KR101142527B1

KR101142527B1 - 자가발전 신발

Info

Publication number: KR101142527B1
Application number: KR1020090106246A
Authority: KR
Inventors: 송재성; 김인성; 정순종; 김민수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2012-05-07
Also published as: KR20110049293A

Abstract

본 발명은 신발에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행을 통하여 발생되는 운동 에너지를 이용하는 자가발전 신발에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자가발전 신발은, 신발 본체; 신발 본체의 하부에 형성되며, 보행 중 가해지는 외력에 의해 수축과 팽창을 반복하는 탄성 유체백; 탄성 유체백과 연결관으로 연결되며, 탄성 유체백의 수축과 팽창에 따라 내재된 유체의 압력을 변화시키는 유체 실린더; 유체의 압력 변화에 따른 왕복 운동으로 판상의 복수 압전소자를 변형시켜 전기 에너지를 발생시키는 압전 피스톤; 및 압전 피스톤과 연결되며, 전기 에너지를 신발 본체의 외부로 출력하는 출력 단자를 포함한다.

본 발명은 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 보행 중 반복되는 외력으로부터 자가발전 신발의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 자가발전 신발의 생산 공정을 간단히 할 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

자가발전 신발, 탄성 유체백, 압전 피스톤, 이차 전지

Description

자가발전 신발{self-generating shoes}

최근, 생활수준의 향상과 수요자의 다양한 욕구에 의해 다양한 디자인을 가진 수많은 종류의 신발이 제조되고 있으며, 또한 각 기능에 따른 특수신발 역시 다양하게 출시되고 있다. 따라서 신발은 단순히 발을 보호하기 위한 하나의 수단에서 점차 벗어나 여러 가지 기능을 구비한 하나의 장치로 발전하고 있다. 예를 들어, 특수 작업자들을 위한 안전화, 뒷굽이 없는 다이어트 슈즈 및 당뇨환자용 신발 등은 각 용도에 맞게 그 기능성을 부각시킨 신발로써, 점차 이러한 자가발전 신발들의 생산량이 증대되는 추세에 있다.

한편, 전 세계적으로 화석 연료 사용에 따른 환경오염 문제, 에너지 고갈 문제 등이 심각하게 대두되면서, 현재 대체 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대체 에너지로는 풍력 에너지, 수력 에너지, 태양 에너지, 바이오 에너지 등이 각광받고 있다. 대체 에너지들은 깨끗하고 고갈될 염려가 없을 뿐 아니라 무공해 재생이 가능하다는 장점이 있다. 반면 에너지 밀도가 너무 낮아 많은 양의 에너 지를 필요로 하는 곳에서는 실용성이 적고, 태양열이나 풍력은 기후에 영향을 받기 때문에 보조 발전 시설이 필요하며, 다른 대체 에너지들도 효율성이나 경제성이 적다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 세계 각국에서는 화석 연료와 원자력을 대체할 수 있고, 환경과 인체에 해를 입히지 않으면서도 장기간에 걸쳐 대량으로 사용할 수 있는 대체 에너지 개발에 노력하고 있다.

상술한 최근 기술 동향들을 근간으로 하여 보행자의 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지 등으로 변환하는 자가발전 신발의 개발이 급속도로 증가하고 있는 추세이다.

하지만, 자가발전 신발들은, 보행자의 운동 에너지를 다른 에너지로 변환시킬 때, 변환되는 에너지를 일상에 충분히 사용할 수 있을 만큼 에너지 변환 효율이 효과적이어야 하며, 별도의 자가발전 장치가 추가적으로 구비되기 때문에 이 자가발전 장치가 보행 중 반복되는 외력을 충분히 견딜 수 있을 만큼 견고해야 하며, 실제로 생산하는데 문제가 없도록 생산 비용이 적절하고, 생산 공정이 간단해야 하는 주요한 과제를 안고 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명은 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 자가발전 신발을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보행 중 반복되는 외력을 충분히 견딜 수 있는 자가발전 신발을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 생산 공정을 간단히 할 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있는 자가발전 신발을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 탄성 유체백은 신발 본체의 뒤꿈치에 형성되는 것을 특징으로 한 다.

본 발명의 압전 피스톤은, 유체 실린더에 간격을 두고 고정되며, 중심 부분이 천공된 상기 판상의 복수 압전소자와, 외주면에 간격을 두고 형성되는 복수의 돌출판이, 압전소자의 중심 부분을 왕복하며 접촉하여 압전소자를 변형시키는 왕복 로드와, 압전소자 각각에 연결되며, 전기에너지를 정류하는 정류 회로칩을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 압전소자는 PZT와 PVDF를 혼합한 단층의 압전체를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압전 피스톤과 출력 단자 사이에 형성되며, 전기 에너지를 저장하는 이차 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이차 전지는 신발 본체로부터 탈착되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제 해결 수단에 의해, 본 발명은 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 보행 중 반복되는 외력으로부터 자가발전 신발의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자가발전 신발의 생산 공정을 간단히 할 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

<제1 실시예>

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발은 신발 본체(110), 탄성 유체백(120), 유체 실린더(130), 압전 피스톤(140) 및 출력 단자(150)를 포함한다.

신발 본체(110)는 신발의 외형을 형성한다. 즉, 신발 본체(110)는 일반적인 신발로서의 기능을 수행한다.

탄성 유체백(120)은 탄성을 갖는 재질로 이루어지는 주머니로서, 유체를 출입시키는 출입구(121)가 형성되어 있다. 탄성 유체백(120)은 평상시에 도 1과 같은 형상을 유지하며, 유체를 내포한다. 여기서, 유체는 공기, 물, 오일 등 필요에 따라 어느 것을 사용하여도 무방하다. 외력이 가해지는 경우, 탄성 유체백(120)은 수축하여 형상이 변형되고, 내부의 유체를 출입구(121)로 배출시킨다. 가해지는 외력이 차단되는 경우, 탄성 유체백(120)은 탄성에 의해 팽창하여 평상시 형상으로 복원되고, 출입구(121)로 유체가 흡입된다.

탄성 유체백(120)은 신발 본체(110)의 하부에 형성되며, 출입구(121)는 연결관(132)을 통해 유체 실린더(130)에 연결된다. 이에 따라, 보행 중 가해지는 외력에 의해 수축과 팽창을 반복하며, 탄성 유체백(120)의 내부 유체를 출입시킨다. 구체적으로, 수축시 출입구(121)로 유체를 배출하고, 팽창시 출입구(121)로 유체를 흡입한다. 이로써, 탄성 유체백(120)은 수축과 팽창 동작을 통하여 보행자의 운동 에너지를 유체 흐르게 하는 에너지, 즉 유체압 에너지로 변환한다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 탄성 유체백(120)을, 보행자의 발바닥과 접촉하는 접촉면 중에서 가장 큰 외력을 받는 신발 본체(110)의 뒤꿈치에 형성함으로써, 전기 에너지의 발생 효율을 향상시킬 수 있다.

유체 실린더(130)는 유체의 이동에 따라 형상이 변하지 않는 경화성 재질로 이루어지는 실린더로서, 유체를 출입시키는 출입구(131)가 형성되어 있다. 유체 실린더(130)는 유체와 압전 피스톤(140)을 내포한다.

유체 실린더(130)는 신발 본체(110)의 하부에서 탄성 유체백(120)의 전방에 형성되며, 출입구(131)는 연결관(132)을 통해 탄성 유체백(120)에 연결된다. 이로써, 탄성 유체백(120)의 수축과 팽창에 따라 내재된 유체의 압력을 변화시킨다. 구체적으로, 탄성 유체백(120) 수축시 출입구(131)로 유체가 흡입되어 유체 실린더(130)의 전방에 대한 유체압이 상대적으로 증가하고, 탄성 유체백(120) 팽창시 출입구(131)로 유체가 배출되어 유체 실린더(130)의 후방에 대한 유체압이 상대적으로 증가한다.

압전 피스톤(140)은 운동 에너지로부터 전기 에너지를 생성하기 위해 판상의 복수 압전소자(141)를 포함한다. 압전 피스톤(140)은 유체 실린더(130)에 내재되어 유체의 압력 변화에 따라 왕복 운동을 한다. 구체적으로, 유체 실린더(130)의 전방에 대한 유체압이 상대적으로 증가할 때, 압전 피스톤(140)은 전방으로 이동하고, 유체 실린더(130)의 후방에 대한 유체압이 상대적으로 증가할 때, 압전 피스톤(140)은 후방으로 이동한다. 이에 따라, 압전소자(141)가 변형하고, 압전소 자(141)의 변형에 의해 전기 에너지가 발생한다. 본 발명의 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 더욱더 향상시키기 위한 압전 피스톤(140)의 구성, 특징, 동작 특성 등에 관한 보다 상세한 설명은, 다음의 도 2 및 도 3을 참조하여, 후술하기로 한다.

출력 단자(150)는 전기 회로에서 전기 에너지를 출력하는 단자으로서, 압전 피스톤(140)과 연결되며, 압전 피스톤(140)에서 발생되는 전기 에너지를 신발 본체(110)의 외부로 출력한다. 출력 단자(150)에는 MP3, 핸드폰 등 휴대용 전자기기를 연결하여 사용하거나 충전하는 것이 가능하다. 휴대용 전자기기는 3V 내외의 전압을 요구하므로, 출력 단자(150)에 전압값을 조절하는 어댑터(adapter) 회로를 구비한다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발은 압전 피스톤(140)을 통해 보행자의 운동 에너지를 변환하여 생성된 전기 에너지를 외부로 출력하여 사용함으로써, 별도의 연료와 환경오염 없이, 생성된 전기 에너지를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는, 순간적인 외력으로 유체압을 급격히 상승시켜 압전 피스톤(140)을 왕복 운동시킨 점, 왕복 운동으로 복수의 압전소자(141)를 계속적으로 전후 방향으로 변형시킨 점, 보행 중 외력의 대부분을 탄성 유체백(120)을 수축시키는 데에만 사용한 점, 유체를 외력의 전달 수단으로 사용하여 마찰력 등의 손실을 줄인 점 등에서 손실을 최소화하고, 유체압을 이용하여 대부분의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 사용함으로써, 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 탄성 유체백(120)을 순간적 외력이 가장 강한 신발 본체(110)의 뒤꿈치 부분 최상부에 형성함으로써, 보행 중 반복되는 외력에 의한 충격을 탄성 유체백(120)의 수축 동작으로 흡수할 수 있다. 또한, 압전 피스톤(140)은 유체 실린더(130)에 내재함과 아울러, 외력이 비교적 약한 신발 본체(110)의 전방에 형성함으로써, 보행 중 외력으로부터 보호할 수 있다. 이에 따라, 보행 중 외력에 의해 자가발전 신발이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 탄성 유체백(120)은 수축 동작으로 신발 쿠션으로서의 기능도 제공한다.

또한, 상기의 기능부들이 신발 본체(110) 하부에만 형성되며, 비교적 그 구성이 간단함으로써, 자가발전 신발의 생산 공정을 간단히 할 수 있으며, 생산 비용을 절감할 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤을 나타낸 도면으로, 도 2의 (a)는 압전 피스톤을 자가발전 신발의 전방에서 본 도면이고, 도 2의 (b)는 압전 피스톤의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤을 포함하는 자가발전 신발의 전체 회로 구성을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤(140)은 압전소자(141), 왕복 로드(142) 및 정류 회로칩(143)을 포함한다.

압전소자(141)는 중심 부분이 천공된 판상을 이루며, 복수개가 유체 실린 더(130)에 전후 방향으로 간격을 두고 고정된다. 압전소자(141)에 사용되는 압전체는 형상의 변화에 의해 전기 에너지를 발생시키는 가요성 재질의 압전체로서, 바람직하게는 PZT(Lead zirconate titanate; ‘압전 세라믹’이라고도 함)와 PVDF(Polyvinylidene fluoride; ‘폴리비닐덴 플로라이드’라고도 함)를 혼합한 단층의 압전체를 사용한다.

PZT와 PVDF는 모두 압전 효과를 일으키는 물질로서, PZT는 경화성을 가지는 압전 세라믹이고, PVDF는 가요성을 가지는 압전성 고분자 물질이다. PZT는 경화성이기 때문에 압력이 가해지는 방향의 힘의 크기에 대해서만 전기 에너지의 기전력 크기가 좌우되어 일정 압력 이상에서만 기전력을 발생시키는 단점을 가지지만, 동일 압력에 대해 PVDF와 비교하여 상대적으로 큰 기전력의 전기 에너지를 발생시키는 장점을 가진다. PVDF는 동일 압력에 대해 PZT와 비교하여 상대적으로 작은 기전력의 전기 에너지를 발생시키는 단점을 가지지만, 가요성이기 때문에 미세한 압력에서도 전방향으로 변형하여 전기 에너지를 발생시키는 장점을 가진다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 압전체는 상기 두 물질을 혼합함으로써, 경화성을 배제하여 미세한 압력에도 기전력을 발생시킬 수 있고, 혼합되는 PZT를 통하여 PVDF만의 전기 에너지 발생 효율을 충분히 극복할 수 있다. 이로써, 본 발명의 제1 실시예에서는 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 더욱더 향상시킬 수 있다. 압전체는, PZT 분말과 PVDF 분말을 혼합하여 용융한 후 이를 분극 처리한 단층의 혼합 압전체를 형상, 두께 등의 필요에 따라 소성 가공하여 제조한다.

한편, 압전소자(141)는 상기의 압전체를 사용함과 아울러, 은(Ag)과 같은 전 도성 재질의 전극이 판상 압전체의 상면과 하면 각각에 후막 형상으로 코팅되어 있다. 전극은 외력에 의해 압전체가 변형될 때 발생되는 전기 에너지를 압전소자(141)의 외부로 출력한다. 또한, 압전소자(141)는 압전체와 전극을 외부로부터 절연하고, 보호하기 위해 고분자 보호막이 코팅되어 있다. 바람직하게는, 고분자 보호막의 재료로서 PVDF를 사용함으로써, 압전체와의 결합도를 높일 수 있다.

왕복 로드(rod)(142)는 그 외주면에 복수의 돌출판(144)이 전후 방향으로 간격을 두고 형성되어 있으며, 왕복 로드(142)의 후단에는 유체압을 받아 왕복 로드(142)를 이동시키는 유체압판(145)이 형성되어 있다. 왕복 로드(142)는 압전소자(141)의 천공된 중심 부분을 왕복하며, 이때 왕복 로드(142)의 돌출판(144)이 압전소자(141)와 접촉하여 압전소자(141)를 변형시킨다.

구체적으로, 왕복 로드(142)가 유체 실린더(130)의 전방으로 이동할 때, 하나의 돌출판(144)은 하나의 압전소자(141)의 중심 부분에 부딪치고, 돌출판(144)이 전방으로 이동함에 따라, 가요성을 가지는 압전소자(141)는 전방으로 휘어지게 된다. 압전소자(141)가 충분히 휘어진 후 서로 이탈하여, 압전소자(141)는 탄성에 의해 전후 방향으로 진동하고, 돌출판(144)는 계속 전방으로 진행하여 다음의 압전소자(141)와 부딪친다. 결국, 왕복 로드(142)가 유체 실린더(130)의 전방으로 이동함에 따라, 돌출판(144) 각각은 복수의 압전소자(141) 모두와 접촉하게 되며, 복수의 압전소자(141) 각각은 계속해서 휘어지고, 진동함에 따라 그 형상이 지속적으로 변형된다.

또한, 왕복 로드(142)가 유체 실린더(130)의 후방으로 이동할 때, 하나의 돌 출판(144)은 하나의 압전소자(141)의 중심 부분에 부딪치고, 돌출판(144)이 후방으로 이동함에 따라, 가요성을 가지는 압전소자(141)는 후방으로 휘어지게 된다. 압전소자(141)가 충분히 휘어진 후 서로 이탈하여, 압전소자(141)는 탄성에 의해 전후 방향으로 진동하고, 돌출판(144)는 계속 후방으로 진행하여 다음의 압전소자(141)와 부딪친다. 결국, 왕복 로드(142)가 유체 실린더(130)의 후방으로 이동함에 따라, 돌출판(144) 각각은 복수의 압전소자(141) 모두와 접촉하게 되며, 복수의 압전소자(141) 각각은 계속해서 휘어지고, 진동함에 따라 그 형상이 지속적으로 변형된다. 따라서, 압전 피스톤(140)은 왕복 운동으로, 압전소자(141)를 지속적으로 변형시킴으로써, 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 돌출판(144)의 중심에서부터 끝부분까지의 길이는 압전 피스톤(140)이 전후 방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 하는 값을 상한치로 하고, 압전소자(141)와 접촉하여 휘게 할 수 있도록 하는 값을 하한치로 하여 설계하는 것이 바람직하다.

정류 회로칩(143)은 교류를 직류로 정류하는 브릿지 정류 회로로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 판상의 압전소자(141)의 외주연(外周緣)에 칩으로 형성되며, 판상의 압전소자(141) 각각에 연결된다.

압전소자(141)는 전후 방향으로 휘어짐에 따라 서로 다른 극성의 전기 에너지를 발생시키므로, 압전소자(141)로부터 출력되는 전기에너지의 기전력은 양과 음을 교번하는 교류 전압 파형을 가지게 된다. 복수의 압전소자(141) 각각에서 출력되는 교류 전압 파형의 전기 에너지를 그대로 합성할 경우, 양의 극성을 갖는 전기 에너지와 음의 극성을 갖는 전기 에너지가 서로 상쇄되어, 출력 단자(150)로 전달되는 전기 에너지의 기전력이 충분하지 못할 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 복수의 정류 회로칩(143) 각각을 압전소자(141) 각각에 연결하여 압전소자(141)의 외부로 출력되는 전기 에너지를 하나의 극성, 바람직하게는 양의 극성만을 갖는 직류 전압 파형으로 정류한다. 이후, 각각의 정류 회로칩(143)으로부터 출력되는 전기 에너지를 합성하여, 출력 단자(150)를 통해 신발 본체(110)의 외부로 출력한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발의 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 탄성 유체백(120)이 수축되는 상태를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 탄성 유체백(120)이 팽창되는 상태를 나타낸 것이다. 도 4에 도시되지 않은 자가발전 신발의 주요 구성 요소에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하기로 한다.

도 4에서는, 외력이 가해져 탄성 유체백(120)이 수축하기 시작하는 시점을 사이클의 시작 시점으로 하고, 외력이 차단되어 탄성 유체백(120)이 최대한 팽창되는 시점을 사이클의 완료 시점으로 하여, 하나의 사이클에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 탄성 유체백(120)이 수축하기 시작하면, 유체는 탄성 유체백(120)의 출입구(121)를 통해 탄성 유체백(120)으로부터 배출되고, 연결관(132)을 통과하여 유체 실린더(130)의 출입구(131)를 통해 유체 실린더(130)로 흡입된다. 유체 실린더(130)에 유체가 계속적으로 흡입됨에 따라, 유 체 실린더(130) 내에서는 전방을 향한 유체압이 상대적으로 증가하고, 압전 피스톤(140)은 전방으로 이동하게 되어 전기 에너지를 발생시킨다.

다음으로, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 외력이 차단되어 탄성 유체백(120)의 탄성에 의해 팽창하기 시작하면, 유체는 유체 실린더(130)의 출입구(131)를 통해 유체 실린더(130)로부터 배출되고, 연결관(132)을 통과하여 탄성 유체백(120)의 출입구(121)를 통해 탄성 유체백(120)으로 흡입된다. 탄성 유체백(120)에 유체가 계속적으로 흡입됨에 따라, 유체 실린더(130) 내에서는 후방을 향한 유체압이 상대적으로 증가하고, 압전 피스톤(140)은 후방으로 이동하게 되어 전기 에너지를 발생시킨다.

이로써, 보행자의 운동 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 하나의 싸이클이 완료된다.

<제2 실시예>

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전 신발을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전 신발은 신발 본체(510), 탄성 유체백(520), 유체 실린더(530), 압전 피스톤(540), 출력 단자(550) 및 이차 전지(560)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전 신발의 신발 본체(510), 탄성 유체백(520), 유체 실린더(530), 압전 피스톤(540) 및 출력 단자(550)는, 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발의 신발 본체(110), 탄성 유체백(120), 유체 실린 더(130), 압전 피스톤(140) 및 출력 단자(150)와 동일 또는 유사한 구성, 기능 및 동작 특성을 가지므로, 이에 관한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예를 참고하기로 하고, 이하에서는 생략하기로 한다.

이차 전지(560)는 전기 에너지를 화학 에너지로 바꾸어 저장해 두었다가 필요한 때에 전기로 재생하는 일종의 축전지이다. 이차 전지(560)는 압전 피스톤(540)과 출력 단자(550) 사이에 형성되며, 압전 피스톤(540)에서 발생되는 전기 에너지를 저장한다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에서는 전기 에너지를 저장해 두었다가 필요한 때에 사용하는 것이 가능하다. 예컨대, 보행을 통해 이차 전지(560)에 전기 에너지가 충분히 저장되어 있다면, 보행을 하지 않는 경우라도 전기 에너지를 사용할 수 있다. 또한, 보행 중 외력에 의해 생성되는 전기 에너지량이 사용하기에 충분하지 않는 경우라도 이차 전지(560)를 통하여 미리 충전된 전기 에너지를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 변형예로서 이차 전지(560)를 신발 본체(510)에서 탈착 가능하게끔 형성한다. 이에 따라, 이차 전지(560)를 필요에 따라 언제든지 신발 본체(510)에서 분리하고, 신발 본체(510)에 결합할 수 있다. 예컨대, 이차 전지(560)를 복수개 구비하여 보행을 통해 이차 전지(560)가 완충되면, 다른 이차 전지(560)로 교체하여 충전할 수 있다. 또한, 신발 본체(510)의 전기 에너지를 사용하고자 하는 전기기기가 출력 단자(550)에 직접 연결하기 곤란한 경우, 이차 전지(560)를 신발 본체(510)로부터 분리하여 상기의 전기기기에 직접 연결하여 사용할 수 있다. 또한, 이차 전지(560)는 형상, 전압 레벨, 전류 레벨 등에 호환성을 가짐으로써, 전기기기들의 충전지 자체로 사용하는 것도 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자가발전 신발은 압전 피스톤(540)을 통해 보행자의 운동 에너지를 변환하여 생성된 전기 에너지를 외부로 출력하여 사용함으로써, 별도의 연료와 환경오염 없이, 생성된 전기 에너지를 사용할 수 있다. 또한, 자가발전 신발의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 보행 중 외력에 의해 자가발전 신발이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 자가발전 신발의 생산 공정을 간단히 할 수 있으며, 생산 비용을 절감할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 피스톤을 포함하는 자가발전 신발의 전체 회로 구성을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자가발전 신발의 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

110, 510 : 신발 본체

120. 520 : 탄성 유체백

121, 131 : 출입구

130, 530 : 유체 실린더

132 : 연결관

140, 540 : 압전 피스톤

141 : 압전소자

142 : 왕복 로드

143 : 정류 회로칩

144 : 돌출판

145 : 유체압판

150, 550 : 출력 단자

560 : 이차 전지

Claims

신발 본체;

상기 신발 본체의 하부에 형성되며, 보행 중 가해지는 외력에 의해 수축과 팽창을 반복하는 탄성 유체백;

상기 탄성 유체백과 연결관으로 연결되며, 상기 탄성 유체백의 수축과 팽창에 따라 내재된 유체의 압력을 변화시키는 유체 실린더;

상기 유체의 압력 변화에 따른 왕복 운동으로 판상의 복수 압전소자를 변형시켜 전기 에너지를 발생시키는 압전 피스톤; 및

상기 압전 피스톤과 연결되며, 상기 전기 에너지를 상기 신발 본체의 외부로 출력하는 출력 단자;

를 포함하는 자가발전 신발.
제1항에 있어서,

상기 탄성 유체백은 상기 신발 본체의 뒤꿈치에 형성되는 것을 특징으로 하는 자가발전 신발.
제1항에 있어서,

상기 압전 피스톤은,

상기 유체 실린더에 간격을 두고 고정되며, 중심 부분이 천공된 상기 판상의 복수 압전소자와,

외주면에 간격을 두고 형성되는 복수의 돌출판이, 상기 압전소자의 중심 부분을 왕복하며 접촉하여 상기 압전소자를 변형시키는 왕복 로드와,

상기 압전소자 각각에 연결되며, 상기 전기에너지를 정류하는 정류 회로칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 신발.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 압전소자는 PZT(Lead zirconate titanate)와 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 혼합한 단층의 압전체를 사용하는 것을 특징으로 하는 자가발전 신발.
제1항에 있어서,

상기 압전 피스톤과 상기 출력 단자 사이에 형성되며, 상기 전기 에너지를 저장하는 이차 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 신발.
제5항에 있어서,

상기 이차 전지는 상기 신발 본체로부터 탈착되는 것을 특징으로 하는 자가발전 신발.