KR100367174B1 - 발전기 겸용 휠모터 - Google Patents

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신현준
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Abstract

본 발명은 발전기 겸용 휠모터에 관한 것으로, 중앙의 중공을 통하여 전선의 삽입이 가능한 고정축을 중심으로 회전체가 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석을 부착한 회전체가 외부의 동력에 의해 회전하도록 하고,
상기 회전체의 공간부에는 상기 n쌍의 자석과 접하는 위치에 n개의 코일을 고정시키면서 상기의 전선과 연결하여 상기 회전체의 회전에 따라 자석과 코일에 의한 발전이 행하여져 전선을 통하여 접속되는 충전기에 전류를 충전하도록 하고 상기 충전기에 충전된 전류를 n개의 코일로 공급하면 n쌍의 자석을 통하여 회전체를 회전시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

발전기 겸용 휠모터{A wheel motor with dynamo}
본 발명은 발전기 겸용 휠모터에 관한 것으로, 특히 고정축을 중심으로 회전체가 회전하도록 하여 외주면에 부착한 n쌍의 자석도 회전하도록 하고, 상기 회전체의 공간부에는 상기의 n쌍의 자석과 접하는 위치에 n개의 코일을 고정설치하여 회전체의 회전에 따라 발전이 행하여지며 n개의 코일로 전원을 공급하면 회전체를 회전시킬 수 있도록 한 발전기 겸용 휠모터에 관한 것이다.
일반적으로 차량이나 자전거와 같이 회전력을 발생하는 장치에는 회전력을 이용하여 전기를 발생하여 충전기에 충전하는 중에 램프를 점등시키거나 필요한 전원으로 사용할 수 있도록 하고 있음은 이미 잘 알려진 사실이다.
그리고 상기의 충전기에 충전된 전원을 이용하여 내부의 램프 등에 전원으로 사용하는 동시에 필요한 경우에는 보조전원으로 하여 회전력을 증진시키도록 사용하려는 시도가 있다.
종래의 보조 전력장치는 내연기관인 엔진,
상기의 엔진에 기계적으로 연결되어 엔진의 기계적인 동력에너지를 전기적인 에너지로 변환시키기 위한 발전기,
상기 발전기의 출력을 제어하기 위한 발전기 콘트롤러,
상기의 발전기 콘트롤러로부터 제어된 전원을 공급받아 자동차의 구동계에 동력을 발생시키기 위한 전동기,
상기의 발전기에서 발생된 전기에너지 중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 필요한 전기에너지를 공급하기 위한 축전지들로 구성하였다.
그리고 상기의 엔진은 일반적인 가솔린 자동차의 내연기관과 동일하며 하이브리드 방식의 전기자동차에 탑재하도록 소형으로 제작하였다.
상기의 발전기는 영구자석형 발전기로서 그 대략적인 구조는 발전기 고정자의 소정위치에 고정되어 설치된 전기자코일, 상기 전기자 코일과 소정간격 이격되어 회전이 가능하도록 설치된 영구자석을 취부한 회전자로 구성함으로써 영구자석 회전자가 회전하게 되면 상기 전기자 코일과 상기 영구자석 회전자 사이에 플레밍의 오른손 법칙에 의한 기전력이 유기되도록 하였다.
상기의 발전기 콘트롤러는 축전지의 잔존용량부족으로 내연기관인 엔진이 구동되면 발전기로부터 전력이 출력될 때 3상 교류상태로 출력되는 전원의 정류는 물론 전압 및 전류의 크기를 제어하도록 하였다.
상기의 전동기는 크게 나누어 직류모터와 교류모터로 구별되고, 직류모터는 고정자부에서 발생하는 자장을 제어하는 데에 있어서 정류자에 의한 기계적 스위칭을 사용하며 회전수의 상한이 내연기관의 상용회전수상한에 가깝기 때문에 시판차량의 개조에 적합하며, 교류모터는 브러시가 없고 구조가 간단하며 가격이 싸고 내구성이 좋은 특징이 있으며 이는 전동기에 보자력이 높은 히토류 자석을 사용하여 인버터에 의해 회전자장을 만들어 회전시키는 영구자석식 브러쉬리스모터의 전동기를 이용할 수 있으며, 이는 브러시가 없기 때문에 회전수의 상한이 높고, 보자력이 높기 때문에 전기, 힘 변환효율도 높다.
상기의 구동계는 전동기의 출력이 작기 때문에 가솔린차와 마찬가지로 변속기에 의해 필요한 동력을 확보하고 있으며, 대출력의 전동기를 채용하여 변속기 없이 전체 속도영역을 커버하여 경량화, 저손실화를 꾀하려는 방법도 정착되고 있으며, 각 차륜의 휠 내에 전동기를 장착하여 고효율화를 꾀하도록 하였다.
상기의 축전지는 발전기에서 발생된 여분의 전류를 충전하고 필요시 방전하게되는데, 이는 저전압 용량의 다수개의 배터리를 직렬로 연결시켜 사용하도록 하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 보조 전력장치에 의하여서는 회전력을 이용하여 전류를 발생하기 위한 발전기와 축전지에 충전된 전류를 회전력으로 변환시키는 전동기가 각각 별도로 구성되어 있으므로 구조가 복잡하며 부피가 커져 자동차나 자전거 등의 기기에 설치할 때 설치면적이 커지게 되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 종래와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 고정축을 중심으로 회전체가 회전하도록 하여 외주면에 부착한 n쌍의 자석도 회전하도록 하고, 상기 회전체의 공간부에는 상기의 n쌍의 자석과 접하는 위치에 n개의 코일을 고정설치하여 회전체의 회전에 따라 발전이 행하여지며 n개의 코일로 전원을 공급하면 회전체를 회전시킬 수 있도록 한 발전기 겸용 휠모터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전기 겸용 휠모터는 중앙의 중공을통하여 전선의 삽입이 가능한 고정축을 중심으로 회전체가 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석을 부착한 회전체가 외부의 회전력에 의해 회전하도록 하고,
상기 회전체의 공간부에는 상기 n쌍의 자석과 접하는 위치에 n개의 코일을 고정시키면서 상기의 전선과 연결하여 상기 회전체의 회전에 따라 자석과 코일에 의한 발전이 행하여져 전선을 통하여 접속되는 충전기에 전류를 충전하도록 하고 상기 충전기에 충전된 전류를 n개의 코일로 공급하면 n쌍의 자석을 통하여 회전체를 회전시킬 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 외관 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 내부 구성을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 따른 전류를 충,방전시키기 위한 구성을 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명에 따라 n개의 코일을 배열한 상태의 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 24개의 코일을 배열한 상태의 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 회전축에 고정체를 형성한 상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 고정축에 다수의 회전체를 형성한 상태를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명 도 7의 회전체를 물레방아에 적용하는 상태를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명 도 7의 회전체를 풍차에 적용하는 상태를 도시한 개략도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1 : 고정축 2 : 종공
4 : 회전체 5, 6 : 자석
7 : 공간부 8 : 코일
9 : 홀센서 10 : 콘트롤러
11, 12 : 모터 드라이버 13, 14 : 발전 드라이버
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 발전기 겸용 휠모터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 발전기 겸용 휠모터의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 전류를 충전시키거나 방전시키기 위한 구성을 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따라 n개의 코일을 배열한 상태의 개략도이다.
도 1 및 도 2는 전체적인 구성을 도시한 것으로서,
중앙의 중공(2)을 통하여 전선(3)의 삽입이 가능한 고정축(1)을 중심으로 회전체(4)가 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석(5)(6)을 부착한 회전체(4)가 도면에 도시하지 않은 바퀴와 같은 외부의 회전력에 의해 회전하도록 하고,
상기 회전체(4)의 공간부(7)에는 상기 n쌍의 자석(5)(6)과 접하는 위치에 n개의 코일(8)을 고정시키면서 상기의 전선(3)과 연결하여 구성한 것이다.
여기서 미설명 부호 4a는 회전체(4)가 고정축(1)에서 원활히 회전하도록 하기 위한 베어링이다.
도 3은 본 발명의 동작을 위한 구성을 도시한 것으로서,
n쌍의 자석(5)(6)이 외주면에 부착된 상기 회전체(4)의 일측에 설치한 홀센서(9)를 통하여 위치와 속도를 검출하는 콘트롤러(10)는 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)의 "S"극이 정방향으로 권선된 코일(8a)의 반발력을 받도록 하거나, 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)의 "N"극이 역방향으로 권선된 코일(8b)의 반발력을 받아 회전하도록 하고,
상기 n개의 코일(8)은 각각 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)을 각각 직렬로 결합하여 트랜지스터(TR1)가 온되면 이를 통하여 정방향으로 인가되는 전류에 의하여 정,역방향으로 권선된 코일(8a)(8b)에 의해 자석(5)(6)의 "N"극과 "S"극이 모두 밀리는 반발력으로 회전력을 일으키도록 하며 트랜지스터(TR2)가 온되면 이를 통하여 역방향으로 인가되는 전류에 의하여 정,역방향으로 권선된 코일(8a)(8b)에 의해 자석(5)(6)의 "S"극과 "N"극이 밀리는 반발력으로 회전력을 일으키도록 하고,
상기의 콘트롤러(10)는 제 1 발전 드라이버(13)의 트랜지스터(TR3)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)의 "S"극에 의한 충전전류가 정방향으로 권선된 코일(8a)을 경유하여 브리지 다이오드(BD)의 정류기(15)를 거쳐 충전기(16)에 의해 배터리(17)에 충전되도록 하거나, 제 2 발전 드라이버(14)의 트랜지스터(TR4)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)의 "N"극에 의한 충전전류가 역방향으로 권선된 코일(8b)을 경유하여 브리지 다이오드(BD)의 정류기(15)를 거쳐 충전기(16)에 의해 배터리(17)에 충전되도록 하고,
상기 콘트롤러(10)는 사용자가 변환스위치(18)를 온시키거나 오프시키는 상태에 의하여 상기의 제 1 및 제 2 모터 드라이버(11)(12)에 의해 회전체(4)를 회전시키는 모드를 인식하거나, 제 1 및 제 2 발전 드라이버(13)(14)를 통하여 상기의 회전체(4)에서 발생되는 전류를 충전기(16)의 배터리(17)에 충전하도록 한다.
상기의 콘트롤러(10)는 배터리(17)에 충전된 전류가 정전압 IC(19)를 통하여 정격으로 공급되는 전원에 의해 정상적으로 내부의 동작을 제어하도록 한다.
도 4는 상기의 회전체(4)에 설치되는 n개의 코일(8)을 도시한 것으로서,
상기의 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)을 각각 n개씩 직렬로 배열하여 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1), 첫 번째 역방향으로 권선된 코일(8b1), 두 번째 정방향으로 권선된 코일(8a2), 두 번째 역방향으로 권선된 코일(8b2), 세 번째 정방향으로 권선된 코일(8a3)... n 번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)의 배열상태가 되도록 하고,
속도와 위치를 검출하기 위한 홀센서(9)는 상기 n 번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)과 첫번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)의 사이인 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)에 근접된 위치에 설치하는 것이 바람직하고,
n쌍의 자석(5)(6)은 상기 n개의 코일(8)의 양측에 극성이 대칭을 이루도록 견고하게 부착하여 그 힘이 코일(8)에 가장 많이 미치도록 한다.
이와 같이 구성한 본 발명의 자동상태를 상세히 기술하면 다음과 같다,
중앙의 중공(2)을 통하여 전선(3)의 삽입이 가능한 고정축(1)을 중심으로 회전체(4)가 회전하는 중에 자석과 코일에 의해 발전을 일으키거나 회전력을 발생시키도록 한 것으로서,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석(5)(6)을 부착한 회전체(4)는 자전거나 기타 동력장치의 바퀴와 같이 회전하도록 하거나, 중력 또는 인력에 의해 회전하도록 한다.
상기 회전체(4)의 공간부(7)에는 상기 n쌍의 자석(5)(6)과 접하는 위치에 n개의 코일(8)을 고정시키면서 전선(3)을 통하여 콘트롤러(10)의 제어를 받는 모터 드라이버(11)(12)나 발전 드라이버(13)(14)에 접속되도록 하여 전류를 충전하거나 방전전류에 의한 회전력을 얻을 수 있도록 한다.
사용자가 회전체(4)를 포함하는 회전수단을 정방향이나 역방향으로 회전시킴에 따라 콘트롤러(10)에서 홀센서(9)를 통하여 회전의 위치와 속도를 검출하도록 한다.
사용자가 회전체(4)를 포함하는 회전수단이 정상적으로 회전하는 상태에서는 회전력으로 발전을 하여 전류를 충전기(16)의 배터리(17)에 충전시킬 수 있다.
즉, n쌍의 자석(5)(6)이 외주면에 부착된 상기 회전체(4)의 상기 n 번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)과 첫번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)의 사이에 설치한 홀센서(9)를 통하여 위치와 회전속도를 검출하는 콘트롤러(10)는 회전체(4)의 자석(5)(6)의 "S"극이나 "N"극이 코일(8)의 정방향으로 권선된 코일(8a) 또는 역방향으로 권선된 코일(8b)과 작용하도록 한다.
회전체(4)가 회전하는 상태에서 홀센서(9)를 통해 자석(5)(6)의 "S"극을 인식한 경우에는 상기의 콘트롤러(10)에서 제 1 발전 드라이버(13)의 트랜지스터(TR3)로 "L"의 제어신호를 출력하여 오프되도록 하면서 제 2 발전 드라이버(14)의 트랜지스터(TR4)로 "H"의 제어신호를 출력하여 온되도록 한다.
그 상태에는 상기의 코일(8)과 극성이 대칭을 이루도록 견고하게 부착하여 그 힘이 코일(8)에 가장 많이 미치는 n쌍의 자석(5)(6)이 회전체(4)와 함께 회전하는 중에 자석(5)(6)의 "S"극에서 정방향으로 권선된 코일(8a1),(8a2),(8a3) 및 n번째 정방향으로 권선된 코일(8an)에 전기가 유기되어 전류가 브리지 다이오드(BD)의 정류기(15)를 거쳐 충전기(16)에 의해 배터리(17)에 충전되도록 한다.
회전체(4)가 계속 회전하는 상태에서 홀센서(9)를 통해 자석(5)(6)의 "N"극을 인식한 경우에는 상기의 콘트롤러(10)에서 제 2 발전 드라이버(14)의 트랜지스터(TR4)로 "L"의 제어신호를 출력하여 오프되도록 하면서 제 1 발전 드라이버(13)의 트랜지스터(TR3)로 "H"의 제어신호를 출력하여 온되도록 한다.
그 상태에는 상기의 코일(8)과 극성이 대칭을 이루도록 견고하게 부착된 n쌍의 자석(5)(6)의 "N"극에서 역방향으로 권선된 코일(8b1),(8b2),(8b3) 및 n번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)에 전기가 유기되도록 하여 전류가 브리지 다이오드(BD)의 정류기(15)를 거쳐 충전기(16)에 의해 배터리(17)에 충전되도록 한다.
한편, 회전체(4)가 회전하는 중에 오르막에 이르거나 회전력이 떨어진 경우에는 충전기(16)의 배터리(17)에 충전된 전류로 회전력을 향상시키도록 한다.
상기의 콘트롤러(10)에서 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)나 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)로 제어신호를 출력하면서 회전체(4)의 회전력이 양호해지도록 한다.
즉, 콘트롤러(10)에서 회전체(4)가 회전하는 상태에서 홀센서(9)를 통해 자석(5)(6)의 "S"극을 인식한 경우에는 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)로 "L"의 제어신호를 출력하여 온되도록 하면서 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)로 "H"의 제어신호를 출력하여 오프되도록 한다.
그러므로 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)를 통한 전류에 의해 정방향으로 권선된 코일(8a1),(8a2),(8a3)...(8an)들이 유기되면서 극성이 대칭을 이루는 자석(5)(6)의 "N"극을 밀어주는 반발력이 작용하도록 하여 회전하는 방향으로 계속 회전하도록 한다.
이때에는 역방향으로 권선된 코일(8b1),(8b2),(8b3)...(8bn)들에 의해 자석(5)(6)의 "S"극을 밀어주는 반발력이 작용하여 회전하는 방향으로 계속 회전하도록 한다.
그리고 회전체(4)가 회전하는 상태에서 콘트롤러(10)가 홀센서(9)를 통해 자석(5)(6)의 "N"극을 인식한 경우에는 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)로 "L"의 제어신호를 출력하여 온되도록 하면서 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)로 "H"의 제어신호를 출력하여 오프되도록 하여 전류의 흐르는 방향이 달라지도록 한다.
그러므로 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)를 통해 역방향으로 흐르는 전류에 의해 정방향으로 권선된 코일(8a1),(8a2),(8a3) 및 n번째 정방향으로 권선된 코일(8an)들이 유기되면서 극성이 대칭을 이루는 자석(5)(6)의 "S"극을 밀어주는 반발력이 작용하도록 하여 회전하는 방향으로 계속 회전하도록 한다.
또한, 역방향으로 권선된 코일(8b1),(8b2),(8b3) 및 n번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)들이 유기되면서 극성이 대칭을 이루는 자석(5)(6)의 "S"극을 밀어주는 반발력이 작용하도록 하여 회전하는 방향으로 계속 회전하도록 한다.
또한 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 24개의 코일을 배열하여 직렬과 병렬의 결선을 임의로 선택할 수 있도록 한 구성을 도시한 것으로서,
상기의 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)을 각각 12개씩 원주상에 배열하되,
제 1 로터리 스위치(SW1)의 고정접점(S1)과 제 2 로터리 스위치(SW2)의 고정접점(S2)의 사이에 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)과 첫 번째 역방향으로 권선된 코일(8b1)과 두 번째 정방향으로 권선된 코일(8a2) 및 두 번째 역방향으로 권선된 코일(8b2)을 직렬로 접속하고,
제 3 로터리 스위치(SW3)의 고정접점(S3)과 제 4 로터리 스위치(SW4)의 고정접점(S4)의 사이에 세 번째 정방향으로 권선된 코일(8a3)과 세 번째 역방향으로 권선된 코일(8b3)과 네 번째 정방향으로 권선된 코일(8a4) 및 네 번째 역방향으로 권선된 코일(8b4)을 직렬로 접속하고,
제 5 로터리 스위치(SW5)의 고정접점(S5)과 제 6 로터리 스위치(SW6)의 고정접점(S6)의 사이에 다섯 번째 정방향으로 권선된 코일(8a5)과 다섯 번째 역방향으로 권선된 코일(8b5)과 여섯 번째 정방향으로 권선된 코일(8a6) 및 여섯 번째 역방향으로 권선된 코일(8b6)을 직렬로 접속하고,
제 7 로터리 스위치(SW7)의 고정접점(S7)과 제 8 로터리 스위치(SW8)의 고정접점(S8)의 사이에 일곱 번째 정방향으로 권선된 코일(8a7)과 일곱 번째 역방향으로 권선된 코일(8b7)과 여덟 번째 정방향으로 권선된 코일(8a8) 및 여덟 번째 역방향으로 권선된 코일(8b8)을 직렬로 접속하고,
제 9 로터리 스위치(SW9)의 고정접점(S9)과 제 10 로터리 스위치(SW10)의 고정접점(S10)의 사이에 아홉 번째 정방향으로 권선된 코일(8a9)과 아홉 번째 역방향으로 권선된 코일(8b9)과 열 번째 정방향으로 권선된 코일(8a10) 및 열 번째 역방향으로 권선된 코일(8b10)을 직렬로 접속하고,
제 11 로터리 스위치(SW11)의 고정접점(S11)과 제 12 로터리 스위치(SW12)의 고정접점(S12)의 사이에 열한 번째 정방향으로 권선된 코일(8a11)과 열한 번째 역방향으로 권선된 코일(8b11)과 열두 번째 정방향으로 권선된 코일(8a12) 및 열두 번째 역방향으로 권선된 코일(8b12)을 직렬로 접속하고,
제 1 로터리 스위치(SW1) 내지 제 12 로터리 스위치(SW12)는 모두 연동하면서 각각의 고정접점(S1∼S12)이 접지된 제 1 접점(a1∼a12)이나 제 2 접점(b1∼b12), 제 3 접점(c1∼c12), 제 4 접점(d1∼d12) 또는 제 5 접점(e1∼e12)과 선택적으로 접속되도록 하고,
제 1 로터리 스위치(SW1)의 제 2 접점 내지 제 5 접점(b1),(c1),(d1),(e1)과, 제 3 로터리 스위치(SW3)의 제 2 접점(b2)과, 제 5 로터리 스위치(SW5)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b5),(c5)과, 제 7 로터리 스위치(SW7)의 제 2 접점 및 제 4 접점(b7),(d7)과, 제 9 로터리 스위치(SW9)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b7),(c7) 및 제 11 로터리 스위치(SW11)의 제 2 접점(b11)은 입력측에 공통으로 접속하고,
제 2 로터리 스위치(SW2)의 제 2 접점(b2)과, 제 4 로터리 스위치(SW4)의 제 2 접점(b4) 및 제 3 접점(c4)과, 제 6 로터리 스위치(SW6)의 제 2 접점 및 제 4 접점(b6),(d6)과, 제 8 로터리 스위치(SW8)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b8),(c8)과, 제 10 로터리 스위치(SW10)의 제 2 접점(b10) 및 제 12 로터리 스위치(SW12)의 제 2 접점 내지 제 5 접점(b12)(c12)(d12)(e12)은 출력측에 공통으로 접속하고,
상기 제 2 로터리 스위치(SW2)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c2)(d2)(e2)에서 제 3 로터리 스위치(SW3)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c3)(d3)(e3)이 각각 접속되도록 하고,
상기 제 4 로터리 스위치(SW4)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d4)(e4)에서 제 5 로터리 스위치(SW5)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d5)(e5)이 각각 접속되도록 하고,
상기 제 6 로터리 스위치(SW6)의 제 3 접점 및 제 5 접점(c6)(e6)에서 제 7 로터리 스위치(SW7)의 제 3 접점 및 제 5 접점(c7)(e7)이 각각 접속되도록 하고,
상기 제 8 로터리 스위치(SW8)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d8)(e8)에서 제 9 로터리 스위치(SW9)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d9)(e9)이 각각 접속되도록 하고,
상기 제 10 로터리 스위치(SW10)의 제 3 접점 내지 제 5접점(c10)(d10)(e10)에서 제 11 로터리 스위치(SW11)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c11)(d11)(e11)이 각각 접속되도록 함으로써 연동하는 로터리 스위치(SW1)∼(SW12)를 회전시키면서 각각의 고정접점(S1∼S12)이 접지된 제 1 접점(a1∼a12)에 접속하게 되면 오프된 상태가 되고, 제 2 접점(b1∼b12)에 접속하게 되면 4개의 코일씩 병렬로 접속된 상태가 되어 가장 적은 회전력을 발생하도록 하며, 제 3 접점(c1∼c12)에 접속하게 되면 8개의 코일씩 병렬로 접속된 상태가 되어 약간 적은 회전력을 발생하도록 하고, 제 4 접점(d1∼d12)에 접속하게 되면 12개의 코일씩 병렬로 접속된 상태가 되어 약간 큰 회전력을 발생하도록 하며, 또한 제 5 접점(e1∼e12)에 접속하게 되면 12개의 코일씩 모두 직렬로 접속된 상태가 되어 가장 큰 회전력을 발생하도록 할 수 있게 된다.
그리고 상기의 로터리 스위치(SW1)∼(SW12)는 도면에 도시하지 않은 제어수단에 의해 회전체가 언덕을 올라가거나 내려가는 것과 같이 회전력의 변화가 있는 가의 여부를 인식하는 상태에 따라 자동으로 모드의 전환이 이루어지도록 하면 그 효과가 커지게 된다.
도 6은 본 발명의 발전기 겸용 휠모터에서 중앙의 회전축을 회전자로 형성하면서 상기의 회전축을 고정자의 축공에 결합한 상태의 구성을 도시한 것으로서,
중앙 돌출부(22)에 일정한 간격을 두고 n개의 자석(23)을 삽입한 상기 회전축(21)은 도면에 도시하지 않은 외부의 회전력에 의해 회전하도록 하고,
상기 회전축(21)의 n개의 자석(23)과 접하는 부위에 n쌍의 코일(25)(26)을 고정시키면서 외부로부터의 전선(27)과 연결되도록 한 고정체(24)의 축공(28)에 베어링(29)을 개재하면서 상기의 회전축(21)을 회전 가능하게 삽입하도록 구성함으로써 도면에 도시하지 않은 바퀴에 회전력을 전달하는 자석(23)을 구비한 회전축(21)이 코일(25)(26)을 구비한 고정체(24)의 축공(28)에서 원활하게 회전하는 중에 회전에 의한 발전을 수행하여 도면에 도시하지 않은 전술한 것과 같은 전기장치를 경유하여 배터리에 충전하였다가 방전할 때에는 회전력을 얻을 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 발전기 겸용 휠모터를 다수 적층하여 설치하는 상태의 구성을 도시한 것으로서,
중앙의 중공(32)을 통하여 전선(33)이 삽입되는 고정축(31)을 중심으로 다수의 회전체(34)(34a)(34b)...(34n)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석(35)(36)들을 각각 대향하는 위치에 부착한 상기 다수의 회전체(34)(34a)(34b)...(34n)가 도면에 도시하지 않은 바퀴와 같이 회전하도록 하고,
상기 회전체(34)(34a)(34b)...(34n)의 공간부(37)에는 상기 n쌍의 자석(35)(36)과 접하는 위치에 n개의 코일(38)을 각각 고정시키면서 상기의 전선(33)과 연결하여 구성함으로써 다수의 회전체(34)...(34n)들에 의해 큰 발전량에 의한 전류를 얻을 수 있음은 물론, 충전된 전류를 방전시킬 때에도 큰 회전력을 보조 동력으로 얻을 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 발전기 겸용 휠모터를 수차에 적용하여 설치하는 상태의 구성을 도시한 것으로서,
상기의 도 7에 도시한 것과 같은 중앙의 중공(42)을 통하여 전선(43)이 삽입되는 고정축(41)을 중심으로 다수의 회전체(44)(44a)(44b)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격으로 n쌍의 자석들 부착한 상기 회전체(44)(44a)(44b)를 방수가 유지되도록 형성하면서 그 외부에는 물레방아용 수차(45)를 형성하여 물의 낙차를 이용한 회전력에 의해 회전체(44)(44a)(44b)가 회전하도록 하고,
상기 회전체(44)(44a)(44b)의 회전에 따라 코일에서 유기되는 전류가 전선(43)을 통하여 도면에 도시하지 않는 제어부로 전달되도록 함으로써 다수의 회전체(44)(44a)(44b)들에 의한 발전이 가능하도록 한다.
도 9는 본 발명의 발전기 겸용 휠모터를 풍차에 적용하여 설치하는 상태의 구성을 도시한 것으로서,
상기의 도 7에 도시한 것과 같은 중앙의 중공(42)을 통하여 전선(43)이 삽입되는 고정축(41)을 중심으로 다수의 회전체(44)(44a)(44b)...(44n)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격으로 n쌍의 자석들 부착한 상기 회전체(44)...(44n)들의 외부에는 바람개비의 날개(46)를 형성하여 풍력을 이용한 회전력에 의해 회전체(44)...(44n)가 회전하도록 하고,
상기 회전체(44)...(44n)의 회전에 따라 코일에서 유기되는 전류가 전선(43)을 통하여 도면에 도시하지 않는 제어부로 전달되도록 함으로써 다수의 회전체(44)... (44n)들에 의한 발전이 가능하도록 한다.
한편, 상기 본 발명의 발전기 겸용 휠모터를 자동차에 적용할 경우에는 플라이 휘일의 회전축에 자석을 부착하면서 고정체의 코일에서 발전을 발생하도록 하거나, 바퀴의 브레이크용 디스크에 인접되게 설치하여 차량이 주행하는 중에는 회전체가 같이 회전하면서 발전이 이루어지고 정지시나 감속을 위해 브레이크를 밟아도 계속 발전이 이루어지므로 그 토크(torque)로 인해 제동력이 향상되도록 한다.
그리고 상기의 발전기 겸용 휠모터를 기차 또는 지하철과 같은 전동차에 적용할 경우에는 회전력이 거의 일정하므로 발전과 방전을 계속 반복하도록 하면서 그 효과를 배가시키는 것도 가능하다.
또한 본 발명의 발전기 겸용 휠모터를 자전거에 장착하면 평지나 내리막을 주행할 때에는 충전이 이루어지고 다시 오르막을 오를 때에는 방전의 모드로 전환하여 보조 회전력을 이용할 수 있으며, 휠체어에 적용할 경우에도 보다 적은 힘으로 이동이 가능하며 언덕과 같이 경사진 곳에서 힘들게 올라가야 하는 경우에도 안정되게 올라갈 수 있는 이점이 있게 된다.
본 발명은 고정축과 회전체, 회전축과 고정부위를 이용하여 설치하면서 회전시에는 발전이 행하여지고, 방전시에는 보조 회전력을 얻을 수 있도록 하는 기술에 그 특징이 있는 것으로서 다양한 장착방법을 일일이 기술하지 않았다고 하여 그 범위가 한정되는 것은 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 발전기 겸용 휠모터는 중앙의 중공을 통하여 전선의 삽입이 가능한 고정축을 중심으로 회전체가 회전하도록 하고,
외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석을 부착한 회전체가 바퀴와 같이 회전하도록 하고,
상기 회전체의 공간부에는 상기 n쌍의 자석과 접하는 위치에 n개의 코일을 고정시키면서 상기의 전선과 연결하여 상기 회전체의 회전에 따라 자석과 코일에 의한 발전이 행하여져 전선을 통하여 접속되는 충전기에 전류를 충전하도록 하고 상기 충전기에 충전된 전류를 n개의 코일로 공급하면 n쌍의 자석을 통하여 회전체를 회전시킬 수 있도록 한다.
그리고 회전체의 중심축에 철심이 없으므로 무부하 회전구동시 저항이 적어지고, 중심축에 에폭시 몰딩을 채울 경우에는 외부로부터의 습기가 스며들 수 없게 되는 등의 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 중앙의 중공(2)을 통하여 전선(3)의 삽입이 가능한 고정축(1)을 중심으로 회전체(4)가 회전하도록 하고,
    외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석(5)(6)을 부착한 회전체(4)가 외부의 회전력에 의해 회전하도록 하고,
    상기 회전체(4)의 공간부(7)에는 상기 n쌍의 자석(5)(6)과 접하는 위치에 n개의 코일(8)을 고정시키면서 상기의 전선(3)과 연결하고,
    상기의 전선에 연결된 콘트롤러(10)에서 모터 드라이버(11)(12)와 발전 드라이버(13)(14)를 제어하면서 회전력이 발생되도록 하거나 발전을 일으키도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 발전기 겸용 휠모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기의 회전체(4)는 상기의 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)을 각각 n개씩 직렬로 배열하여 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1), 첫 번째 역방향으로 권선된 코일(8b1), 두 번째 정방향으로 권선된 코일(8a2), 두 번째 역방향으로 권선된 코일(8b2), 세 번째 정방향으로 권선된 코일(8a3)... n 번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)의 배열상태가 되도록 하고,
    상기의 n 번째 역방향으로 권선된 코일(8bn)과 첫번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)의 사이에서 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)에 근접된 위치에 홀센서(9)를 설치하고,
    n쌍의 자석(5)(6)은 상기 n개의 코일(8)의 양측에 극성이 대칭을 이루도록 견고하게 부착한 발전기 겸용 휠모터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기의 콘트롤러(10)는 상기 회전체(4)의 일측에 설치한 홀센서(9)를 통하여 위치와 속도를 검출하면서 제 1 모터 드라이버(11)의 트랜지스터(TR1)와 제 2 모터 드라이버(12)의 트랜지스터(TR2)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)이 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)의 반발력을 계속 받아 회전하도록 하고,
    제 1 발전 드라이버(13)의 트랜지스터(TR3)와 제 2 발전 드라이버(14)의 트랜지스터(TR4)로 제어신호를 출력하여 회전체(4)의 자석(5)(6)에 의한 충전전류가 정방향으로 권선된 코일(8a)과 역방향으로 권선된 코일(8b)을 경유하여 브리지 다이오드(BD)의 정류기(15)를 거쳐 충전기(16)에 의해 배터리(17)에 계속 충전되도록 하고,
    사용자가 변환스위치(18)를 온시키거나 오프시키는 상태에 의해 회전체(4)를 회전시키는 모드나 발전모드를 선택하도록 한 발전기 겸용 휠모터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기의 회전체는 제 1 로터리 스위치(SW1)의 고정접점(S1)과 제 2 로터리 스위치(SW2)의 고정접점(S2)의 사이에 첫 번째 정방향으로 권선된 코일(8a1)과 첫 번째 역방향으로 권선된 코일(8b1)과 두 번째 정방향으로 권선된 코일(8a2) 및 두 번째 역방향으로 권선된 코일(8b2)을 직렬로 접속하고,
    제 3 로터리 스위치(SW3)의 고정접점(S3)과 제 4 로터리 스위치(SW4)의 고정접점(S4)의 사이에 세 번째 정방향으로 권선된 코일 내지 네 번째 역방향으로 권선된 코일(8a3)(8b3)(8a4)(8b4)을 직렬로 접속하고,
    제 5 로터리 스위치(SW5)의 고정접점(S5)과 제 6 로터리 스위치(SW6)의 고정접점(S6)의 사이에 다섯 번째 정방향으로 권선된 코일 내지 여섯 번째 역방향으로 권선된 코일(8a5)(8b5)(8a6)(8b6)을 직렬로 접속하고,
    제 7 로터리 스위치(SW7)의 고정접점(S7)과 제 8 로터리 스위치(SW8)의 고정접점(S8)의 사이에 일곱 번째 정방향으로 권선된 코일 내지 여덟 번째 역방향으로 권선된 코일(8a7)(8b7)(8a8)(8b8)을 직렬로 접속하고,
    제 9 로터리 스위치(SW9)의 고정접점(S9)과 제 10 로터리 스위치(SW10)의 고정접점(S10)의 사이에 아홉 번째 정방향으로 권선된 코일 내지 열 번째 역방향으로 권선된 코일(8a9)(8b9)(8a10)(8b10)을 직렬로 접속하고,
    제 11 로터리 스위치(SW11)의 고정접점(S11)과 제 12 로터리 스위치(SW12)의 고정접점(S12)의 사이에 열한 번째 정방향으로 권선된 코일 내지 열두 번째 역방향으로 권선된 코일(8a11)(8b11)(8a12)(8b12)을 직렬로 접속하고,
    연동하는 제 1 로터리 스위치(SW1) 내지 제 12 로터리 스위치(SW12)는 고정접점(S1∼S12)들이 제 1 접점(a1∼a12), 제 2 접점(b1∼b12), 제 3 접점(c1∼c12), 제 4 접점(d1∼d12) 또는 제 5 접점(e1∼e12)과 선택적으로 접속되도록 하고,
    제 1 로터리 스위치(SW1)의 제 2 접점 내지 제 5 접점(b1),(c1),(d1),(e1),제 3 로터리 스위치(SW3)의 제 2 접점(b2), 제 5 로터리 스위치(SW5)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b5,c5), 제 7 로터리 스위치(SW7)의 제 2 접점 및 제 4 접점(b7),(d7), 제 9 로터리 스위치(SW9)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b7),(c7) 및 제 11 로터리 스위치(SW11)의 제 2 접점(b11)은 입력측에 공통으로 접속하고,
    제 2 로터리 스위치(SW2)의 제 2 접점(b2), 제 4 로터리 스위치(SW4)의 제 2 접점(b4) 및 제 3 접점(c4), 제 6 로터리 스위치(SW6)의 제 2 접점 및 제 4 접점(b6),(d6), 제 8 로터리 스위치(SW8)의 제 2 접점 및 제 3 접점(b8),(c8), 제 10 로터리 스위치(SW10)의 제 2 접점(b10) 및 제 12 로터리 스위치(SW12)의 제 2 접점 내지 제 5 접점(b12)(c12)(d12)(e12)은 출력측에 공통으로 접속하고,
    상기 제 2 로터리 스위치(SW2)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c2)(d2)(e2)에서 제 3 로터리 스위치(SW3)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c3)(d3)(e3)이 각각 접속되도록 하고,
    상기 제 4 로터리 스위치(SW4)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d4)(e4)에서 제 5 로터리 스위치(SW5)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d5)(e5)이 각각 접속되도록 하고,
    상기 제 6 로터리 스위치(SW6)의 제 3 접점 및 제 5 접점(c6)(e6)에서 제 7 로터리 스위치(SW7)의 제 3 접점 및 제 5 접점(c7)(e7)이 각각 접속되도록 하고,
    상기 제 8 로터리 스위치(SW8)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d8)(e8)에서 제 9 로터리 스위치(SW9)의 제 4 접점 및 제 5 접점(d9)(e9)이 각각 접속되도록 하고,
    상기 제 10 로터리 스위치(SW10)의 제 3 접점 내지 제 5 접점(c10)(d10)(e10)에서 제 11 로터리 스위치(SW11)의 제 3 접점 내지 제 5접점(c11)(d11)(e11)이 각각 접속되도록 구성한 발전기 겸용 휠모터.
  5. 제 1 항에 있어서, 중앙 돌출부(22)에 일정한 간격을 두고 자석(23)을 삽입한 상기의 회전축(21)은 외부의 동력을 전달받는 바퀴에 의해 회전하도록 하고,
    상기 회전축(21)의 n개의 자석(23)과 접하는 부위에 n쌍의 코일(25)(26)을 고정시키면서 외부의 전선(27)과 연결되도록 한 고정체(24)의 축공(28)에 상기의 회전축(21)을 회전 가능하게 삽입하도록 한 발전기 겸용 휠모터.
  6. 제 1 항에 있어서, 중앙의 중공(32)을 통하여 전선(33)이 삽입되는 고정축(31)을 중심으로 다수의 회전체(34)(34a)(34b)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
    외주면에 일정한 간격을 두고 n쌍의 자석(35)(36)들을 각각 대향하는 위치에 부착한 상기 다수의 회전체(34)(34a)(34b)가 회전하도록 하고,
    상기 회전체(34)(34a)(34b)의 공간부(37)에는 상기의 자석(35)(36)과 접하는 위치에 n개의 코일(38)을 각각 고정시키면서 상기의 전선(33)과 연결하도록 한 발전기 겸용 휠모터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기의 중앙의 중공(42)을 통하여 전선(43)이 삽입되는 고정축(41)을 중심으로 다수의 회전체(44)(44a)(44b)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
    외주면에 일정한 간격으로 n쌍의 자석들 부착한 상기 회전체(44)(44a)(44b)를 방수가 유지되도록 형성하면서 그 외부에는 물레방아용 수차(45)를 형성하여 물의 낙차에 의해 회전체(44)(44a)(44b)가 회전하도록 한 발전기 겸용 휠모터.
  8. 제 1 항에 있어서, 중앙의 중공(42)을 통하여 전선(43)이 삽입되는 고정축(41)을 중심으로 다수의 회전체(44)(44a)(44b)를 일체형으로 적층하여 같이 회전하도록 하고,
    외주면에 일정한 간격으로 n쌍의 자석들 부착한 상기 회전체(44)(44a)(44b)들의 외부에는 바람개비의 날개(46)를 형성하여 풍력에 의해 회전체(44)(44a)(44b)가 회전하도록 한 발전기 겸용 휠모터.
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