KR101803102B1 - 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 특히, 구조가 간결, 단순하면서도 정해진 공간 내에 전기를 발전할 수 있는 장치의 배치 수량을 증가시킬 수 있도록 구성함으로써 전기발전량을 극대화할 수 있는 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 자가발전장치 결합체는, N 및 S 자극이 교번적으로 배치되어 중심에 설치되는 구동자석부재; 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일, 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 자석진동자를 구비한 전원발생부가 상기 구동자석부재를 중심으로 이격공간을 두고 그 둘레를 따라 복수 개로 배치, 구성된 제1 발전모듈; 및 상기 이격공간을 따라 배치되고 유도코일이 구비된 제2 발전모듈을 더 포함하고, 상기 제2 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제1 발전모듈이 배치되고, 상기 또 다른 상기 제1 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제2 발전모듈이 배치되는 형태로 상기 제1 발전모듈과 상기 제2 발전모듈이 나이테 형태로 반복 배치, 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템은, 자가발전장치 결합체와, 상기 구동축에 회전운동을 위한 회전력 또는 병진운동을 위한 병진 구동력을 제공하기 위해 구성되는 외력 제공수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면, 구동자석부재를 중심으로 전기를 발전하기 위해 이격 배치되는 제1 발전모듈과, 제1 발전모듈과 구동자석부재 사이의 간격을 유지하기 위해 무의미하게 방치되는 이격공간에 배치되는 제2 발전모듈을 구비하여 전기를 발전할 수 있고, 또한 제1 및 제2 발전모듈은 나이테 형태로 반복 배치함으로써 구조가 간결, 단순하면서도 구동자석부재의 움직임을 전기에너지로 변환하는 효율이 매우 높은 컴팩트한 자가발전장치 결합체를 구성할 수 있다.

Description

자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템 {POWER GENERATOR AND GENERATING SYSTEM USING IT}

본 발명은 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구조가 간결, 단순하면서도 정해진 공간 내에 전기를 발전할 수 있는 장치의 배치 수량을 증가시킬 수 있도록 구성함으로써 전기발전량을 극대화할 수 있는 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

전기는 산업사회의 주요 에너지원으로 이용되고 있지만 화석에너지의 고갈로 인해 최근에는 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다.

그리고, 발전시설로부터 생산된 전기는 전력케이블을 매개로 비교적 큰 사용전력이 요구되는 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 소규모의 가전제품이나, 생활용품과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 제품은 1차전지나 리듐이온전지와 같은 2차전지와 같은 배터리를 구비하여 전원으로 사용하고 있다.

하지만, 배터리는 그 사용시간에 한정되어 있으므로 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하지만 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없으므로 방전시에는 해당 제품을 사용할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 최근에는 다양한 자가 발전장치가 개발되어 비상시에 필요한 전원을 충전하여 사용할 수 있도록 하고 있다.

이에 따라 본 출원인은 도1에 도시된 바와 같이 발전몸체(1), 이 발전몸체(1)에 설치되는 적어도 하나 이상의 전원발생부(2), 및 전기가 생성되도록 전원발생부(2)를 구동시키는 구동자석부재(3)를 구비한 자가발전기를 안출하여 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2009-011192호로 출원하게 되었다.

전원발생부(2)는 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일(22)이 권취되고 내부에 수용공간(211)이 형성된 케이스(21)와, 외부로부터 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 진동자(23)을 구비한다. 특히, 전원발생부(2)는 종래 발전기에서 회전자와 유사한 역할을 수행하는 부분을 별도의 출력축이 없고 N극 및 S극이 형성된 자석으로 이루어진 무축방식의 진동자(23)로 구성한 것이다.

이러한 형태의 전원발생부(2)는, 구조가 간결, 단순하고 충격과 같은 외력에 대해 강성이 뛰어난 영구자석을 이용한 것이므로 충분한 내충격성과 내구성을 갖는 자가 발전장치를 구현할 수 있었다.

전술한 종래 자가 발전장치는 구동자석부재(3)의 상하운동에 따라 전원발생부(2)의 진동자(23)가 요동되면서 자극이 변화되므로 유도코일에 전자기유도작용에 의해 기전력이 생성되어 전원을 발전할 수 있었지만, 구동자석부재(3)의 하강 및 상승력을 전기에너지로 변환되는 효율은 매우 낮은 문제점을 가지고 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 구동자석부재(3)는 하강시에 교번적으로 배치된 N,S 자극이 진동자에 자력을 인가하여 요동시키면서 N,S 자극을 변화시켜 발전하게 되고, 진동자의 요동은 구동자석부재의 행정거리 및 이동속도에 따라 증대되거나 감소되지만 구동자석부재가 갖는 하강력 및 상승력을 모두 전기에너지로 생성할 수 없는 한계점을 가지고 있다. 즉, 구동자석부재에 5kgf, 20kgf, 100kgf 등의 서로 다른 힘이 작용되면 서로 다른 가압력과 이송속도를 가지게 되지만 자가발전장치의 구동자석부재의 행정거리가 정해진 경우 모두 동일한 이동속도로 구동자석부재가 이동되므로 전원발생부에서 발전되는 전력량은 유사한 결과로 나타나게 된다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 구동자석부재의 주변에 많은 수량의 전원발생부를 배치하여 구동자석부재에 가해지는 힘을 전원의 발전에 이용할 수 있다. 즉, 구동자석부재에 의해 제1 전원발생부에 내장된 제1 진동자를 요동되도록 하여 발전을 하고 제1 진동자는 인접 배치된 제2 전원발생부의 제2 진동자를 요동되도록 하는 방식으로 연이어 배치된 다수의 전원발생부에서 도미노 현상과 유사한 방식으로 진동자가 요동되면서 발전할 수 있게 구성할 수 있지만, 이러한 방식은 각각의 전원발생부의 진동자 사이 간격이 일정하게 유지되어야 자력에 의한 상호작용이 가능하므로 전원발생부 사이의 배치간격이 넓어져 단위 공간 또는 단위 면적당 전원발생부의 배치수량이 한정되므로 발전량 또한 제한적인 단점이 있다. 그리고, 구동자석부재를 중심으로 다수의 전원발생부를 간격을 띄워 배치한 자가발전장치는 그 전체부피가 지나치게 커지게 되고 간결, 단순하게 구성할 수 없어서 실질적인 자가 발전장치로의 설치와 적용에 어려움이 있고, 설치 및 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 착안한 것으로, 구조가 간결, 단순하면서도 정해진 공간 내에 전기를 발전할 수 있는 장치의 배치 수량을 증가시킬 수 있도록 구성함으로써 전기발전량을 극대화할 수 있도록 한 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자가발전장치 결합체는, 자가발전장치 결합체에 있어서, N 및 S 자극이 교번적으로 배치되어 중심에 설치되는 구동자석부재; 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일, 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 자석진동자를 구비한 전원발생부가 상기 구동자석부재를 중심으로 이격공간을 두고 그 둘레를 따라 복수 개로 배치, 구성된 제1 발전모듈; 및 상기 이격공간을 따라 배치되고 유도코일이 구비된 제2 발전모듈을 더 포함하고, 상기 제2 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제1 발전모듈이 배치되고, 상기 또 다른 상기 제1 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제2 발전모듈이 배치되는 형태로 상기 제1 발전모듈과 상기 제2 발전모듈이 나이테 형태로 반복 배치, 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 구동자석부재는, N 및 S 자극이 원주방향 또는 상하방향으로 반복 배치된 영구자석결합부; 및 상기 영구자석결합부가 결합되고 외부로부터 인가되는 구동력에 의해 회전 또는 병진운동을 수행하는 구동부를 포함하고, 상기 구동자석부재, 제1 발전모듈 및 제2 발전모듈이 밀폐, 수용되는 케이스를 포함할 수 있다.

상기 전원발생부는 중공부를 갖는 통 형상의 본체에 상기 유도코일이 권취되고 내부에 상기 자석진동자가 수용된 구조로 형성되고, 상기 제2 발전모듈은 상기 이격공간의 내부에 배치되는 링 형상의 권선하우징에 상기 유도코일이 권선된 구조로 형성될 수 있다.

상기 자가발전장치 결합체는 그 상측 및 하측에 선택적으로 연이어 반복 배치되고, 보조 케이스 내에 복수의 상기 전원발생부가 반복 배치된 제3 발전모듈을 구비할 수 있다.

그리고, 상기 자가발전장치 결합체는 상측 또는 하측으로 복수 개로 반복 배치되고, 상기 영구자석결합부는 각각의 상기 자가발전장치 결합체의 중심에 위치하도록 복수 개로 구성될 수 있다.

또한, 상기 구동부는 봉상 구조로 형성되어 회전운동 또는 병진운동이 가능하게 설치된 구동축으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 구동축은 지지베어링 또는 부싱에 의해 지지되도록 구성된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템은, 전술한 자가발전장치 결합체와, 상기 구동축에 회전운동을 위한 회전력 또는 병진운동을 위한 병진 구동력을 제공하기 위해 구성되는 외력 제공수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외력 제공수단은 복수의 블레이드를 구비한 회전장치로 구성될 수 있다. 이때, 상기 구동축에는 회전수를 증속하는 증속기가 구성될 수 있다.

그리고, 상기 자가발전장치 결합체가 다수 배치되고, 각각의 상기 자가발전장치 결합체에 상기 외력 제공수단으로부터 인가되는 회전력이 전달될 수 있도록 동력분배전달수단이 구비될 수 있다.

상기 동력분배전달수단은, 상기 회전장치의 회전축 하단에 접속되는 구동기어; 상기 구동기어에 회전력을 전달받는 복수의 종동기어; 및 상기 종동기어에 접속되어 회전되고, 상기 구동축에 접속되어 회전력을 전달하는 복수의 전동축을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 자가발전장치 결합체 중 일부는 수직방향 또는 대각방향으로 적층되는 형태로 배치되고, 상기 전동축과 상기 구동축은 베벨기어에 의해 동력이 전달되도록 접속될 수 있다.

아울러, 상기 구동기어와 상기 종동기어는 타이밍 벨트로 연결되는 타이밍 기어로 형성될 수 있다.

한편, 상기 외력 제공수단은 상기 구동축에 회전력을 인가하는 증속기를 구비한 모터로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템은, 전술한 자가발전장치 결합체와, 상기 제1 및 제2 발전모듈이 상기 구동자석부재를 기준으로 회동되도록 회전력을 제공하기 위해 외곽둘레에 구성되는 외력 제공수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 외력 제공수단은 외곽 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드 또는 외곽 둘레에 설치되는 구름휠로 구성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템에 의하면, 구동자석부재를 중심으로 전기를 발전하기 위해 이격 배치되는 제1 발전모듈과, 제1 발전모듈과 구동자석부재 사이의 간격을 유지하기 위해 무의미하게 방치되는 이격공간에 배치되는 제2 발전모듈을 구비하여 전기를 발전할 수 있고, 또한 제1 및 제2 발전모듈은 나이테 형태로 반복 배치함으로써 구조가 간결, 단순하면서도 구동자석부재의 움직임을 전기에너지로 변환하는 효율이 매우 높은 컴팩트한 자가발전장치 결합체를 구성할 수 있다. 그리고, 자가발전장치 결합체는 사용, 취급, 등이 용이한 원판 형태로서 한정된 공간에서 다층, 다열로 배치할 수 있어서 간결, 단순하면서 발전효율이 높은 풍력 및 수력 발전시스템 등을 효과적으로 구현할 수 있다.

도1은 종래 자가발전장치를 설명하기 위한 도면,
도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 자가발전장치 결합체의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 설명하기 위한 분리 사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체의 제1 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체의 제2 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도9 및 도10은 본 발명의 제4 실시예 및 제5 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2a 내지 도10에 의거하여 상세히 설명하고, 도2a 내지 도10에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

첨부도면, 도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 자가발전장치 결합체의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면으로서, 개략적인 종단면을 도시한 것이다.

도2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11), 유도코일(121) 및 자석진동자(122)를 구비한 복수의 전원발생부(12a)로 이루어진 제1 발전모듈(12), 및 제1 발전모듈(12)의 둘레에 배치되고 유도코일(131)을 구비한 제2 발전모듈(13)을 구비하되, 제1 발전모듈(12)과 상기 제2 발전모듈(13)이 나이테 형태로 반복 배치, 구성된다.

구동자석부재(11)는 중심에 배치되고 N 및 S자극이 교번적으로 배치된 것으로, 도2a에 도시된 바와 같이 원주방향으로 N자극 및 S자극이 교번적으로 형성되거나 도2b에 도시된 바와 같이 상하방향으로 N자극 및 S자극이 교번적으로 형성될 수 있다. 그리고, 도2b에 도시된 바와 같이 N자극 및 S자극이 상하방향으로 배치된 경우 구동자석부재(11)가 가압력에 의해 하강된 후 복귀되도록 탄성부재와 같은 복귀부재(113)가 구비되는 것이 바람직하다.

제1 발전모듈(12)은 구동자석부재(11)를 중심으로 이격공간을 두고 그 둘레를 따라 복수의 전원발생부(12a)가 배치, 구성된 것으로, 외곽으로 갈수록 반경이 커지는 형태이므로 전원발생부(12a)의 배치 수량은 점차 증가되도록 되어 있다. 이때, 구동자석부재(11)와의 사이에 형성되는 이격공간은 구동자석부재(11)에 형성된 N자극 및 S자극의 자력(가우스의 크기)에 따라 정해지는 것으로, 구동자석부재(11)에 형성된 N 및 S자극과 자석진동자(122)에 형성된 N 및 S자극이 서로 인력에 의해 움직이지 않고 고정되지 않은 범위 내에서 구동자석부재(11)의 움직임에 대해 자석진동자(122)의 자극 변화가 가장 활발하게 이루어지고 그 요동력이 가장 커지는 정도의 이격거리를 갖도록 한다.

그리고, 전원발생부(12a)는 구동자석부재(11)의 요동시에 효과적인 발전이 가능한 구조라면 형태나 구조에 제한은 없지만, 내부에 중공부가 형성된 통 형상의 본체에 전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일(121)이 권취되고, 그 내부에 외부로부터 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 자석진동자(122)가 설치된 구조로 되어 있다.

제2 발전모듈(13)은 유도코일(131)이 원주방향으로 권선되거나 원주방향에 대해 직교되는 방향으로 권선되어 형성되는 것으로, 유도코일(131)은 후술되는 구체적인 실시예에 나타난 바와 같은 권선하우징(132) 둘레에 권선되도록 되어 있다.

여기서, 제1 발전모듈(12)과 제2 발전모듈(13)이 나이테 형태로 반복 배치된다는 것은, 제2 발전모듈(13)의 둘레에 또 다른 제1 발전모듈(12)이 배치되고, 이러한 또 다른 제1 발전모듈(12)의 둘레에 또 다른 제2 발전모듈(13)이 배치되는 형태로 반복 배치되는 것을 의미한다.

그리고, 제1 및 제2 발전모듈(12,13)에 구비된 유도코일(121)(131)은 구체적으로 도시하지는 않았으나 전기적으로 직렬 또는 병렬 구조로 접속되어 발전된 전원을 충전하는 충전부나 전원의 공급개소와 연결되도록 되어 있다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 설명하기 위한 분리 사시도이다.

도3을 참조하면, 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11), 나이테 형태로 반복 배치되는 제1 발전모듈(12) 및 제2 발전모듈(13)을 구비하되, 제1 발전모듈(12) 및 제2 발전모듈(13)의 상하측을 밀폐하기 위한 별도의 케이스(14) 내부에 수용되도록 구성되어 있다.

상기 구동자석부재(11)는 N자극 및 S자극이 원주방향으로 반복 배치된 영구자석결합부(111)와, 이 영구자석결합부(111)가 결합되고 외부로부터 인가되는 구동력에 의해 회전 운동을 수행하는 구동부(112)를 구비한다.

상기 구동부(112)는 봉상 구조로 형성되어 회전운동이 가능하게 설치된 구동축(112a)으로 구성되어 있고, 이 구동축(112a)은 원활한 회전을 위해 지지 베어링(112b)이나 오일리스 부싱과 같은 부싱에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

영구자석결합부(111)는 원주방향을 따라 복수의 결합홈이 요입, 형성된 자석하우징(111a)과 이 자석하우징(111a)의 결합홈에 N자극 및 S자극이 교번적으로 설치되어 있다.

제1발전모듈(12)을 구성하는 전원발생부(12a)는 본체(123)를 원통 형상으로 형성하고, 그 외주면 또는 내주면에 유도코일(121)이 권취되거나 유도코일(121)이 권취된 보빈을 외주면 또는 내주면에 설치하여 구성한다. 이때, 본체(123)는 설치와 유지보수가 가능하도록 분리 가능한 커버(123a)가 구비되는 것이 바람직하고, 유도코일(121)은 자석진동자(122)의 요동시 손상되지 않도록 보호필름(미도시)이나 보호커버(미도시)의 내부에 유도코일(121)이 위치하도록 제작하여 설치한다. 그리고, 유도코일(121)이 본체(123)의 외주면에 권취되는 경우에 본체(123)의 외주면상에 유도코일 권취홈(미도시)이 요입되고, 유도코일(121)의 외표면에는 보호층(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다.

자석진동자(122)는 N자극 및 S자극을 갖는 볼 또는 원판 형상의 영구자석으로 형성되어 본체(123)의 수용공간 내부에 설치된다.

제2 발전모듈(13)은 유도코일(131)이 권선되는 권선하우징(132)이 구비되어 있다. 권선하우징(132)은 유도코일을 용이하게 권선할 수 있고, 구동자석부재(11)와 전원발생부(12a)의 정해진 이격거리를 유지할 수 있다면 형태에 제한은 없으나, 도3에 나타난 바와 같이 대략 원형 링 형상으로 형성되어 케이스(14)에 내장되는 것으로, 하우징본체에 전원발생부(12a)의 본체(123)를 안정적으로 삽입, 고정할 수 있도록 외곽 둘레를 따라 원호 형상을 갖는 복수의 안착홈(132b)이 형성되고, 내부 둘레를 따라 유도코일(131)이 권선 되도록 되어 있다. 그리고, 권선하우징(132)에는 유도코일을 효과적으로 권선하기 위한 코일권취돌부가 형성될 수 있다.

한편, 케이스(14)는 구동자석부재(11), 복수의 제1 발전모듈(12) 및 제2 발전모듈(13)을 용이하게 내장할 수 있다면 구조나 형태에 제한은 없지만, 본 실시예에서는 도3에 도시된 바와 같이 하부케이스(141)와 상부케이스(142)로 구성되어 있다.

하부케이스(141)는 상부가 개방되고 높이에 비해 직경이 크며 내부에 수용공간이 마련된 원통 형상으로 형성된 것으로 내주면 둘레에 전원발생부(12a)의 안착을 위해 원호 형상을 갖는 복수의 안착홈(141a)이 형성되어 있다. 또한, 하부케이스(141)에는 상부케이스(142)와의 체결을 위해 볼트와 같은 체결부재가 체결되는 체결공(141c)이 형성되어 있다.

상부케이스(142)는 하부케이스(141)의 상면에 체결되는 부재로서 대략 원판형상으로 형성된 몸체의 중앙에 구동축을 지지하기 위한 지지 베어링(112b)이 삽입되는 베어링홀(142a)이 형성되어 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체의 작용을 간략하게 설명한다.

하부케이스(141)의 중앙 지지베어링(112b)에 구동자석부재(11)의 구동축(112a)이 삽입되는 형태로 구동자석부재(11)를 설치하고, 유도코일(131)을 권선한 권선하우징(132)을 구동자석부재(11)와 접하도록 삽입, 설치하여 1열의 제2 발전모듈(13)을 조립한다.

본체(123)에 자석진동자(122)를 삽입하고 유도코일(121)를 권취하는 방식으로 다수의 전원발생부(12a)를 준비한 다음, 권선하우징(132)에 마련된 다수의 안착홈(132b)에 순차적으로 삽입하여 설치하는 방식으로 1열의 제1 발전모듈(12)를 조립한다.

이후, 제1 발전모듈(12)의 둘레에 해당되는 하부케이스(141)에 유도코일(131)을 권선한 권선하우징(132)을 삽입, 설치하여 2열의 제2 발전모듈(13)를 조립하고, 이 제2 발전모듈(13)의 둘레에 다시 전원발생부(12a)를 순차적으로 삽입하여 설치하는 방식으로 2열의 제1 발전모듈(12)를 설치한다. 이때, 제1 및 제2 발전모듈이 더 많은 열로 배치되는 경우에도 같은 방식으로 조립하여 구성한다.

제1 및 제2 발전모듈(12,13)의 조립이 완료되면 하부케이스(141)의 상면에 상부케이스(142)를 덧씌워 체결부재로 조임 작업을 수행하면 자가발전장치 결합체(1)의 조립이 완료된다.

전술한 바와 같이 조립된 자가발전장치 결합체(1)의 구동축(112a)에 후술되는 바와 같은 회전장치를 결합하여 발전시스템을 구성하게 되면 풍력이나 수력과 같은 자연에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.

이러한 과정을 보다 구체적으로 설명하면 회전장치의 회전축이 회전되면 이에 접속된 구동축(112a)이 회전되면서 영구자석결합부(111)의 N자극 및 S자극이 변화되면 전자기유도작용에 의해 제2 발전모듈(13)의 유도코일(131)에 기전력이 생성되어 구동자석부재(11)와 근접한 일 열의 제2 발전모듈(13)에 1차로 발전 작용이 수행된다. 이와 동시에 영구자석결합부(111)의 N자극 및 S자극이 변화에 따라 전원발생부(12a)의 자석진동자(122)가 요동되면 자극이 변화되므로 본체(123)에 권선된 유도코일(121)에도 기전력이 생성되면서 일 열의 제1발전모듈(12)에 2차로 발전 작용이 수행된다.

그리고, 일 열의 제1발전모듈(12)을 구성하는 각각의 전원발생부(12a)내에 위치한 자석진동자(122)가 요동되면서 자극이 변화되면 이에 접한 두 번째 열의 제2 발전모듈(13)의 유도코일(131)에 기전력이 생성되어 3차로 발전 작용이 수행된다. 이와 동시에 두 번째 열의 제2 발전모듈(13)과 접한 두 번째 열의 제1발전모듈(12)을 구성하는 각각의 전원발생부(12a)내에 위치한 자석진동자(122)가 요동되면서 4차로 발전 작용을 수행하게 된다.

한편, 전술한 발전방식에 따르면 구동자석부재(11)의 회전에 대해 도미노 현상과 유사하게 다중으로 전기를 발전할 수 있으므로 구동자석부재(11)의 회전력이 클 경우 회전력의 낭비 없이 전기에너지로 변환할 수 있으므로 고효율의 발전시스템을 구현할 수 있다.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체의 제1 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, 개략적인 종단면 구조를 도시한 것이다.

도4를 참조하면, 제1 변형예에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11)로 인가되는 회전력이나 가압력이 클 경우 대용량의 전원을 발전할 수 있도록 하기 위해 구현된 것으로, 복수의 제1 및 제2 발전모듈(12,13)로 이루어지는 유닛이 상측 방향으로 적층되게 반복 배치되거나, 하측 방향으로 적층되게 반복 배치되도록 구성한 것이다.

상기 구동자석부재(11)는 복수의 제1 및 제2 발전모듈(12,13)로 이루어지는 유닛의 배치수량에 대응하도록 영구자석결합부(111)가 구동부(112)에 복수 개로 구성된다. 이때, 영구자석결합부(111)에 착자되는 N자극 및 S자극은 구동축(112a)이 회전되는 구조일 경우 원주방향으로 반복 배치되고, 구동축(112a)이 상하로 병진운동되는 구조일 경우 상하방향으로 반복 배치된다.

한편, 제1 변형예에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11)와, 제1 및 제2 발전모듈(12,13) 유닛들을 밀폐, 수용하기 위한 외장 케이스(15)를 구비한다. 이 외장 케이스(15)는 적층되는 제1 및 제2 발전모듈(12,13) 유닛들의 직경 및 상하 적층 수량 등에 따라 형태 및 크기가 변경될 수 있다.

그리고, 제1 및 제2 발전모듈(12,13) 유닛들이 도3에 나타난 바와 같이 각각의 개별적인 상부 및 하부케이스(142,141)를 구비한 형태로 외장 케이스(15)에 내장될 수 있지만, 별도의 상부 및 하부케이스를 구비하지 않고 외장 케이스(15)의 내부에 일체 또는 분리 가능한 구조로 형성된 안착대(151)에 설치될 수 있다.

이러한, 제1 변형예에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동축(112a)이 회전하게 되면 이에 복수로 형성된 영구자석결합부(111)가 연동되어 회전되므로 다층으로 배치된 제1 및 제2 발전모듈(12,13)에 기전력이 생성되면서 고출력의 전기를 발전할 수 있다.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체의 제2 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, 개략적인 종단면 구조를 도시한 것이다.

도5를 참조하면, 제2 변형예에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11)로 인가되는 회전력이나 가압력이 클 경우 대용량의 전원을 발전할 수 있도록 하기 위해 구현된 것으로, 복수의 제1 및 제2 발전모듈(12,13)로 이루어지는 유닛의 상측 방향 또는 하측 방향으로 연이어 반복 배치되는 제3 발전모듈(16)을 구비한다.

제3 발전모듈(16)은 케이스 내에 복수의 전원발생부(12a)가 배치되는 것으로서, 전원발생부(12a)는 제1 발전모듈(12)를 구성하는 전원발생부(12a)와 대응하는 나이테 형태를 갖도록 복수의 원을 이루도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한, 제2 변형예에 따른 자가발전장치 결합체(1)는 구동자석부재(11)의 움직임에 의해 제1 발전모듈(12)의 자석진동자(122)가 요동되면서 N,S자극이 변화되면, 제1 발전모듈(12)의 자석진동자(122)는 제3 발전모듈(16)을 구성하는 전원발생부(12a)의 자석진동자(122)를 요동시키게 되므로 제1 발전모듈(12)의 전원발생부(12a)와 함께 제3 발전모듈(16)의 전원발생부(12a)도 전기를 발전하게 된다.

그리고, 제3 발전모듈(16)을 다층으로 배치할 경우에는 상측 전원발생부(12a)의 자석진동자(11)가 요동되면서 하측 전원발생부의 자석진동자를 요동시키게 되므로 도미노 현상과 유사한 형태로 하나의 구동자석부재(11)에 의해 다수의 전원발생부(12a)를 작동시켜 고출력의 전기를 생성할 수 있다.

이하, 전술한 제1 실시예 및 그 변형예들에 나타난 자가발전장치 결합체를 이용하여 전기를 발전할 수 있도록 구성한 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템에 대한 실시예를 설명한다.

첨부도면, 도6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2)은 전술한 제1 실시예 및 그 변형예들에 나타난 자가발전장치 결합체(1)와, 자가발전장치 결합체(1)의 구동자석부재(11)에 회전운동을 위한 회전력을 제공하거나 병진운동을 위한 병진 구동력을 제공하기 위해 구성되는 외력 제공수단(21)을 구비한다.

그리고, 외력 제공수단(21)은 구동자석부재(11)가 상하로 병진운동을 하도록 병진 구동력을 제공하는 페달 등과 같은 구조로도 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 도6에 도시된 바와 같이 구동자석부재(11)에 구동부(112)로서 구동축(112a)이 구성되고 이 구동축(12a)이 회전운동을 하게 될 경우 전기를 발전할 수 있는 구조에 적용할 수 있는 외력 제공수단(21)을 중심으로 설명한다.

상기 외력 제공수단(21)은 복수의 블레이드(211)를 구비한 회전장치로 구성되어 있다. 회전장치는 회전축(212)에 저속 바람에서 효율적인 항력식 블레이드가 결합된 구조나, 회전축에 고속 바람에서 효율적인 양력식 블레이드가 결합된 구조로 구성될 수 있다.

예컨대, 회전장치는 양력식 블레이드를 적용한 대표적인 형태인 다리우스식 회전장치나, 항력식 블레이드를 적용한 대표적인 형태인 사보니우스식 회전장치를 적용할 수 있는 것으로, 이러한 회전장치는 풍력 및 수력발전에 적용되는 통상적인 회전장치의 형태이므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2)은 유속이 낮거나 풍속이 낮은 환경에서도 효과적인 발전을 할 수 있도록 구동축(112a)의 회전수를 증속하는 증속기(22)가 구성되어 있다.

증속기(22)는 회전축(212)이 저속으로 회전되더라도 구동자석부재(11)가 증속되어 고속으로 회전되도록 하기 위한 것으로, 풍력 및 수력발전 등에 증속을 위해 적용되는 다양한 증속기를 적용할 수 있다.

예컨대, 증속기(22)는 도6에 도시된 바와 같이 유성기어를 적용한 방식으로 간단하게 구현할 수 있다. 즉, 외력 제공수단(21)의 회전축(212)에 하단에 결합되고 내주면에 입력기어부(221a)가 형성된 상부하우징(221), 이 상부하우징(221)의 하측에 배치되는 하부하우징(222), 상부하우징(221) 및 하부하우징(222) 사이의 내부에 위치하도록 구동축(112a)에 형성되는 선기어(223), 선기어(223)와 입력기어부(221a) 사이에 배치되어 중심핀(224a)에 의해 회전 가능하게 설치된 복수의 유성기어(224), 유성기어(224)를 회전 가능하게 지지하는 지지판(225), 및 전술한 구성요소의 회전동작을 지지, 안내하도록 설치되는 베어링(226)이나 부싱 등으로 구성되어 있다.

전술한 바와 같은 증속기(22)는 블레이드(211)에 작용되는 외력에 의해 회전축(212)이 회전되어 직경의 큰 입력기어부(221a)가 일회전하게 되면 유성기어(224) 및 선기어(223)로 회전력이 전달되는 과정에서 기어비에 의해 증속작용이 수행되므로 구동축(112a)은 다수 회전수를 갖게 되어 고속으로 회전하게 된다.

첨부도면, 도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

제2 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2a)은 복수의 자가발전장치 결합체(1)와, 자가발전장치 결합체(1)의 구동자석부재(11)에 회전운동을 위한 회전력을 제공하는 외력 제공수단(21)을 구비하되, 보다 많은 전기를 발전할 수 있도록 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 발전모듈(12,13) 유닛이 다층으로 구성된 자가발전장치 결합체가 수평방향, 및 수직방향, 또는 대각방향으로 다수 배치되고, 각각의 자가발전장치 결합체(1)에 회전력이 전달될 수 있도록 동력분배전달수단(23)이 구비되어 있다.

동력분배전달수단(23)은 하나의 입력축으로부터 인가된 회전력을 여러 개의 출력축으로 증속하여 출력할 수 있는 다양한 기어결합체로 구성할 수 있다. 예컨대, 도7에 나타난 바와 같이 피설치부(29,프레임, 건축물 등)에 설치되고 내부에 수용공간이 마련된 분배박스(231), 회전장치의 회전축(212) 하단에 결합되어 분배박스(231)의 내부 중심에 베어링(미도시) 등에 의해 지지되어 회전 가능하게 설치되는 구동기어(232), 구동기어(232)의 둘레에 위치하도록 분배박스(231) 내에 회전 가능하게 설치되고 구동기어(232)에 치합되어 회전되는 복수의 종동기어(233), 일단이 종동기어(233)에 결합되어 회전되고 타단이 구동축(112a)에 접속되어 회전력을 전달하는 복수의 전동축(234)을 구비한다. 이때, 종동기어(233)는 구동기어(232)의 일 회전에 대해 다수의 회전수를 갖도록 직경이 작은 기어로 구성되어 증속작용이 수행되도록 되어 있다.

그리고, 자가발전장치 결합체(1)가 수직방향(구동축이 수평방향으로 위치하도록 배치되는 형태) 및 대각방향(구동축이 대각방향으로 위치하도록 배치되는 형태)으로 다수 배치되므로, 각각의 자가발전장치 결합체(1)에 회전력이 전달될 수 있도록, 전동축(234)과 구동축(112a)은 베벨기어(235)에 의해 동력이 전달되도록 접속되어 있다.

그 외에도 동력분배전달수단(23)은 구체적으로 도시하지는 않았으나 벨트동력전달 방식에 의해서도 구현될 수 있다. 예컨대, 벨트동력전달 방식의 동력분배전달수단(23)은 외력 제공수단(21)의 회전축(212)에 타이밍 기어(timing gear)로 형성된 여러 개의 구동기어(미도시)를 배치 결합되고, 타이밍 기어로 형성된 여러 개의 종동기어(미도시)가 이격 배치되는 한편 타이밍 벨트(미도시)에 의해 구동기어와 종동기어가 서로 연결되도록 구성할 수 있다.

첨부도면, 도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

제3 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2b)은 복수의 자가발전장치 결합체(1)와, 자가발전장치 결합체(1)의 구동자석부재(11)에 회전운동을 위한 회전력을 제공하는 외력 제공수단(21)을 구비하되, 외력 제공수단(21)은 구동자석부재(11)의 구동축(112a)에 회전력을 인가하는 증속기(214)를 구비한 모터(213)로 구성되어 있다.

증속기(214)는 풍력 및 수력발전 등에 증속을 위해 적용되는 다양한 증속기를 적용할 수 있는 것으로, 모터축으로 출력되는 모터(213)의 회전력이 증속기(214)를 경유할 경우 증속되어 구동자석부재(11)가 고속으로 회전되므로 복수의 자가발전장치 결합체(1)에서 고효율의 발전작용이 수행된다.

제3 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2b)은 모터(213)로 인가되는 전력량에 비해 자가발전장치 결합체(1)로부터 출력되는 발전 전력량이 많아야 효용가치가 있는 것으로, 이를 위해 다수의 자가발전장치 결합체를 다단으로 적절하게 배치하여야 한다.

첨부도면, 도9 및 도10은 본 발명의 제4 실시예 및 제5 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, 개략적인 종단면 구조를 도시한 것이다.

제4 및 제5 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템은 복수의 자가발전장치 결합체(1)와, 제1 및 제2 발전모듈(12,13)이 구동자석부재(11)를 기준으로 회동되도록 회전력을 제공하기 위해 외곽둘레에 구성되는 외력 제공수단(21)을 구비한다. 그리고 본 실시예에 따른 발전시스템은 외력 제공수단(21)이 구동자석부재(11)를 회동시키기 위해 구성되는 것이 아니라 제1 및 제2 발전모듈(12,13)을 회동시키기 위해 구성된다는 점에서 전술한 제1 내지 제3 실시예와 구별되는 차이점이다.

먼저, 도9에 도시된 바와 같이 제4 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2c)은 구동자석부재(11), 나이테 형태로 배치된 복수의 제1 및 제2 발전모듈(12,13), 및 제1 및 제2 발전모듈이 내장되는 케이스(14)를 구비한 자가발전장치 결합체(1)와, 제1 및 제2 발전모듈을 포함하는 케이스(14)를 회전시키는 외력 제공수단(21)을 구비하되, 외력 제공수단(21)은 케이스(14)의 바깥쪽 외주면에 구름휠(215)로 형성되어 있다.

구름휠(215)은 바퀴를 형성하는 통상의 타이어와 유사한 형태로서, 본 발전시스템을 대차 등의 운반수단, 2륜, 3륜, 4륜 등 바퀴를 구비한 차량의 회전체로 적용할 수 있도록 구성한 것이다.

이러한, 제4 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2c)은 운반수단이나 차량의 회전체로 적용하게 되면 구름 이동되는 과정에서 제1 및 제2 발전모듈을 포함하는 케이스(14)가 회전 되므로 구동자석부재(11)와의 전자기유도작용에 의해 제1 및 제2 발전모듈(12,13)에 기전력이 발생되므로 구동축(112a)을 회전시키지 않더라도 전기를 발전할 수 있다. 이러한 방식의 발전시스템은 그 자체가 구름동작을 수행하면서 자가발전을 수행하므로 회전동작을 수행하거나 회전동작을 통해 이동하는 각종 장치나 물품의 잉여 에너지를 활용하여 전기를 발전하는 용도에 적용할 경우 그 활용도가 매우 높다.

도10에 도시된 바와 같이 제5 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2d)은 구동자석부재(11), 나이테 형태로 배치된 복수의 제1 및 제2 발전모듈(12,13), 및 제1 및 제2 발전모듈이 내장되는 케이스(14)를 구비한 자가발전장치 결합체(1)와, 케이스(14)를 회전시키는 외력 제공수단(21)을 구비하되, 외력 제공수단(21)은 케이스(14)의 외곽 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드(216)로 구성되어 있다.

블레이드(216)는 항력식 블레이드, 양력식 블레이드, 또는 항력식 블레이드 및 양력식 블레이드가 혼합되어 배치 구성될 수 있다.

이러한, 제5 실시예에 따른 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템(2d)은 유체의 흐름에 대해 회전력을 생성할 수 있는 블레이드(216)를 구비한 구조이므로 풍력 및 수력발전에 적용할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자가발전장치 결합체 및 이를 이용한 발전시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:자가발전장치 결합체 11:구동자석부재
111:영구자석결합부 112:구동부
12:제1 발전모듈 12a:전원발생부
121,131:유도코일 122:자석진동자
123:본체 13:제2 발전모듈
14:케이스 15:외장 케이스
16:제3 발전모듈
2,2a,2b,2c,2d:자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템
21:외력 제공수단 211,216:블레이드
212:회전축 215:구름휠
22:증속기 23:동력분배전달수단

Claims (17)

1. 자가발전장치 결합체에 있어서,
   N 및 S 자극이 교번적으로 배치되어 중심에 설치되는 구동자석부재;
   전자기유도작용으로 기전력이 생성되는 유도코일, 인가되는 자력에 의해 요동되면서 자극이 변화되는 자석진동자를 구비한 전원발생부가 상기 구동자석부재를 중심으로 이격공간을 두고 그 둘레를 따라 복수 개로 배치, 구성된 제1 발전모듈; 및
   상기 이격공간을 따라 배치되고 유도코일이 구비된 제2 발전모듈을 더 포함하고,
   상기 제2 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제1 발전모듈이 배치되고, 상기 또 다른 상기 제1 발전모듈의 둘레에 또 다른 상기 제2 발전모듈이 배치되는 형태로 상기 제1 발전모듈과 상기 제2 발전모듈이 나이테 형태로 반복 배치, 구성된 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동자석부재는, N 및 S 자극이 원주방향 또는 상하방향으로 반복 배치된 영구자석결합부; 및 상기 영구자석결합부가 결합되고 외부로부터 인가되는 구동력에 의해 회전 또는 병진운동을 수행하는 구동부를 포함하고,
   상기 구동자석부재, 제1 발전모듈 및 제2 발전모듈이 밀폐, 수용되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전원발생부는 중공부를 갖는 통 형상의 본체에 상기 유도코일이 권취되고 내부에 상기 자석진동자가 수용된 구조로 형성되고,
   상기 제2 발전모듈은 상기 이격공간에 내부에 배치되는 링 형상의 권선하우징에 상기 유도코일이 권선된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
4. 제2항에 있어서,
   상기 자가발전장치 결합체는 그 상측 및 하측에 선택적으로 연이어 반복 배치되고, 보조 케이스 내에 복수의 상기 전원발생부가 반복 배치된 제3 발전모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
5. 제2항에 있어서,
   상기 자가발전장치 결합체는 상측 또는 하측으로 복수 개로 반복 배치되고,
   상기 영구자석결합부는 각각의 상기 자가발전장치 결합체의 중심에 위치하도록 복수 개로 구성된 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동부는 봉상 구조로 형성되어 회전운동 또는 병진운동이 가능하게 설치된 구동축으로 구성된 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체.
7. 삭제
8. 제6항의 자가발전장치 결합체; 및
   상기 구동축에 회전운동을 위한 회전력 또는 병진운동을 위한 병진 구동력을 제공하기 위해 구성되는 외력 제공수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 자가발전장치 결합체; 및
    상기 제1 및 제2 발전모듈이 상기 구동자석부재를 기준으로 회동되도록 회전력을 제공하기 위해 외곽둘레에 구성되는 외력 제공수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 외력 제공수단은 외곽 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드 또는 외곽 둘레에 설치되는 구름휠인 것을 특징으로 하는 자가발전장치 결합체를 이용한 발전시스템.

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