로그인 페이지
 
 

피이에스기술사사무소
문의 : info@pes21.com


매직봉 휴대폰 충전기(발명특허 출원 번호 10-2015-0066603)

 

 

1. 기술분야
본 발명은 휴대폰 전원을 충전할 수 있는 휴대용 발전기기로서 발전기 동력을 상하 2 개의 압축 스프링 사이에 운동볼을 소 구경 관에 내장하여 상하 흔들어서 운동볼의 상하 왕복 운동에 의한 운동에너지를 크랭크암과 전동벨트로 소형 직류 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 장치이다.

2. 발명의 배경이 되는 기술
도 1)에서 도시하는 바와 같이 소 구경 관에 상하 2 개의 압축 스프링 사이에 운동볼을 소 구경 관에 내장하여 상하로 손으로 흔들어서 운동볼의 상하 왕복 운동에 의한 운동에너지를 중간 연결봉으로 동력을 직선으로 전달하고, 이어서 크랭크 연결봉 말단에 크랑크 베어링으로써 연결봉과 크랭크암으로 회전 운동으로 전환시켜 벨트풀리를 사용하여 소형 직류 발전기에 최종적으로 동력을 전달한다. 운동볼을 손으로 가볍게 상하로 흔들면 운동볼의 상하에 부착된 2개의 압축 스프링은 이때의 힘을 스프링의 탄성 에너지를 사용하여 운동볼을 연속적으로 왕복운동을 시키게 되며, 운동볼의 상하 말단에는 상하 이동에 대한 한계와 이 때의 충격를 흡수할 수 있는 장치가 장착된다.

도 1)에서 도시하는 바와 같이 각각 1개의 상하 압축 스프링 사이에 운동볼을 장착시켜 손으로 봉을 흔들면 운동볼의 힘은 뉴튼의 운동
제 2법칙, F=ma에 해당하는 질량에 가속도의 곱의 힘이 스프링에 작용하게 되는데, 이 때 발생하는 운동볼에 의한 운동에너지는 그대로 스프링의 탄성변형에너지로 전환이 되어 운동볼의 힘과 스프링의 힘이 동일하게 성립된다. 즉, Kx+mx=0 가 되며,스프링의 진동 방정식이 성립된다. 물론 운동볼을 그대로 두면 이 기계는 운동하지 않지만 운동볼에 힘을 가하면 운동볼의 에너지는 그대로 스프링의 탄성에너지로 변환되고 만일, 마찰과 중력에 의한 손실이 없다면 운동볼의 상하부에 장착된 스프링은 지속적인 운동을 하게 될 것이다. 운동볼의 상하 압축 스프링은 자유진동 형태로서 정현파 성분을 갖게 되는데 스프링의 변위는 가속도를 두 번 미분한 변위가 되며 방향이 다른 질량, 스프링, 공진주파수의 3개의 변수의 합력은 향상 “0”이 되어 자유진동을 하게 된다. 따라서, 운동볼에 지속적인 외부의 힘이 작용하지 않아도 스프링의 고유 진동수와 관성력(스프링탄성운동에너지)은 진동을 일으키게 되는데 이 때의 진동수, f=1/2π(kg/w)^0.5 (여기서, k : 스프링탄성계수, w : 하중, g : 중력가속도)가 되며, 만일 마찰 손실이 없다면 스프링은 지속적인 운동을 하게 될 것이다.

3. 해결하고자 하는 과제
휴대폰 전원은 야외에서는 장시간 사용이 어렵고, 비록 예비 밧데리를 준비하더라도 등산, 낚시 등의 야외에서는 휴대폰의 사용 시간은 제한을 받게 된다. 이러한 불편함과 비상용 전원을 현지에서 직접 만들어서 휴대폰 충전을 할 수 있는 휴대용 전원 공급 장치 및 비상 전원 공급 장치로서 고안한 발명품이다.


4. 과제의 해결 수단
일식으로 구성되는 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래에 사용되는 손으로 발전기 동력 전달 장치를 구동시켜서 전력을 생산하는 제품과는 달리 소형 경량으로써 쉽게 휴대가 가능한 제품으로서 언제 어디에서나 간편하게 손으로 흔들어서 휴대폰 충전용 전원을 생산하여 휴대폰을 충전할 수 있도록 고안하였다.

5. 발명의 효과
1) 휴대폰 비상 전원을 휴대가 간편하고 저비용으로 비상 전원을 생산하여 휴대폰 충전이 가능하다.
2) 손으로 가볍게 운동볼에 에너지를 줄 수 있으며, 이 때의 운동 에너지는 스프링에 일부 저장되고, 이 에너지는 손으로 흔들 때 지속적으로 상하로 이동하는 운동볼에 에너지를 가할 수가 있다.

6. 도면의 간단한 설명
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 제품은 크게 발전부, 운동부, 축전부로 나눌 수가 있으며, 직관으로 구성되는 (600-1)상부카버에 (200-1) 직류발전기를 내장하며, (600-2)중간카바내부에 (500-1)압축스프링과 그 사이에 (500-2)운동볼을 연결하여 (600-2)중간카바를 손으로 잡고 흔들면 (500-1)압축스프링과 (500-2)운동볼은 상하 왕복운동을 하게 되고, 이때 (100-7) 상사점정지와 (100-8) 하사점정지 간의 수직 왕복 운동에 의한 기계적 에너지는 (100-4)크랑크베어링을 통하여 (100-5)연결봉과 (100-1)크랑크암을 회전운동으로 전환시키게 되고, 전동벨트로써 (200-3) 발전기풀리에 동력을 전달하고, (200-1) 직류발전기를 구동시켜 전력을 생산하고, 전기는 (200-2)USB 출력단자로 통하여 휴대폰에 전원을 충전할 수 있다.

7. 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1에서 도시한 바와 같이, 직관으로 구성되는 (600-1)상부카버에 (200-1) 직류발전기를 내장하며, (600-2)중간카바내부에 (500-1)압축스프링과 그 사이에 (500-2)운동볼을 연결하여 (600-2)중간카바를 손으로 잡고 흔들면 (500-1)압축스프링과 (500-2)운동볼은 상하 왕복운동을 하게 되고, (100-7) 상사점정지와 (100-8) 하시점정지 간의 수직 왕복 운동에 의한 기계적 에너지는 (100-4)크랑크베어링을 통하여 (100-5)연결봉과 (100-1)크랑크암을 회전운동으로 전환시키게 되고, 전동벨트로써 (200-3) 발전기풀리에 동력을 전달하고, (200-1) 직류발전기를 구동시켜 전력을 생산하고, 전기는 (200-2)USB 출력단자로 통하여 휴대폰에 전원을 충전할 수 있다.

8. 특허청구범위
【청구항 1】
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 제품은 크게 발전부, 구동부로 나눌 수가 있으며, 각각의 직관은 (300-1)상부카바연결부, (300-2)하부카바연결부로 연결이 된다. (600-1)상부카버에 (200-1) 직류발전기를 내장하며, (600-2)중간카바내부에 (500-1)압축스프링과 그 사이에 (500-2)운동볼을 연결하여 (600-2)중간카바를 손으로 잡고 흔들면, 이 때 발생하는 운동에너지는 (500-1)압축스프링에 저장됨과 동시에 (500-2)운동볼은 상하 왕복운동을 하게 되고, (100-7) 상사점정지와 (100-8) 하시점정지 간의 수직 왕복 운동에 의한 기계적 에너지는 (100-4)크랑크베어링을 통하여 (100-5)연결봉과 (100-1)크랑크암을 회전운동으로 전환시키게 되고, 전동벨트로써 (200-3) 발전기풀리에 동력을 전달하고, (200-1) 직류발전기를 구동시켜 전력을 생산하고, 전기는 (200-2)USB 출력단자로 통하여 휴대폰에 전원을 충전할 수 있다. (500-2)운동볼은 발전기의 출력에 따라 요구되는 운동에너지량에 따라 소재를 선정할 수 있으며 가능한 외부 충격에 강하고, 중량이 가벼운 것으로 채용한다. 따라서, 외부에는 (500-3)테프론코팅과 같은 고분자수지로 코팅을 할 수도 있으며, (500-2)운동볼 소재가 비금속일 경우에는 (500-3)테프론코팅이 불필요 할 수도 있다. (500-2)운동볼의 크기는 직경5mm~50mm 이내이며, 전체 길이는 50mm~200mm이다. 또한, (500-2)운동볼의 형태는 원형, 직사각, 정사각형을 채용 할 수도 있으며, (500-2)운동볼의 상하 왕복 운동에 의한 기계적 에너지는 크랭크암을 사용하여 회전 운동으로 전환 할 수 있을 뿐만 아니라 전동로프와 전동풀리를 사용하여 직접 회전 운동으로 전환시켜 발전기를 구동 할 수도 있다.

9. 요약서
【요약】
도 1)에서 도시하는 바와 같이 소 구경 관에 상하 2 개의 압축 스프링 사이에 운동볼을 소 구경 관에 내장하여 상하로 손으로 흔들어서 운동볼의 상하 왕복 운동에 의한 운동에너지를 중간 연결봉으로 동력을 직선으로 전달하고, 크랭크암으로 회전 운동으로 전환시켜, 소형 직류 발전기를 구동시켜 축전지에 전력을 충전하여, 언제 어디에서든 휴대폰을
충전시킬 수가 있다.

10. 시제품 사진

 

 

홈으로