KR101189723B1

KR101189723B1 - 타이어의 변형을 이용한 발전장치

Info

Publication number: KR101189723B1
Application number: KR1020120066282A
Authority: KR
Inventors: 김경하
Original assignee: 김경하
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-11
Also published as: WO2013157879A1

Abstract

본 발명은 자중에 의한 타이어의 변형을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 등의 주행에 따라 지면과 접촉되는 타이어의 변형에 따른 운동수단의 직선운동을 회전운동으로 전환해 휠림 외경에 장착된 발전부에서 전기를 생산할 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명의 구성은,
타이어(14)의 결합으로 휠림(11)과 타이어(14) 내부에 공간부(15)가 형성되는 휠(10)과;
상기 휠림(11)과 타이어(14) 사이의 공간부(15)에서 타이어(14)내면과 맞닿는 상부 받침부(21)가 위치되고, 그 하단부에 회전볼(26)이 형성된 피스톤로드(25)와 탄성부재(23)가 끼워지는 받침대(22)가 형성된 운동수단(20)과;
상기 휠림(11)의 외경에 맞춰 원통형상의 상,하부커버(32)를 조립해 내부에 설치공간을 갖는 케이싱(30)과;
상기 케이싱(30)의 설치공간에 축 결합되며, 상부커버(31)를 관통한 연결대(41)에 피스톤로드(25)의 회전볼(26)이 결합되는 나선홈(42)을 형성하여, 상기 피스톤로드(25)의 상하 운동으로 래칫기어(44)를 일방향 수평회전 시키는 구동부(40)와;
상기 상부커버(31)의 내부 중앙에 고정 설치되는 발전코일(50)과;
상기 상,하부 커버(31)(32)의 내부에서 베어링(B) 지지되어 회전가능하게 조립되고, 외측 둘레면에 더 형성된 종속기어(61)가 상기 구동부(40)의 래칫기어(44)에 맞물리게 결합된 드럼부재(60)와;
상기 발전코일(50)과 간격을 두고 드럼부재(60)의 중앙에 장착되는 자성체(70)로 구성된다.

Description

타이어의 변형을 이용한 발전장치{generator using a load weighing down a tire}

본 발명은 자중에 의한 타이어의 변형을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 등의 주행에 따라 지면과 접촉되는 타이어의 변형에 따른 운동수단의 직선운동을 회전운동으로 전환해 휠림 외경에 장착된 발전부에서 전기를 생산할 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로, 자동차등에는 도로 주행에 필요한 타이어가 필수구성으로 구비되는 것으로, 상기 타이어에 차체의 하중이 지지된 상태에서 주행하게 되므로 타이어에 매우 큰 압력이 가해지고, 지면과 맞닿는 부위가 중심부를 향해 변형이 발생된다.

그리고, 최근에는 환경오염을 유발하는 내연기관의 자동차가 아닌 전기에너지로 충전된 배터리로부터 전기를 공급받아 자동차를 주행시키는 전기자동차가 생산 및 사용되고 있다.

하지만, 상기 전기자동차는 일정 용량을 갖는 배터리에 따라 그 주행 거리 및 사용에 제한이 발생되어 왔으나, 차량에 수용되는 배터리의 무게 및 부피에 따른 제한으로 많은 량의 전기에너지를 충전할 수 없는 어려움이 있었다.

또, 상기 전기자동차는 전기 충전소 등의 고정된 장소에서만 배터리를 충전하게 되어, 장거리의 차량운행이 불가능한 구조적인 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적은 자동차 주행 시 자중에 의하여 지면과 접촉되는 타이어의 변형을 이용해 상기 타이어 내부에서 왕복운동하는 피스톤 로드의 동작으로 휠림 외경에 장착된 발전부의 드럼부재를 회전시켜 전류가 생산되게 하는 타이어의 변형을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 차량의 진행방향에 따른 휠 회전방향과 반대방향으로 드럼부재를 회전시켜, 상기 발전부의 전류 생산률과 효율을 증대시키도록 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 타이어를 고정하는 휠에 발전장치를 설치하여 전기 자동차의 운행만으로 전기에너지가 배터리를 충전시키도록 함으로써, 전기 자동차의 운행거리를 증대시킬 수 있도록 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여,

타이어(14)의 결합으로 휠림(11)과 타이어(14) 내부에 공간부(15)가 형성되는 휠(10)과;

상기 휠림(11)과 타이어(14) 사이의 공간부(15)에서 타이어(14)내면과 맞닿는 상부 받침부(21)가 위치되고, 그 하단부에 회전볼(26)이 형성된 피스톤로드(25)와 탄성부재(23)가 끼워지는 받침대(22)가 형성된 운동수단(20)과;

상기 휠림(11)의 외경에 맞춰 원통형상의 상,하부커버(32)를 조립해 내부에 설치공간을 갖는 케이싱(30)과;

상기 케이싱(30)의 설치공간에 축 결합되며, 상부커버(31)를 관통한 연결대(41)에 피스톤로드(25)의 회전볼(26)이 결합되는 나선홈(42)을 형성하여, 상기 피스톤로드(25)의 상하 운동으로 래칫기어(44)를 일방향 수평회전 시키는 구동부(40)와;

상기 상부커버(31)의 내부 중앙에 고정 설치되는 발전코일(50)과;

상기 상,하부 커버(31)(32)의 내부에서 베어링(B) 지지되어 회전가능하게 조립되고, 외측 둘레면에 더 형성된 종속기어(61)가 상기 구동부(40)의 래칫기어(44)에 맞물리게 결합된 드럼부재(60)와;

상기 발전코일(50)과 간격을 두고 드럼부재(60)의 중앙에 장착되는 자성체(70)로 구성된다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명에 의하면, 자동차의 주행에 따라 지면과 접촉되는 타이어의 변형에 따른 운동수단의 직선운동을 회전운동으로 전환해 전류가 생산되면서 배터리를 충전할 수 있다.

따라서, 자동차의 주행에 따라 전기를 생산시켜 배터리를 충전하게 됨으로써, 배터리의 무게 및 부피에 따른 제한을 해소하고, 장거리의 차량운행도 가능한 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 발전장치가 휠에 설치된 상태를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 구성을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 구동부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 구성을 도시한 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 일부 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 구동부를 회전시키기 위한 기어결합부를 도시한 개략도.
도 7은 본 발명인 실시예인 받침부의 형상을 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 작동 례를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명인 자중에 의한 타이어의 변형을 이용한 발전장치는, 자동차 등의 주행에 따라 지면과 접촉되는 타이어의 변형에 따른 운동수단의 직선운동을 회전운동으로 전환해 휠림 외경에 장착된 발전부에서 전기를 생산할 수 있도록 발명된 것이다.

우선, 본 명세서 상에서 사용되는 대략적인 방향기준을 첨부된 도 1 및 도 7을 참조하여 설명하면, 자동차의 휠(10)에는 둘레를 따라 일정너비를 갖는 휠림(wheel rim)이 형성되어, 이 휠림(11) 외주면에 타이어(14)를 기밀되게 장착하고 내부에 공기가 채워지는 공간부(15)가 구비된다.

그리고, 상기 휠림(11)과 타이어(14) 사이의 공간부(15)에는 타이어(14)의 변형에 따라 휠 중심부를 향해 왕복운동하는 운동수단(20)과 발전부를 구성하는 케이싱(30)이 설치된다.

상기 운동수단(20)은, 타이어(14)내면과 맞닿는 상부 받침부(21)가 상단에 위치되고, 그 하단부에 회전볼(26)이 형성된 피스톤로드(25)와 탄성부재(23)가 끼워지는 받침대(22)가 형성된다.

그리고, 상기 케이싱(30)은, 휠림(11)의 외경에 맞춰 원통형상의 상,하부커버(32)를 조립해 내부에 설치공간을 갖도록 한다.

상기 케이싱(30)의 설치공간에서 양측단으로, 상,하부 커버(31)(32)에 베어링(B)을 이용해 축 결합되며, 상부커버(31)를 관통한 연결대(41) 내경에 피스톤로드(25)의 회전볼(26)이 결합되는 나선홈(42)을 형성하여, 상기 피스톤로드(25)의 상하 운동으로 래칫기어(44)를 일방향 수평회전 시키는 구동부(40)가 각각 설치된다.

그리고, 상기 상부커버(31)의 내부 중앙부에는 발전코일(50)이 고정 설치된다.

또, 상기 상,하부 커버(31)(32)의 내부에서 베어링(B) 지지되어 회전가능하게 조립되는 드럼부재(60)는, 외측 둘레면에 더 형성된 종속기어(61)가 상기 구동부(40)의 래칫기어(44)에 맞물리게 결합된다.

또한, 상기 발전코일(50)과 간격을 두고 드럼부재(60)의 중앙에 자성체(70)가 장착되어 진다.

상기의 운동수단(20)은, 크게 자동차의 주행에 따라 지면과 접촉되는 타이어(14)의 변형으로 받침부(21)와 피스톤로드(25)를 휠림(11)에 결합된 케이싱(30)의 구동부(40) 연결대(41)를 따라 상하 이동되게 하며, 내부 탄성부재(23)로 초기 위치로 복귀되도록 구성한다.

상기 탄성부재(23)는, 운동수단(20)의 받침대(22) 내부에 장착되며, 상부가 받침부(21) 하단면에 맞닿고, 하부는 구동부의 연결대(41) 상단에 맞닿아 받침부(21)를 항상 상승 복귀시키는 역할을 수행하는 것으로, 본 발명에서 표현된 코일 스프링으로 한정하지 않고, 받침부(21)를 신속히 상승 복귀할 수 있는 제품도 사용이 가능하다.

이와 같은 운동수단(20)은 자동차의 전진 주행에 따라 타이어(14)가 회전운동을 하기 때문에 대략 5~10˚ 정도의 전방경사를 갖게 설치하는 것이 타이어(14)변형에 따라 운동수단(20)에 전달되는 하중전달이 용이하다.

상기 피스톤로드(25) 하단에 구비되는 회전볼(26)은, 구동부(40)의 연결대(41) 내경에 형성된 나선홈(42)에 끼워져 피스톤로드(25)의 상,하 이동시에 회전볼(26)을 따라서 연결대(41)의 나선홈(42)이 가이드 이동하게 한 것으로 회전볼(26)이 연결대(41)를 회전시키는 캠방식으로 결합되는 것이다.

또, 상기 피스톤로드(25)의 외측에 형성된 받침대(22)는, 내부에 탄성부재(23)을 구비하면서, 케이싱(30)의 상부면에 피스톤로드(25)가 적정 이동거리(L)만큼 승하강되도록 단속한다.

즉, 상기 피스톤로드(25)의 이동길이(L)는 타이어(14)가 지면에 접촉된 위치에서 자동차의 중량에 따른 변형이 발생되는 대략 2~3cm 의 길이를 갖도록 한 것으로, 상기 피스톤로드(25)의 이동길이(L)에 따라 구동부(40)의 연결대(41)와 래칫기어(44)를 회전시키게 된다.

이때, 상기 받침대(22)의 최하단부가 피스톤로드(25)의 이동길이(L)만큼 케이싱(30) 상단부에 위치되게 하여, 타이어(14) 변형에 따른 하중을 분산시킬 수 있다.

그리고, 상기 래칫기어(44)는, 일반적으로 정방향 하중을 전달하고, 역방향 이동시 하중전달이 되지 않도록 하여 역회전을 방지하는 것으로, 이와 같은 래칫 조립체는 널리 이용되고 있으므로 본 발명에서의 래칫기어(44)에 대한 자세한 설명은 생략한다.

따라서, 상기 피스톤로드(25)의 직선 왕복운동으로, 구동부(40)를 회전시키는 구성을 갖고 있어, 상기 피스톤로드(25)의 하강운동에는, 래칫기어(44)와 기어결합된 드럼부재(60)를 회전시키도록 하중을 전달하고, 승강운동에는 구동부(40)가 역회전하면서, 래칫기어(44)가 드럼부재(60)에 하중을 전달하지 않는 상태가 가능하게 된다.

그리고, 상기 케이싱(30)은, 상,하부 커버(31)(32)가 내부에 설치공간을 갖도록 결합되어, 상부커버(31)에 발전코일(50) 고정되고, 설치공간내에서 베어링(B) 지지되어 회전하는 드럼부재(60)가 더 장착된다.

상기 드럼부재(60)는, 외측 둘레면에 더 형성된 종속기어(61)가 상기 구동부(40)의 래칫기어(44)에 맞물리게 결합되어, 상기 운동수단(20)의 하강운동에 따라 래칫기어(44)의 회전을 이용해 일방향 회전되는 것이다.

따라서, 상기 운동수단(20)의 직선운동으로 드럼부재(60)를 회전시키면, 상기 발전코일(50)과 이격된 자성체(70)의 회전 이동에 따른 자계변화로 전류를 발생시켜 배터리(미 도시)를 충전하는 것으로, 상기 발전코일(50)과 자성체(70)의 자계변화에 따른 전류 발생과정은 일반적으로 널리 사용되는 방식임으로 동작 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그러므로, 상기 타이어(14)의 변형에 따른 운동수단(20)이 동작되면서 휠림(11) 외경에 고정설치된 케이싱(30) 드럼부재(60)를 회전 운동시켜 전기를 생산할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 운동수단(20)이 포함된 케이싱(30)은, 실시예로 휠림(11)의 너비에 따라 2개 이상의 조합을 갖고 휠림(11)의 둘레에 맞춰 2~4 등분된 블록조립체로 형성하여, 휠림 외부 둘레를 따라 원형 결속되게 할 수도 있어 제작 및 조립의 편의성을 증대시키게 된다.

또, 상기 케이싱(30)의 하부커버(32)에는, 휠림(11)과 맞닿는 저부에 기밀부재(34)가 양단부에 구비되며 그 중앙부에 오목한 공기이동로(33)가 형성되어, 상기 공기이동로(33)를 따라 휠림(11)에 공기 흡,배출홀(12a)(12b)을 더 형성할 수 있다.

즉, 차량 주행에 따라 휠(10)과 타이어(14)가 고속으로 회전하면 고온의 열기가 발생되므로, 상기 열기에 의한 발전장치 파손을 방지하도록 상기 냉각수단이 더 형성되도록 한 것이다.

이때, 상기 휠림(11)과 하부커버(32) 사이에는 기밀부재(34)가 구비되어 타이어 내부공기의 기밀을 유지하면서 흡,배출홀(12a)(12b)을 통해 유입되는 외부공기가 케이싱(30)의 온도를 냉각시키는 역할을 수행하도록 한다.

또, 상기 운동수단(20)의 동작으로 회전하는 드럼부재(60)는, 휠(10) 회전방향과 같이 회전할 때, 상기 휠 회전속도 보다 더 빠르거나 느리게 하여 전류를 생산하는 방식을 갖고 있으나, 다른 실시 예로 상기 드럼부재(60)를 역회전시켜, 정회전하는 휠(10)에 고정된 발전코일(50)과의 자계변화를 더 크게 하여 보다 많은 전류를 발생시키게 하는 것도 본 발명에 포함된다.

그리고, 상기 왕복운동수단(20)에 구비되는 받침부(21)는 운동수단(20)의 상부 즉 피스톤로드(25)에 일체형상으로 사출 성형되는 것으로, 휠림(11)의 둘레 방향 양단부에 대칭된 조립산(21b)과 조립골(21c)을 연속 성형해 받침부(21) 외면이 서로 맞물린 상태에서는 원형 형상을 갖고 타이어(14)의 내면에 접촉되게 성형한다.

이때, 상기 받침부(21)의 외면과 타이어(14)의 내면에는 요철형상을 더 형성하여, 차량 주행시 타이어(14)와 접촉되는 받침부(21)가 이탈 및 유동되는 것을 방지할 수 있게 하는 것이 좋다.

이때, 상기 타이어(14) 내면과, 상기 받침부(21)의 외면에 요철부(14a)(21a)를 더 형성해, 상기 요철부(14a)(21a)의 결합으로 받침부(21)가 타이어(14) 내면에서 차량 주행시에도 미끄러짐을 방지하도록 하여 받침부(21)가 정위치에서 왕복 직선운동을 수행할 수 있게 한다.

또, 상기 왕복운동수단(20)은 휠림(11)의 둘레를 따라 연속 배열 설치하며, 상부 받침부(21)가 타이어(14)의 내면을 전체적으로 지지할 수 있도록 구획지게 장착되도록 하여, 타이어(14) 파손 등에 따른 공기압력이 떨어진 상태에서도 왕복운동수단(20)이 타이어(14)를 받쳐주어 자동차의 비상 주행이 가능하도록 하였다.

즉, 상기 받침부(21)의 조립산(21b)과 조립골(21c)은, 피스톤로드(25)가 이동길이(L)만큼 하강된 상태에서는 산과 골이 서로 맞물려 전체적으로 원형 형상을 갖도록 함으로써, 타이어(14) 내부압력 저하 시에도 내면 전체를 받쳐 주게 한다.

즉, 정상적인 차량 운행 중에는 타이어(14)의 공기압력으로 변형이 이루어져 운동수단(20)이 승하강 되면서 발전장치를 통해 배터리를 충전하게 되지만, 타이어(14) 파손 시에는 공기압력의 부족으로 운동수단(20)이 이동길이(L) 만큼 하강된 상태에서 받침부(21)가 타이어 내면을 지지하여 차량의 응급 주행이 가능한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 자동차의 타이어를 위주로 설명하였으나, 오토바이, 자전거 등과 같이 타이어를 이용한 운송기구가 포함되고 또한, 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 - 휠 11 - 휠림
14 - 타이어 15 - 공간부
20 - 운동수단 21 - 받침부
22 - 받침대 23 - 탄성부재
25 - 피스톤로드 26 - 회전볼
30 - 케이싱 31 - 상부커버
32 - 하부커버 40 - 구동부
41 - 연결대 44 - 래칫기어
50 - 발전코일 60 - 드럼부재
61 - 종속기어 70 - 자성체

Claims

타이어(14)의 결합으로 휠림(11)과 타이어(14) 내부에 공간부(15)가 형성되는 휠(10)과;
상기 휠림(11)과 타이어(14) 사이의 공간부(15)에서 타이어(14)내면과 맞닿는 상부 받침부(21)가 위치되고, 그 하단부에 회전볼(26)이 형성된 피스톤로드(25)와 탄성부재(23)가 끼워지는 받침대(22)가 형성된 운동수단(20)과;
상기 휠림(11)의 외경에 맞춰 원통형상의 상,하부커버(32)를 조립해 내부에 설치공간을 갖는 케이싱(30)과;
상기 케이싱(30)의 설치공간에 축 결합되며, 상부커버(31)를 관통한 연결대(41)에 피스톤로드(25)의 회전볼(26)이 결합되는 나선홈(42)을 형성하여, 상기 피스톤로드(25)의 상하 운동으로 래칫기어(44)를 일방향 수평회전 시키는 구동부(40)와;
상기 상부커버(31)의 내부 중앙에 고정 설치되는 발전코일(50)과;
상기 상,하부 커버(31)(32)의 내부에서 베어링(B) 지지되어 회전가능하게 조립되고, 외측 둘레면에 더 형성된 종속기어(61)가 상기 구동부(40)의 래칫기어(44)에 맞물리게 결합된 드럼부재(60)와;
상기 발전코일(50)과 간격을 두고 드럼부재(60)의 중앙에 장착되는 자성체(70)로 구성함을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 케이싱(30)의 하부커버(32)에는, 휠림(11)과 맞닿는 저부에 기밀부재(34)가 양단부에 구비되며 그 중앙부에 오목한 공기이동로(33)를 형성하고, 상기 공기이동로(33)를 따라 휠림(11)에 공기 흡,배출홀(12a)(12b)을 더 형성해 외부공기가 공기이동로(33)에 흡,배출되어 케이싱(30)을 냉각시킬 수 있도록 한것을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 케이싱(30)의 내부에는, 휠림(11)의 폭방향으로 발전코일(50)과 자성체(70)가 중앙에 위치되고, 드럼부재(60)의 외주연에 형성된 종속기어(61)는 구동부(40)의 래칫기어(44)와 맞물려 운동수단(20)이 하강 이동하면, 피스톤로드(25)의 회전볼(26)을 따라서 연결대(41)의 나선홈(42)이 가이드 이동하게 되어 구동부(40)를 일 방향 회전시키고, 이 구동부(40)의 래칫기어(44)와 맞물린 종속기어(41)를 회전시키도록 구성한 것을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.
청구항 2에 있어서, 상기 드럼부재(60)와 운동수단(20)을 포함한 케이싱(30)은, 휠림(11)의 둘레에 맞춰 2~4 등분된 블록조립체로 형성하여, 휠림(11) 외경을 따라 상호 결합시켜 원통형상을 갖고 결속됨을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 운동수단(20)의 받침부(21)는 휠림의 폭 방향으로 운동수단(20)과 일체로 형성되어 피스톤로드(25)에 지지되며, 휠림(11)의 둘레 방향 양단부에 대칭된 조립산(21b)과 조립골(21c)을 연속 성형해 받침부(21)가 원형 형상을 갖고 서로 맞물리게 형성됨을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 타이어(14) 내면과, 상기 받침부(21)의 외면에 요철부(14a)(21a)를 더 형성해, 상기 요철부(14a)(21a)의 결합으로 받침부(21)가 타이어(14) 내면에서 미끄럼방지되도록 함을 특징으로 한 타이어의 변형을 이용한 발전장치.