또 도 7에 나타난 바와 같이 스프링 커버부(320)의 제2 구멍부(321)의 주위에는 원통형으로 돌출되어 락 부재(340)의 회전을 지지하는 지지 턱(326)이 마련되고, 지지 턱(326)의 주위에는 락 부재(340)가 끼워 맞추어지는 한 쌍의 돌기(325)가 마련된다. 상기 한 쌍의 돌기(325) 각각은 단차를 갖고 2단으로 형성된다.

상기 락 부재(340)는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 마련되고, 상기 한 쌍의 돌기(325)에 각각 끼워 맞추어지는 구멍(341), 제1 클러치 기어(112)와 제2 클러치 기어(132)의 각각의 톱니에 맞물리는 발톱부(342), 원통형의 지지 턱(326)에 대응하여 반 원호 형상으로 이루어진 원호부(343)를 구비한다. 상기 구멍(341)은 2단으로 형성된 돌기(325)에 대응하여 내부에 2단으로 형성되어 스프링 커버부(320)와 락 부재(340)의 끼워 맞춤 상태를 견고하게 유지시킨다. 상기 발톱부(342)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 클러치 기어(112)와 제2 클러치 기어(132)에 충분한 회전력을 전달하기 위해 단차를 갖게 형성된다. 상기 락 부재(340)는 상기 회전자 커버부(110) 및 회전자 기어부(130)와 대략 동일 평면 내에서 제1 클러치 기어(112)와 제2 클러치 기어(132)에 끼워 맞추어진다. 따라서, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치에서는 스프링 부재가 내장된 한 쌍의 회전 부재(300)가 회전자 커버 부재(110)의 좌우에 각각 끼워 맞추어진 구성을 마련하는 것에 의해 휴대용 자가발전 장치를 소형화할 수 있다.

상기 와이어(400)의 재질은 금속재 또는 섬유재로 이루어지지만, 릴(310)에서의 감김과 풀림을 실행할 수 있는 기능을 구비한 것이면 충분하며 특정 재질에 한정하는 것은 아니다. 이 와이어(400)의 일단은 릴(310)에 고정될 수 있으며, 와이어(400)의 타단은 후술하는 핸들에 고정된다. 이와 같은 와이어(400)의 당김 상태는 상기 스파이럴 스프링(510)의 탄성력에 의해 제어된다.

상기 스파이럴 스프링(510)은 스프링 강으로 이루어지고, 예를 들어 8 내지 12회 정도 감긴 스프링 상태를 유지하며, 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단(511)은 상기 스프링 커버부(320)에 형성된 삽입구(323)에 삽입되고, 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)은 상기 스프링 홀더(520)에 삽입된다. 상기 스파이럴 스프링(510)이 감긴 상태로 유지되며, 이에 대응하여 와이어(400)도 릴(310)에 감긴 상태로 유지된다. 따라서 사용자에 의한 와이어(400)의 당김이 스파이럴 스프링(510)의 풀림 조건에 대응하여 제한되고, 스파이럴 스프링(510)의 복구력에 의해 와이어(400)가 릴(310)에 감기는 상태로 복구된다.

상기 스프링 홀더(520)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 샤프트(200)의 일단을 삽입하기 위해 중공이 형성된 돌기부(521)가 마련되고, 이 돌기부(521)에는 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)이 끼워 고정되는 절결부(522)가 마련된다. 따라서, 샤프트(200)의 일단은 중공 부분에서 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)이 삽입된 상태로 끼워 맞추어져 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)이 돌기부(521)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또 스프링 홀더(520)에는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스프링 홀더(520)의 회전을 저지하기 위해 마련된 돌출부(523)가 형성된다. 즉, 돌출부(523)는 도 3에 도시된 바와 같이 커버 부재(700)에 마련된 오목부(730)에 삽입되어 고정되므로, 이 돌출부(523)에 의해 스프링 홀더(520)의 회전이 저지된다. 또 돌출부(523)가 커버 부재(700)에 고정되게 장착하는 것에 의해 회전자 커버 부재(100)와 회전 부재(300)가 커버 부재(700) 내에서 회전 가능하도록 간격을 유지할 수 있다.

상기 발전 부재(600)는 도 6 및 도 7과 도 10에 도시된 바와 같이, 고정자(610), 회전자(620)와 상기 고정자(610)가 장착되는 브래킷 부재(630)를 포함한다. 도 10은 본 발명에 적용되는 브래킷 부재(630)의 사시도 이고, 도 11은 본 발명에 작용되는 상부 커버(710)의 내부 상태를 나타내는 사시도 이다,

상기 고정자(610)는 중공을 갖고 브래킷 부재(630)에 결합되는 코어와 이 코어에 권선되는 코일로 이루어지며, 코일의 권선 수는 발전 용량, 휴대용 자가발전 장치의 크기 등에 따라 가변 가능하므로 특정 권선 수에 한정되는 것은 아니다. 이 고정자(610)의 중공에는 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(200)의 회전에 의한 영향을 받지 않도록 링 부재(240)가 삽입되고, 이 링 부재(240)의 양측에 각각 베어링(250, 260)이 삽입된다. 상기 코일은 충전을 위해 브래킷 부재(630)를 통해 PCB 기판(800)과 연결된다.

상기 회전자(620)는 도 7에 도시된 바와 같이, 고정자(610)의 둘레 방향에서 이격되고 원통형으로 마련된 회전자 본체(621), 상기 회전자 본체(621)의 일측에 마련되어 상기 커버 단차부(115)에 끼워 맞추어지는 회전자 단차부(623), 상기 회전자 본체(621)의 내측에 부착된 다수의 영구자석(622)을 포함한다. 따라서, 회전자(620)의 영구자석(622)으로 된 자극이 회전할 경우, 자극 N과 자극 S가 통과할 때마다 교류의 양과 음의 변화를 1회 완료하며, 영구자석(622)으로 된 자극이 매초 1회의 속도로 회전할 때는 도체에 얻어지는 기전력의 주파수는 1㎐이므로, 회전자(620)의 자극 수 증가에 따라 1회전 때마다 기전력을 증가시킬 수 있다. 본 발명에서는 상술한 코일의 권선 수와 같이 발전 용량, 휴대용 자가발전 장치의 크기 등에 따라 가변 가능하므로 특정 자극 수에 한정되는 것은 아니다.

상기 브래킷 부재(630)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 회전자 커버부(110) 및 회전자 기어부(130)와 각각 이격되어 마련된 브래킷 본체(631), 상기 고정자(610)가 고정되는 고정자 장착부(632), 하부 커버(720)에 나사 결합되는 지지부(633), 상기 고정자(610)를 나사 체결하기 위한 체결홈(634), 도 11에 도시된 상부 커버(610)의 돌기(711)가 삽입되는 돌기 홈(635)를 구비하고, 상기 고정자(610)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 볼트(640) 및 너트(650)에 의해 상기 고정자 장착부(632)에 나사 체결로 고정된다.

또한, 상기 브래킷 부재(630)의 브래킷 본체(631) 내부에는 도 10에 도시된 바와 같이 내부 둘레에 따라 다수의 관통 부분을 마련하여 브래킷 부재(630)의 중량 자체를 감소시켜 휴대용 자가발전 장치의 경량화를 달성할 수 있다.

상기 커버 부재(700)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 분리 가능하게 마련된 상부 커버(710) 및 하부 커버(720)로 형성된다. 이 상부 커버(710) 및 하부 커버(720)에는 각각 회전자 커버 부재(100)와 한 쌍의 회전 부재(300)의 형상에 대응하고 이격하여 수용할 수 있는 수용부가 마련되며, 이와 같은 수용부는 특정 형상에 한정되는 것은 아니고, 소형화를 달성할 수 있고, 회전자 커버 부재(100)와 한 쌍의 회전 부재(300)가 각각 회전 가능한 공간을 구비하면 충분하다. 또 상부 커버(710) 또는 하부 커버(720)에는 각각 한 쌍의 와이어(400)의 선단을 인출할 수 있는 홀이 마련된다. 이와 같은 홀도 특정 조건에 한정되는 것은 아니고 와이어(400)의 당김 또는 감김 동작에서 와이어에 파손을 방지할 정도이면 충분하다.

또한, 도 3의 (a) 및 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 상부 커버(710)와 하부 커버(720)에 의해 마련된 오목부(730)에는 상기 스프링 홀더(520)의 돌출부(523)가 삽입되어 고정되므로, 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)을 회전하지 않게 고정시킬 수 있다. 이와 같이, 돌출부(523)가 상부 커버(710)와 하부 커버(720)에 의해 고정되므로, 회전자 커버 부재(100)와 회전 부재(300)가 상부 커버(710)와 하부 커버(720) 내에서 회전 가능하도록 간격을 유지할 수 있다. 또 상부 커버(710)의 내부 중앙 부분에는 도 11에 도시된 바와 같이, 브래킷 부재(630)를 상부에서 고정하기 위해 돌기(771)가 마련되고, 이 돌기(711)가 돌기 홈(635)에 끼워 맞춤되어 고정자(610)를 더욱 확실하게 고정할 수 있다.

또 하부 커버(720)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈의 바닥 부재에 나사 고정하기 위한 다리 부재가 마련된다.

다음에 회전자 커버 부재(100)와 회전 부재(300)의 결합 관계에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치의 조립은 먼저, 고정자(610)의 중공에 링 부재(240)를 삽입하고, 이어서 이 링 부재(240)의 양측에 각각 베어링(250, 260)이 삽입하고, 샤프트(200)를 링 부재(240)와 베어링(250, 260)에 삽입한 후, 브래킷 부재(630)의 고정자 장착부(632)에 볼트(640)와 너트(650)로 고정자(610)를 고정시킨다. 상시 샤프트(200)의 삽입은 브래킷 부재(630)와 고정자(610)의 나사 체결 후 실행할 수도 있다.

이어서, 회전자(620)가 회전자 커버부(110)에 삽입된 상태에서 회전자 커버부(110)를 고정자(610)에 삽입된 샤프트(200)의 일측에 끼워 맞춤하고, 샤프트(200)의 타측에서 회전자 기어부(130)를 끼워 맞추는 것에 의해 회전자 커버 부재(100)가 조립된다. 이와 같은 조립에 의해 발전 부재(600)가 회전자 커버 부재(100)에 내장된다.

다음에 하나의 스프링 부재(500)와 회전 부재(300)의 조립은 회전자 커버 부재(100)의 일 측에서 와이어(400)가 장착된 릴(310)에 삽입되고 스프링 홀더(520)의 절결부(522)에 스파이럴 스프링(510)의 내측 일단(512)을 끼우고 샤프트(200)의 일단을 스프링 홀더(520)에 끼워 맞추고, 스파이럴 스프링(510)의 외측 일단(511)이 스프링 커버부(320)의 삽입구(323)를 통해 안착부(324)에 안착된 상태에서 한 쌍의 돌기(325)에 락 부재(340)가 끼워 맞추어지는 것에 의해 실행된다. 그 후 회전자 커버 부재(100)의 타 측에서 다른 하나의 스프링 부재(500)와 회전 부재(300)를 상술한 바와 같이 조립하는 것에 의해 회전자 커버 부재(100)와 한 쌍의 회전 부재(300)가 도 3에 도시된 바와 같이 결합된다.

이와 같이, 회전자 커버 부재(100)와 한 쌍의 회전 부재(300)가 결합한 상태에서 하부 커버(720)에 안착시키고, 하부 커버(720)에 상부 커버(710)를 덮고, 상부 커버(710)와 하부 커버(720)를 나사 체결하는 것에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자가발전 장치가 완성된다.

다음에 상기와 같이 회전자 커버 부재(100)와 회전 부재(300)의 결합 상태 및 회전자 커버 부재(100)의 회전에 대해 도 12 및 도 13에 따라 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 회전자 커버 부재의 회전 상태를 설명하기 위한 사시도 이고, 도 13은 본 발명에 따라 회전자 기어부에 락 부재가 끼워 맞춤한 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 12 및 도 13에서는 결합 관계를 명료하게 나타내기 위해 와이어(400)의 구성을 생략하여 도시하였다. 또한, 도 12는 회전 부재(300)가 마련된 측에서 회전자 기어부(130)를 본 상태를 나타내고, 도 13은 회전자 기어부(130) 측에서 락 부재(340)를 본 상태를 나타낸다.

도 3 및 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 회전자 커버부(110)의 제1 클러치 기어(112) 또는 회전자 기어부(130)의 제2 클러치 기어(132)는 각각 락 부재(340)와 맞물린 상태를 유지한다. 즉 일 방향을 향해 경사지게 형성된 제1 클러치 기어(112)와 제2 클러치 기어(132)의 각각의 톱니에 락 부재(340)의 발톱부(342)의 각진 부분이 맞물린 상태를 유지한다. 따라서, 도 13에 도시된 상태에서 와이어(400)의 당김에 의해 회전 부재(300)가 시계방향으로 회전하게 되면, 즉 락 부재(340)가 시계 방향으로 회전하게 되면 발톱부(342)가 맞물린 제2 클러치 기어(132)도 시계방향으로 회전하게 된다.

한편, 사용자가 와이어(400)의 당김을 중지하면, 스프링 부재(500)의 탄성력에 의해 와이어(400)가 릴(310)에 감기면서 회전 부재(300)가 도 12에 도시된 상태에서 반시계방향으로 회전하게 된다. 즉 도 13에 도시된 상태에서 회전 부재(300)가 반시계방향으로 회전하게 되면, 제2 클러치 기어(132)의 각각의 톱니에서 발톱부(342)가 풀어진 상태로 되어 회전자 기어부(130)는 회전하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 회전자 커버 부재(100)는 일 방향, 예를 들어 도 13에 도시된 상태에서 시계방향으로만 회전하게 된다.

또한 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈을 마련할 수도 있다.

즉, 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈은 휴대용 자가발전 장치를 수용하는 본체, 본체의 상부에 나사 결합상태로 체결되는 덮개, 본체에 결합되고 휴대용 자가발전 장치를 고정시키는 바닥 부재, 본체를 예를 들어 등산시 나뭇가지 또는 벨트 부재 등에 고정하기 위한 후크, 한 쌍의 와이어(400)가 각각 결합되어 사용자가 양손으로 와이어(400)를 교대로 당기기 위한 한 쌍의 핸들을 구비한다. 예를 들어, 바닥 부재에는 나사 결합용 홈이 마련되고, 이 홈에 도 3에 도시된 바와 같은 다리 부재를 나사 체결하는 것에 의해 자가발전 장치가 견고하게 고정된다.

후크는 그 하부가 바닥 부재에 끼워 맞추어지고, 그 상부가 본체의 상부에 마련된 나사 산의 일부로 마련되어, 덮개에 나사 결합 상태로 되는 것에 의해 본체의 일 측에 견고하게 고정되게 마련될 수 있다.

이와 같은 후크는 별도로 마련된 벨트 부재의 결합을 위해 마련되며, 이 벨트 부재를 후크에 결합하고, 사용자가 벨트 부재를 사용자의 발, 제3자의 팔, 나무 등에 고정시킨 후, 한 쌍의 핸들을 교대로 당기는 것에 의해 와이어(400)에 의한 발전을 실현할 수 있다.

또 벨트 부재를 본체 내에 내장하는 구조를 채용할 수 있다.

또한, 상기 바닥 부재에는 발전 부재(600)에 의해 발전된 전기를 충전하는 배터리가 내장되고, 한 쌍의 핸들 사이에는 LED 발광 장치가 마련되고, 배터리의 충전 상태 및 발광 장치 등을 전기적으로 제어하기 위한 PCB(800)가 바닥 부재 상에 장착될 수 있다. 이 PCB(800)에는 본체의 측면에 마련된 USB 단자가 장착될 수 있다. 따라서, 이 USB 단자를 통해 연결된 전기 기기, 예를 들어 스마트폰, 노트북, 군용 또는 비상용의 통신 기기, 전등 장치 또는 손 난로 및 전기 버너와 같은 발열 장치에 전력을 공급할 수 있다.

이와 같은 벨트 부재와 USB 케이블은 예를 들어 상기 본체와 덮개의 사이에 마련된 수용 공간에 내장될 수 있다. 상기 LED 발광 장치에는 예를 들어 배터리의 충전 상태를 표시하고, 한 쌍의 핸들을 조작하는 것에 의해 사용자의 운동 칼로리 소비량을 표시하는 기능을 마련할 수도 있다.

또 상기 설명에서는 발광 장치를 예시적으로 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 발광 장치 대신에 전원을 사용하는 곤충/모기 퇴치기, 비상등, 구조 신호기 등을 장착할 수 있다,

또 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 수용하는 본체의 상부가 나사 결합을 위한 구조로 마련되므로, 이와 같은 나사 결합 상태로 체결될 수 있는 곤충/모기 퇴치기 모듈, 비상등 모듈, 구조 신호기 모듈, 온열기 모듈, 냉열기 모듈 등을 본체의 상부에 결합하여 사용할 수도 있다.

다음에 본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치를 구비한 모듈의 작동에 대해 설명한다. 또 이하의 설명에서는 설명의 편의상 와이어의 당김 동작에 따른 회전을 정회전으로 하고, 와이어가 감기는 동적에 따른 회전을 역회전이라 한다.

먼저, 벨트 부재를 사용하여 본체에 장착된 후크를 사용자의 발에 고정하고, 한 쌍의 핸들 중 오른쪽의 핸들을 당기면, 제1 와이어가 당겨지고, 이에 따라 제1 회전 부재의 릴(310)이 정회전하게 된다. 제1 회전 부재의 릴(310)이 정회전함에 따라 이 릴(310)의 다수의 돌출부(313)와의 끼워 맞추어진 다수의 홈(322)이 마련된 제1 회전 부재의 스프링 커버부(320)가 제1 회전 부재의 릴(310)과 동일 방향으로 정회전하게 된다. 또 이 스프링 커버부(320)의 정회전에 따라 제1 회전 부재의 스프링 커버부(320)의 다수의 돌기(325)에 끼워 맞추어진 제1 회전 부재의 락 부재(340)가 정회전하게 된다. 이 제1 회전 부재의 락 부재(340)의 정회전에 따라 락 부재(340)의 발톱부(342)에 맞물린 제1 클러치 기어(112)가 정회전하게 되고, 제1 클러치 기어(112)의 회전에 따라 커버 본체(111)가 정회전하게 된다. 이어서 커버 본체(111)의 정회전에 따라 커버 단차부(115)에 끼워 맞추어진 회전자(620)가 정회전하고, 회전자(620)의 정회전에 대응하여 고정자(610)에 자기력이 발생하여 발전을 하게 된다. 이와 같이 발전된 전력은 PCB 기판에 마련된 배터리에 충전된다.

상술한 바와 같이 사용자가 오른쪽의 핸들을 당기는 과정은 스파이럴 스프링(510)의 탄성력에 의해 제어되고, 이에 따라 사용자는 오른쪽의 핸들을 당기는 과정을 정지할 수밖에 없고, 왼쪽 핸들을 당기는 동작을 실행한다.

오른쪽의 핸들을 당기는 과정을 정지하면, 제1 와이어(400)는 스파이럴 스프링(510)의 탄성력에 의해 제1 회전 부재의 릴(310)에 감겨지며, 이에 따라 제1 회전 부재의 릴(310)이 역회전하게 된다. 제1 회전 부재의 릴(310)이 역회전함에 따라 이 릴(310)의 다수의 돌출부(313)와의 끼워 맞추어진 다수의 홈(322)이 마련된 제1 회전 부재의 스프링 커버부(320)가 제1 회전 부재의 릴(310)과 동일 방향으로 역회전하게 된다. 또 이 스프링 커버부(320)의 역회전에 따라 제1 회전 부재의 스프링 커버부(320)의 다수의 돌기(325)에 끼워 맞추어진 제1 회전 부재의 락 부재(340)가 역회전하게 된다. 이 제1 회전 부재의 락 부재(340)의 역회전에 따라 락 부재(340)의 발톱부(342)가 제1 클러치 기어(112)의 각각의 톱니에서 풀어진 상태로 되어 제1 클러치 기어(112)가 회전하지 않게 된다. 즉, 본 발명에 따른 회전자 커버부(110)는 정방향으로만 회전하게 된다.

한편, 한 쌍의 핸들 중 왼쪽의 핸들을 당기면, 제2 와이어가 당겨지고, 이에 따라 제2 회전 부재의 릴(310)이 정회전하게 된다. 제2 회전 부재의 릴(310)이 정회전함에 따라 이 릴(310)의 다수의 돌출부(313)와의 끼워 맞추어진 다수의 홈(322)이 마련된 제2 회전 부재의 스프링 커버부(320)가 제2 회전 부재의 릴(310)과 동일 방향으로 정회전하게 된다. 또 이 스프링 커버부(320)의 정회전에 따라 제2 회전 부재의 스프링 커버부(320)의 다수의 돌기(325)에 끼워 맞추어진 제2 회전 부재의 제2 회전 부재의 락 부재(340)가 정회전하게 된다. 이 제2 회전 부재의 락 부재(340)의 정회전에 따라 락 부재(340)의 발톱부(342)에 맞물린 제2 클러치 기어(132)가 정회전하게 되고, 제2 클러치 기어(132)의 회전에 따라 커버 본체(111)가 정회전하게 된다. 커버 본체(111)의 정회전에 따라 커버 단차부(115)에 끼워 맞추어진 회전자(620)가 정회전하고, 회전자(620)의 정회전에 대응하여 고정자(610)에 자기력이 발생하여 발전을 하게 된다. 이와 같이 발전된 전력은 PCB 기판에 마련된 배터리에 충전된다.

또 제2 와이어에 대한 왼쪽 핸들의 당김은 스파이럴 스프링(510)의 탄성력에 의해 제한되고, 이에 따라 사용자는 왼쪽의 핸들을 당기는 과정을 정지할 수밖에 없다.

왼쪽의 핸들을 당기는 과정을 정지하면, 제2 와이어(400)는 스파이럴 스프링(510)의 탄성력에 의해 제2 회전 부재의 릴(310)에 감겨지며, 이에 따라 제2 회전 부재의 릴(310)이 역회전하게 된다. 제2 회전 부재의 릴(310)이 역회전함에 따라 이 릴(310)의 다수의 돌출부(313)와의 끼워 맞추어진 다수의 홈(322)이 마련된 제2 회전 부재의 스프링 커버부(320)가 제2 회전 부재의 릴(310)과 동일 방향으로 역회전하게 된다. 또 이 스프링 커버부(320)의 역회전에 따라 제2 회전 부재의 스프링 커버부(320)의 다수의 돌기(325)에 끼워 맞추어진 제2 회전 부재의 락 부재(340)가 역회전하게 된다. 이 제2 회전 부재의 락 부재(340)의 역회전에 따라 락 부재(340)의 발톱부(342)가 제2 클러치 기어(132)의 각각의 톱니에서 풀어진 상태로 되어 제2 클러치 기어(132)가 회전하지 않게 된다. 즉, 본 발명에 따른 회전자 커버부(110)는 정방향으로만 회전하게 된다.

상술한 바와 같이 사용자가 오른쪽의 핸들과 왼쪽 핸들을 당기는 과정을 교대로 반복하는 것에 의해 회전자 커버 부재(100)는 연속적으로 정회전하며, 이에 따라 발전 부재(600)는 계속 발전을 실행할 수 있다. 즉, 사용자가 한 손 또는 양손으로 와이어의 당김 동작을 반복하는 것에 의해 장시간 동안 발전을 지속적으로 실행할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉 상기 설명에서는 소형이고 고효율로 자가발전을 실현하여 배터리에 충전할 수 있는 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 자가발전 장치의 크기를 확장하여 대용량의 자가발전을 실현할 수도 있다.

본 발명에 따른 휴대용 자가발전 장치 및 이를 구비한 모듈을 사용하는 것에 의해 통상의 전기 공급이 안 되는 군사 작전, 난민촌, 지진 등에 의한 재난, 선박의 비상사태, 야외 활동 등의 비상시에 사용자가 한 손 또는 양손으로 와이어의 당김 동작을 반복하는 것에 의해 장시간 동안 발전을 지속적으로 실행할 수 있다.

Claims

회전 가능한 회전자 커버 부재,

상기 회전자 커버 부재를 회전시키는 제1 및 제2 회전 부재,

당김 동작에 의해 상기 제1 및 제2 회전 부재를 각각 회전시키는 제1 및 제2 와이어,

상기 제1 및 제2 와이어의 각각에 대해 감김 동작을 실행시키는 제1 및 제2 스프링 부재,

상기 회전자 커버 부재의 회전에 따라 발전하는 발전 부재를 포함하고,

상기 제1 및 제2 회전 부재는 상기 회전자 커버 부재에 각각 끼워 맞추어지고,

상기 발전 부재는 상기 회전자 커버 부재에 내장되고, 상기 회전자 커버 부재의 회전에 따라 회전하는 회전자와 상기 회전자 안에 장착된 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제1항에서,

상기 회전자 커버 부재는 일 방향으로만 회전하고,

상기 제1 및 제2 회전 부재는 상기 회전자 커버 부재의 좌우 또는 상하에 각각 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제2항에서,

상기 회전자 커버 부재는 회전자 커버부와 회전자 기어부를 포함하고,

상기 회전자 커버부는 사발(bowl) 형상의 커버 본체, 상기 커버 본체의 외측에 마련된 제1 클러치 기어, 샤프트가 삽입되는 중공을 갖는 커버 축, 상기 회전자가 끼워 맞추어지도록 상기 커버 본체의 내측 둘레에 따라 마련된 커버 단차부를 포함하고,

상기 회전자 기어부는 원판 형상의 기어 본체, 상기 기어 본체의 내측에 마련된 제2 클러치 기어, 상기 커버 축과 끼워 맞추어지는 축 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제3항에서,

상기 발전 부재가 장착되는 브래킷 부재를 더 포함하고,

상기 브래킷 부재는 상기 회전자 커버부 및 회전자 기어부와 각각 이격되어 마련되고, 상기 고정자가 고정되는 고정자 장착부를 구비하고, 상기 고정자는 상기 고정자 장착부에 나사 체결로 고정되는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제4항에서,

상기 회전자는 상기 고정자와 이격되고 원통형으로 마련된 회전자 본체, 상기 회전자 본체의 일측에 마련되어 상기 커버 단차부에 끼워 맞추어지는 회전자 단차부, 상기 회전자 본체의 내측에 부착된 다수의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제5항에서,

상기 제1 및 제2 회전 부재의 각각은

상기 와이어가 감겨진 상태를 유지하고 와이어의 당김과 감김에 따라 회전 가능한 릴(reel),

상기 릴에 끼워 맞추어지고 상기 스프링 부재를 내장하는 스프링 커버부,

상기 회전자 커버 부재가 일 방향으로 회전하도록, 상기 회전자 커버부의 제1 클러치 기어 또는 회전자 기어부의 제2 클러치 기어에 끼워 맞추어지고, 상기 스프링 커버부에 장착된 락(lock) 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제6항에서,

상기 제1 및 제2 스프링 부재의 각각은 상기 스프링 커버부에 내장된 스파이럴 스프링 및 샤프트의 단부가 삽입되는 스프링 홀더를 포함하고,

상기 스파이럴 스프링의 내측 일단은 상기 스프링 홀더에 삽입되고, 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단은 상기 스프링 커버부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제7항에서,

상기 릴의 둘레 내측에는 다수의 돌출부가 마련되고,

상기 스프링 커버부의 둘레 외측에는 다수의 홈이 마련되고,

상기 다수의 홈에 상기 다수의 돌출부가 각각 끼워 맞추어져 일체로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제7항에서,

상기 스프링 커버부의 둘레에는 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단이 삽입되는 삽입구가 마련되고, 상기 스프링 커버부의 외측에는 상기 삽입구를 통해 삽입된 상기 스파이럴 스프링의 외측 일단이 안착하는 안착부가 마련된 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제7항에서,

상기 회전자 커버 부재, 제1 및 제2 회전 부재, 제1 및 제2 와이어, 제1 및 제2 스프링 부재를 수용하는 커버 부재를 더 포함하고,

상기 커버 부재는 분리 가능하게 상부 커버 및 하부 커버로 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제10항에서,

상기 스프링 홀더에는 돌출부가 마련되고,

상기 돌출부는 상기 커버 부재에 마련된 오목부에 삽입되어 상기 스프링 홀더의 회전을 저지하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제7항에서,

상기 와이어의 당김 상태는 상기 스파이럴 스프링의 탄성력에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제7항에서,

상기 스프링 커버부에는 상기 락 부재의 회전을 지지하는 지지 턱과 상기 지지 턱의 주위에 상기 락 부재가 끼워 맞추어지는 한 쌍의 돌기가 마련되고,

상기 락 부재는 상기 지지 턱의 주위에 한 쌍으로 마련되고,

상기 락 부재는 상기 회전자 커버부 또는 회전자 기어부와 동일 평면 내에서 제1 클러치 기어 또는 제2 클러치 기어에 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
제1항에서,

상기 제1 회전 부재, 상기 제1 와이어 및 제1 스프링 부재와 상기 제2 회전 부재, 상기 제2 와이어 및 제2 스프링 부재는 서로 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 휴대용 자가발전 장치.
청구항 제1항의 휴대용 자가발전 장치,

상기 휴대용 자가발전 장치를 수용하는 본체,

상기 본체에 결합되고 상기 휴대용 자가발전 장치를 고정시키는 바닥 부재,

상기 제1 및 제2 와이어가 각각 결합된 제1 및 제2 핸들을 구비한 것을 특징으로 하는 모듈.
제15항에서,

상기 본체 내에 장착되고, 상기 발전 장치에서 발전한 전기를 충전하는 배터리, 상기 배터리에 연결된 발광 장치, 상기 배터리에 연결된 USB 단자 중의 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
제15항에서,

상기 본체의 상부에는 나사 결합 구조가 마련되고,

상기 본체에는 나사 결합 상태로 체결될 수 있는 곤충/모기 퇴치기 모듈, 비상등 모듈, 구조 신호기 모듈, 온열기 모듈, 냉열기 모듈 중의 적어도 어느 하나가 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈.