초록
인체 구동 방식의 자가 발전기는 외부 환경에 덜 의존한다는 장점 덕분에 비상용 혹은 야외 활동 중의 소규모 전력 공급원으로 주목 받고 있다. 하지만 대부분의 자가 발전기는 전자기 유도 결합의 효율이 높지 않아 출력이 미미하며, 특정 부위의 근육만을 지속적으로 사용하는 단조로운 구동 방식을 택하고 있어, 사용 중에 쉽게 지루해질 뿐만 아니라 근피로가 쉽게 누적되어 실제 원하는 출력을 얻을 만큼 충분한 시간 동안 구동하는 것이 거의 불가능하다. 이러한 낮은 효율과 사용성의 문제로 인해 인체 구동 방식의 자가발전기가 실생활에서 사용되는 빈도는 높지 않다. 본 연구에서는 전자기 유도 효율이 높은 종축 결합 방식의 발전 장치를 간단한 구조로 구현하여 출력을 높이는 동시에, 자성체의 운동 관성에 의한 가속이 가능한 인체 구동 방식의 발전기를 설계 제작하였다. 개발된 발전기와 기존 상용 자가 발전기와의 비교 실험을 통해 높은 출력 뿐 아니라 장시간 구동이 가능함을 검증하였다. 아울러 인체 구동 발전기에서 실질적으로 중요한 요소임에도 불구하고 기존 연구에서 제시된 바 없는 인체의 투입 에너지를 실증적으로 파악하기 위해 호흡 가스 기반의 실제 운동 대사량 측정법에 근거한 실험을 시행하여 자가 발전기의 운동 부하를 추정하였다. 향후 성능 개선과 휴대성 증진을 통해 모바일 기기의 전력 지속 문제를 해결하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
Human-powered self-generating devices have been attractive with its operation characteristic independent from outer environment such as weather condition and wind speed. However, conventional self-generators have low electric power output due to their weakly-coupled electromagnetic structure. More importantly, rotary crank motion which is usually adopted by conventional self-generator to generate electricity requires specific skeletal muscles to maintain large torque circular motion and consequently, causes fatigue on those muscles before it can generate enough amount of electricity for any practical application. Without improvement in electric power output and usability, the human-powered self-generator could not be used in everyday life. This study aims to develop a human-powered self-generator which realized a strong electromagnetic coupling in a closed-loop tubular structure (hula-hoop shape) for easy and steady long-term driving as well as larger electric output. The performance and usability of the developed human-powered generator is verified through experimental comparison with a commercial one. Additionally, human workload which is a key element of a human-powered generator but not often considered elsewhere, is estimated based on metabolic energy expenditure measured respiratory gas analyzer. Further study will focus on output and portability enhancement, which can contribute to the continuous power supply of mobile equipments.
