KR101100730B1 - 전원발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일이 감겨진 코어와 자성체와의 상대 회전운동에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전원발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 전원발생장치에 의하면, 차륜의 회전에 따라 유도전류를 발생시켜 타이어 압력 모니터링 시스템을 구성하는 센서나 송신기 등에 공급함으로써, 타이어 압력 모니터링 시스템은 배터리의 교체가 필요없이 장기적인 사용이 가능하게 되는 장점이 있다.

타이어 압력 모니터링 시스템, 전원 발생, TPMS, 차륜

Description

전원발생장치{POWER GENERATING APPARATUS}

본 발명은 전원발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일이 감겨진 코어와 자성체와의 상대 회전운동에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전원발생장치에 관한 것이다.

타이어 압력 모니터링 시스템은 차량의 안정성에 밀접하게 연관이 있는 타이어의 압력, 상태 등을 체크하여 차량에 발생할 수 있는 심각한 상황을 미리 대비할 수 있도록 하는 역할을 한다.

이를 위하여, 종래의 타이어 압력 모니터링 시스템은 다수의 센서와 정류기 등을 구비하고 있고, 각각의 구동을 위해 적어도 하나 이상의 배터리와 같은 전원장치를 내장하고 있다. 이때, 전원장치는 공지된 배터리의 종류(이를테면, 리튬이온 배터리, 니켈수소 배터리 등) 중 하나가 사용되며 주로 타이어 내부에 설치되었다.

이러한 전원장치는 그 특성상 수명이 한정되어 있기 때문에 정기적인 교체가 필요한 번거로움이 있었다.

또한, 사용자나 기술자는 타이어 내부에 장착된 전원장치를 교체하기 위해 차륜에 필요한 시스템(타이어, 림, 니플 등)을 분리해야 하는 단점이 있었다.

아울러, 종래의 타이어 압력 모니터링 시스템의 전원장치는 타이어 내부에 설치된 상태이기 때문에 차륜의 회전 및 차륜 장치에 간섭 등을 줄 수 있어, 휠의 얼라이먼트 등의 성능에 있어 나쁜 영향을 끼칠 수 있는 가능성도 있었다.

이에 따라, 타이어 압력 모니터링 시스템의 전원 장치를 교체가 용이하거나 반영구적으로 사용할 수 있도록 하는 기술에 대한 필요성이 제기되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 타이어 압력 모니터링 시스템의 전원장치를 영구적으로 사용할 수 있도록 차륜의 회전에 따라 전기 에너지를 발생시키는 차륜의 전원 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전원발생장치의 장착 변경이 필요하거나 잔고장이 발생하는 경우 차륜에 필요한 시스템을 모두 분리하지 않더라도 간편하게 교체할 수 있는 전원발생장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하우징; 상기 하우징 내벽의 일정 부분에 부착된 하중수단; 상기 하우징 내부에 구비되고, 차륜의 림에 구비된 니플에 연결되어 있으며, 코일로 감싸진 코어; 및 상기 코어와 일정 간격 유지되도록 상기 코어 양측의 상기 하우징 내벽에 각각 부착되며, 서로 반대 극성을 갖는 자성체; 상기 하우징과 상기 코어 사이에 개재되는 복수 개의 베어링;을 포함하며, 상기 차륜의 회전시, 상기 하우징에 부착된 자성체와 상기 코어와의 상대 회전운동을 통해 유도 전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 전원발생장치를 제공한다.

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상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 타이어의 압력을 측정하는 센서; 차륜의 림의 일정부분에 고정되며, 차륜의 회전시 전원을 발생시키는 전원발생장치; 상기 전원발생장치에서 발생된 전원을 정류하는 정류기; 및 상기 정류기에서 정류된 직류전류를 충전하며, 상기 센서에 직류전류를 공급하는 배터리;를 포함하며, 상기 전원발생장치는 하우징; 상기 하우징 내벽의 일정 부분에 부착된 하중수단; 상기 하우징 내부에 구비되고, 차륜의 림의 일정부분에 연결되어 있으며, 코일로 감싸진 코어; 및 상기 코어와 일정 간격 유지되도록 상기 코어 양측의 상기 하우징 내벽에 각각 부착되며, 서로 반대 극성을 갖는 자성체; 상기 하우징과 상기 코어 사이에 개재되는 복수 개의 베어링;을 포함하며, 상기 차륜의 회전시, 상기 하우징에 부착된 자성체와 상기 코어와의 상대 회전운동을 통해 유도 전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 모니터링 시스템을 제공한다.

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본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 전원발생장치에 의하면, 차륜의 회전에 따라 유도전류를 발생시켜 타이어 압력 모니터링 시스템을 구성하는 센서나 송신기 등에 공급함으로써, 타이어 압력 모니터링 시스템은 배터리의 교체가 필요없이 장기적인 사용이 가능하게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전원발생장치는 차륜의 림의 일측(이를테면, 니플)에 간단하게 장착됨에 따라, 전원 발생 장치의 장착 변경이 필요하거나 잔고장이 발생하는 경우 차륜에 필요한 시스템을 모두 분리하지 않더라도 간편하게 교체할 수 있고 위치변경이 용이한 장점이 있다.

본 발명에 따른 전원 발생 장치는 비교적 구조가 간편하고 무게나 크기가 그리 크지 않으므로 각 차륜에 다수 설치하여 발생하는 전기 에너지의 양을 극대화시킴으로써, 타이어 압력 모니터링 시스템뿐 아니라 차량의 다른 시스템(이를테면, 냉방장치, 조명장치 등)에도 공급할 수 있는 효과도 있다.

아울러, 본 발명의 전원 발생 장치는 자동차뿐 아니라 진동이 발생하는 다른 장치(이를테면, 자전거, 기차, 비행기 등)에도 사용하여 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치의 외부를 보여주기 위한 사 시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전원발생장치의 내부를 보여주기 위한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치와 그 전원발생장치가 장착된 차륜의 림을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치(100)는 하우징(110), 코일(130)로 감싸진 코어(120), 자성체(140), 하중수단(150) 및 베어링(160) 등으로 구성되어 있으며, 유도전류를 발생시키는 장치이다.

상기 하우징(110) 내부에는 상기 코어(120)가 위치하고 있으며, 상기 자성체(140) 및 상기 하중수단(150)은 상기 하우징(110)의 내벽에 부착되어 고정되어 있다.

상기 코어(120)는 상기 코일(130)에 의해 감겨 있으며, 도 3에서와 같이 회전가능한 물체 예를 들면, 차륜의 림(10)의 니플(20)에 연결되어 있다. 즉, 상기 차륜의 림(10)이 회전하게 되면 상기 니플(20)에 연결된 상기 코어(120)도 함께 회전하게 된다. 상기 코일(130)은 필요에 따라 적정한 권수로 상기 코어(120)에 감길 수 있다.

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상기 자성체(140)는 상기 하우징(110)의 내벽에 부착되어 있되, 상기 코어(120)를 중심으로 상기 하우징(110)의 양측에 각각 부착되어 있으며, 각 자성 체(140)는 서로 반대 극성을 갖는다. 이때, 상기 자성체(140)는 당업자의 설계에 따라 공지된 자성류(세라믹 영구자석, 희토류(Rare-earth) 영구자석, 알리코(Alico) 영구자석, 고무자석, 플라스틱 자석) 중 하나가 이용될 수 있다.

상기 코어(120)와 상기 하우징(110)은 베어링(160)을 통해 연결되어 있으며, 회전운동이 원활하게 하도록 하여준다. 상기 베어링(160)은 다양한 종류의 베어링(이를테면, 구름 베어링, 스러스트(Trust) 베어링, 원추 베어링 등)을 이용할 수 있다.

요컨대, 상기 차륜의 림(10)이 회전하게 되면 상기 니플(20)에 연결된 상기 코어(120)도 함께 회전하게 되며, 상기 코일(130)이 감긴 상기 코어(120)와 상기 자성체(140)와의 상대 회전운동에 의해 유도전류가 발생하게 된다. 따라서 본 발명의 전원발생장치(100)는 부착되는 물체의 회전력을 이용하여 전원을 발생시킬 수 있으므로 반영구적으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 하우징(110)의 내벽에는 하중수단(150)이 부착되어 있어, 상기 하우징(110)과 상기 코어(120)와의 상대 회전운동이 원활하게 일어날 수 있도록 도와준다. 이때 상기 하중수단(150)은 상기 코어(120)을 중심으로 일측의 상기 하우징(110)의 내벽에만 구비하는 것이 원활한 회전운동을 위해 바람직하다.

상기 하중수단(150)으로서 일정 질량을 가진 다양한 재질(예를 들면, 철, 스틸 등)의 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 회전 하중수단(150)의 수나 질량은 당업자의 설계에 따라 용이한 정도로 구비될 수 있으며, 상기 하우징(110)의 일부분 자체가 상기 하중수단(150)의 역할을 수행할 수 있도록 구비될 수도 있다.

또한, 상기 코어(120)와 상기 자성체(140)의 사이는 일정 거리로 간격이 유지되어 있는바, 자기력을 극대화시키기 위하여 미세간격을 유지하고 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치에 의해 전원이 발생되는 과정을 보여주는 도면 및 그래프이다. 전원발생장치의 구성은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소를 참조하기로 한다.

도 4는 차륜이 회전하게 될 때 발생되는 전압을 나타내는 그래프이며, 차륜의 회전속도에 따라 발생되는 전압의 주기(t1)가 달라진다.

이때 회전에 따라 주기적으로 발생되는 최대 전압(V)은 상기 코일(130)의 감긴 횟수, 상기 자성체(140)(이하, 영구자석이라 함)의 세기 그리고 영구자석(140)과 상기 코어(120)의 거리에 따라 달라진다. 즉, 회전에 따라 주기적으로 발생되는 전압(V)은 상기 코일(130)의 감긴 횟수가 많을수록, 상기 영구자석(140)의 세기가 클수록, 상기 영구자석(140)과 상기 코어(120)의 거리가 가까울수록 큰 값을 가진다.

주기(t1)을 가지고 회전하는 차륜을 통해 발생되는 전압은 도 4에서와 같이 주기적으로 발생되며 한 주기를 기준으로 하여 전압발생 원리를 설명하면 다음과 같다. 회전각을 각각 90도로 하여 표시를 할 경우, ①은 시작하는 단계로서 위상이 0°이고, ②는 그 위상이 90°이며, ③은 그 위상이 180°이며, ④는 위상이 270°인 경우로서 각각의 위치에 따라 발생하는 전압을 도시하였다.

도 5는 각각의 위상에 따라 상기 코일(130)이 감긴 상기 코어(120), 상기 영 구자석(140), 상기 하중수단(150) 및 상기 하우징(110)의 위치를 도시하였다.

위치 ①은 위상이 0°로서, 상기 영구자석(140)과 상기 코어(120)와의 거리가 가장 먼 거리를 유지하고 있으며 발생되는 전압이 0임을 알 수 있다. 즉, 상기 영구자석(140)이 각각 상기 코어(120) 방향으로 N극과 S극을 형성하고 있고, 상기 코일(130)의 감긴 방향이 왼쪽 부분은 들어가는 방향, 오른쪽 부분은 나오는 방향으로 구성되어 있는바, 상기 영구자석(140)과 상기 코어(120)와의 거리가 가장 먼 거리를 유지하고 있어 발생되는 전압이 0이 된다.

위치 ②의 경우 상기 하우징(110)과 상기 코어(120)의 상대적인 회전 운동에 따라 위상이 90°가 되는 위치로서, 상기 영구자석(140)의 N극과 S극은 상기 코일(130)이 감긴 상기 코어(120)와 가장 가까운 거리를 유지하고 있으며, 이때 발생되는 전압은 V로서 도 4에서와 같이 최대 전압을 발생시키게 된다.

위치 ③의 경우 위상이 180°가 되는 위치로서, 다시 상기 영구자석(140)과 상기 코어(120)의 위치가 가장 먼 거리에 위치하게 되며, 이때 발생되는 전압 역시 이 0V가 된다.

위치 ④의 경우 위상이 270°가 되는 위치로서, 상기 영구자석(140)과 상기 코어(120)가 위치 ②의 경우와 동일한 위치가 되나, 상기 코일(130)이 반대방향으로 위치하게 되어 이때 발생되는 전압은 -V가 된다. 즉, 상기 영구자석(140)이 각각 상기 코어(120) 방향으로 N극과 S극을 형성하고 있고, 상기 코일(130)의 감긴 방향이 왼쪽 부분은 나오는 방향, 오른쪽 부분은 들어가는 방향으로 구성되어 있는바, 발생되는 최소 전압은 -V가 된다.

그리고 위상이 360°가 되는 경우에는 주기적으로 위치 ①, ②, ③, ④ 의 과정을 반복하면서 교류전압을 발생시키게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치를 구비한 타이어 압력 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 상기 타이어 압력 모니터링 시스템은 전원발생장치(100), 정류기(200), 배터리(300), 센서(400) 및 송신기(500) 등으로 구성되어 있다.

상기 센서(400)는 타이어의 압력을 측정하는 센서로서 압력센서, 등 다양한 센서를 사용할 수 있다. 상기 송신기(500)는 상기 센서(400)로부터 측정된 타이어의 압력 등의 데이터를 송신하는 역할을 한다.

상기 전원발생장치(100)는 도 1 내지 도 5에서 살펴본 바와 같이, 차륜의 림의 일정부분에 고정되어 있으며, 차륜의 회전시 전원(유도전류)을 발생시킨다. 이때, 상기 전원발생장치(100)는 차량의 림의 일 측(예를 들면, 외륜 표면)에 설치될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다른 측면이나 내륜, 타이어 등에도 부착 설치될 수 있다.

상기 정류기(200)는 상기 전원발생장치(100)에서 발생된 전원(유도전류)을 공지된 정류 방법에 의거하여 직류전류로 정류한다.

상기 배터리(300)는 상기 정류기(200)에서 정류된 직류전류를 충전하며, 상기 센서(400)나 송신기(500) 등에 직류전류를 공급한다.

또한, 본 발명의 전원발생장치(100)는 차륜의 림의 일 측에 간단하게 장착됨에 따라, 전원발생장치(100)의 장착 변경이 필요하거나 잔고장이 발생하는 경우 차 륜에 필요한 시스템을 모두 분리하지 않더라도 간편하게 교체할 수 있고 설치 위치의 변경도 용이하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치의 외부를 보여주기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전원발생장치의 내부를 보여주기 위한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치와 그 전원발생장치가 장착된 차륜의 림을 보여주는 도면이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치에 의해 전원이 발생되는 과정을 보여주는 도면 및 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전원발생장치를 구비한 타이어 압력 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 차륜 20 : 니플

100 : 전원발생장치 110 : 하우징

120 : 코어 130 : 코일

140 : 자성체 150 : 회전 하중수단

160 : 베어링 200 : 정류기

300 : 배터리 400 : 센서

Claims (10)

1. 하우징;

   상기 하우징 내벽의 일정 부분에 부착된 하중수단;

   상기 하우징 내부에 구비되고, 차륜의 림에 구비된 니플에 연결되어 있으며, 코일로 감싸진 코어; 및

   상기 코어와 일정 간격 유지되도록 상기 코어 양측의 상기 하우징 내벽에 각각 부착되며, 서로 반대 극성을 갖는 자성체;

   상기 하우징과 상기 코어 사이에 개재되는 복수 개의 베어링;을 포함하며,

   상기 차륜의 회전시, 상기 하우징에 부착된 자성체와 상기 코어와의 상대 회전운동을 통해 유도 전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 전원발생장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 타이어의 압력을 측정하는 센서;

   차륜의 림의 일정부분에 고정되며, 차륜의 회전시 전원을 발생시키는 전원발생장치;

   상기 전원발생장치에서 발생된 전원을 정류하는 정류기; 및

   상기 정류기에서 정류된 직류전류를 충전하며, 상기 센서에 직류전류를 공급하는 배터리;를 포함하며,

   상기 전원발생장치는

   하우징;

   상기 하우징 내벽의 일정 부분에 부착된 하중수단;

   상기 하우징 내부에 구비되고, 차륜의 림의 일정부분에 연결되어 있으며, 코일로 감싸진 코어; 및

   상기 코어와 일정 간격 유지되도록 상기 코어 양측의 상기 하우징 내벽에 각각 부착되며, 서로 반대 극성을 갖는 자성체;

   상기 하우징과 상기 코어 사이에 개재되는 복수 개의 베어링;을 포함하며,

   상기 차륜의 회전시, 상기 하우징에 부착된 자성체와 상기 코어와의 상대 회전운동을 통해 유도 전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 모니터링 시스템.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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