KR101381732B1 - 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치 - Google Patents

차량의 보조 전력 공급용 발전 장치 Download PDF

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Abstract

차량의 보조 전력 공급용 발전 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치는 자동차 휠의 림(rim) 상에 장착되는 림 장착부; 림 장착부 상부에 수직 방향으로 결합하는 몸체부; 몸체부에 결합되는 발전부; 발전부에 연결되어 회전부에서 발생한 동력을 발전부로 전달하는 동력전달부; 및 동력전달부에 결합되는 것으로 타이어 회전축의 회전에 따라 회전함으로써 동력을 발생시키는 회전부를 포함한다.

Description

차량의 보조 전력 공급용 발전 장치{POWER DEVICE FOR AUXILIARY ELECTRIC POWER SUPPLIER OF VEHICLE}
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 보조 전력 공급을 위한 발전 장치에 관한 것이다.
차량의 바퀴가 제기능을 하기 위해서는 타이어 내부의 공기압(이하, 타이어 공기압)이 적절하게 유지되도록 하는 것이 중요하다. 타이어 공기압은 타이어 내부에 구성된 에어튜브에 채워진 공기에 의해 가해지는 압력을 의미하는데, 타이어 공기압이 떨어지게 되면 차량의 고속 주행시에 내구성이 저하되고, 조종 성능이 저하되는 등의 문제가 발생하기 때문이다.
따라서, 차량을 안정적으로 운행하기 위해서 타이어 공기압을 상시적으로 측정함으로써 타이어의 상태를 점검하게 되는데, 이는 타이어 공기압이 기준치를 벗어나는 경우에는 조치를 취하여 타이어 공기압을 적정 수준으로 유지하기 위함이다.
타이어 공기압을 측정하는 장치들은 타이어 내부에 장착되어 압력을 측정하느냐 혹은 외부에 장착되어 타이어의 회전 속도 등으로부터 압력을 측정하느냐에 따라 크게 구분될 수 있는데, 전자를 직접 측정 방식이라 하고 후자를 간접 측정 방식이라 한다. 이 때, 간접 측정 방식의 경우에는 타이어 공기압 측정 장치가 타이어 외부에 장착되므로 간편한 점이 있으나 도난 위험이 있으며 측정 신뢰도가 직접 방식에 의해 떨어지므로 시장에서는 직접 측정 방식이 선호되고 있는 실정이다.
상술한 직접 측정 방식은 다양하게 존재하고 있는데, 대부분은 타이어 내부에 장착된 압력센서를 통해 압력을 측정하게 된다. 그런데, 상기 압력센서의 전원을 공급하기 위하여 종래에는 건전지를 사용하였으므로 건전지 수명이 다할 경우에는 전문 업체를 통하여 건전지를 교체해야만 하는 번거로움이 있었다. 또한, 이러한 번거로움 때문에 타이어 공기압 측정의 주기를 길게 가져가므로 상시적으로 타이어 공기압을 측정하지 못하는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위하여 타이어 공기압 측정 장치에 전력을 공급하기 위한 다양한 시도들이 이루어져 왔다. 예를 들면, 타이어 내부에 장착된 센서에 별도의 전원 없이 압력에 따라 전극 역할을 하는 다이아프램이 변형됨으로써 타이어 바깥쪽의 코일 등과 LC 공진회로를 이뤄 공진주파수가 변화하는 것을 측정하는 무선 방식이 있다. 그런데, 이러한 무선 방식은 구성이 복잡할 뿐만 아니라, 대형 코일이 필요하므로 일반 차량에는 적용시키기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 차량의 주행 속도와 무관하게 발생하는 타이어 내부의 주기적인 압력 변화를 이용하여 세라믹 압전체 변형에 따른 발전 구조가 개시된 바 있다. 그러나 이와 같은 방식은 림에 발전장치를 장착 가능하지만, 타이어마다 주파수가 달라 일일이 주파수를 보정해줘야 하는 불편함이 문제된다.
한편, 타이어가 회전하며 바닥에 닿는 충격을 통해 발전하는 방식으로 압전체를 이용하는 방식과, 압전체 대신 편심추가 연결된 보이스코일을 이용하는 방식이 개시된 바 있다. 그러나, 이와 같은 방식은 발전장치가 타이어에 장착되므로 구동 성능에 악영향을 미치는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 건전지 및 대형 코일이 불필요하고, 주파수를 보정하거나 구동 성능에 악영향을 미치지 않는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자동차 휠의 림(rim) 상에 장착되는 림 장착부; 상기 림 장착부 상부에 수직 방향으로 결합하는 몸체부; 상기 몸체부에 결합되는 발전부; 상기 발전부에 연결되어 하기 회전부에서 발생한 동력을 상기 발전부로 전달하는 동력전달부; 및 상기 동력전달부에 결합되는 것으로 타이어 회전축의 회전에 따라 회전함으로써 동력을 발생시키는 회전부를 포함하는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치가 제공될 수 있다.
이 때, 상기 동력전달부는, 상기 회전부와 결합되어 상기 회전부의 회전에 따라 함께 회전하는 동력전달축; 및 다수의 기어비를 갖는 기어들을 구비하는 것으로, 상기 동력전달축과 일측이 연결되고 타측은 상기 발전부와 연결되어 상기 동력전달축으로부터 전달되는 동력을 상기 기어비에 따라 변환하여 상기 발전부로 전달하는 동력전달기어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전부는, 상기 동력전달부에 아래 방향으로 결합되어 상기 타이어 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전보; 및 상기 회전보 하부에 형성되는 무게추를 포함할 수 있다.
또한, 상기 림 장착부의 상부에는 제1 자성체가 결합되고, 상기 회전보의 하단에는 상기 제1 자성체와 대향하도록 배치되고, 상기 제1 자성체와 인력이 작용하는 제2 자성체가 결합될 수 있다.
한편, 상기 제1 자성체 및 제2 자성체는 인력이 작용하고 있다가, 상기 타이어 회전축의 회전에 의해 발생하는 원심력이 상기 인력보다 커지는 경우에 서로 이격되어 상기 회전보가 회전할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치를 이용하여, 차량의 타이어에 장착되어 상기 타이어의 압력을 측정하는 압력 센서에 전력을 공급하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치는 자동차 휠의 림 상에 장착되므로 구동 성능에 악영향을 미치지 않는다.
또한, 타이어 회전에 따라 회전하는 회전부를 통해 얻은 동력을 이용하여 발전함으로써 건전지 및 대형 코일이 불필요하므로 일반 차량에 적용 가능할 뿐만 아니라 건전지 교체 등의 번거로움이 존재하지 않을 뿐만 아니라, 타이어마다 다른 공진주파수를 일일이 보정해줘야 하는 번거로움이 없다.
또한, 림 장착부 상부에 결합된 제1 자성체와 회전보 하단에 결합된 제2 자성체를 통해 타이어가 정지상태에 있거나 저속으로 회전하는 경우에는 회전보를 정위치로 유지하다가 타이어의 회전속도가 기준치를 넘어설 때에는 회전보를 급격히 회전시킴으로써, 회전보와 연결된 동력전달부의 기어비를 통해 높은 전압을 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치가 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 표시된 Ⅱ-Ⅱ 에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치의 측면도이다.
도 5는 도 3의 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치(100, 이하, 발전 장치)가 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 표시된 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자동차 휠(10)은 타이어(20)의 내경에 끼워져서 타이어(20)를 지지하는 림(10a, rim)을 구비하는데, 발전 장치(100)는 림(10a) 상에 설치될 수 있다. 한편, 림(10a)과 타이어(20) 사이에는 공기가 채워져 있는 타이어 내부공간(20a)이 존재한다.
자동차 휠(10)의 중앙에는 타이어 회전축(30)이 구비되고, 타이어 회전축(30)의 회전에 따라 자동차 휠(10) 및 자동차 휠(10)에 끼워져 있는 타이어(20)가 회전하게 된다. 타이어 회전축(30)은 자동차의 전진 또는 후진에 따라 회전 방향이 달라질 수 있으며, 본 명세서에서는 타이어 회전축(30)이 오른쪽으로 회전하는 경우를 중심으로 설명하였음을 밝혀둔다.
이 때, 자동차 휠(10)의 림(10a) 상에 설치된 발전 장치(100)는 타이어 회전축(30)의 회전에 따라 동력을 발생시키게 되며 이에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치(100)는 자동차 휠(10)의 림(10a) 상에 장착되므로, 종래 타이어가 회전하며 바닥에 닿는 충격을 통해 발전하는 방식인 압전체 방식 또는 편심추-보이스코일을 이용하는 방식에서 문제시되었던 구동 성능 악화 현상이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
또한, 발전 장치(100)는 자동차 휠(10)의 림(10a) 상에 설치되는 것이므로, 자동차 종류 내지는 휠 종류에 맞추어 제작하지 않아도 되어 규격화된 크기로 제작 가능하다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 발전 장치(100)는 자동차 휠(10)의 림(10a) 상에 장착되는 림 장착부(110); 림 장착부(110)에 결합하는 몸체부(120); 몸체부(120)에 결합되는 발전부(130); 발전부(130)에 연결되어 동력을 발전부(130)로 전달하는 동력전달부(140); 및 타이어 회전축(30)의 회전에 따라 회전함으로써 동력을 발생시키는 회전부(150)를 포함한다.
림 장착부(110)는 자동차 휠(10)의 림(10a) 상에 장착되는 것으로, 림(10a) 상에 안정적으로 장착될 수 있도록 림(10a)의 표면과 대응하는 하부 형상을 갖도록 형성될 수 있으며 특정 형상으로 한정되는 것은 아니다.
림(10a)이 도 3에 도시된 것과 마찬가지로 평평한 형상을 가지고 있는 경우에 림 장착부(110)의 하부면은 평평한 형태로 형성될 수 있다. 림 장착부(110)는 발전 장치(100)를 하부에서 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
몸체부(120)는 림 장착부(110) 상부에 수직 방향으로 결합한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼 몸체부(120)는 기둥 형상으로 형성되어 림 장착부(110) 상부면의 우측에 수직 방향으로 결합될 수 있다. 몸체부(120)의 상부에는 발전부(130)가 결합되고, 몸체부(120)는 발전부(130)를 지지하는 역할을 하므로 몸체부(120)의 형상은 발전부(130)를 지지 가능한 형상이면 되고 특정 형상으로 한정되지 않는다.
발전부(130)는 몸체부(120)에 결합되어 동력을 전기로 변환시키는 역할을 하는 것으로, 발전 모터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 발전부(130)는 발전 모터가 내부에 배치된 하우징 형태로 형성되어 몸체부(120) 상부에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 하우징은 상기 발전 모터를 지지함과 동시에 보호하는 역할을 하며, 상기 발전 모터로는 통상적으로 사용되는 소형의 발전 모터를 이용할 수 있다. 또한, 도 3에 도시되지는 않았으나 상기 발전 모터에는 모터 구동으로 인해 생산된 전기를 전달하는 출력라인이 형성될 수 있다.
동력전달부(140)는 발전부(130)에 연결되어 회전부(150)에서 발생한 동력을 발전부(130)로 전달하는 역할을 수행한다. 동력전달부(140)는 동력전달축(141) 및 동력전달기어부(142)를 포함할 수 있다.
동력전달축(141)은 일단이 발전부(130)에 배치된 상기 발전 모터의 회전축과 연장되어 결합되고, 타단이 회전부(150)에 결합됨으로써 회전부(150)의 동력을 상기 모터에 전달할 수 있다. 동력전달축(141)은 봉형의 샤프트로 형성될 수 있다.
이 때, 동력전달기어부(142)가 동력전달축(141) 및 발전부(130) 사이에 설치될 수 있다. 동력전달기어부(142)는 다수의 기어비를 갖는 기어들을 내부에 구비하는 기어박스일 수 있으며, 상기 기어들은 일측으로는 동력전달축(141)과 연결되고, 타측으로는 발전부(130)에 배치된 상기 발전 모터의 회전축과 연결될 수 있다.
따라서, 동력전달기어부(142)는 동력전달축(141)으로부터 전달된 동력(회전수)를 상기 기어비에 따라 다양한 크기로 변환하여 발전부(130)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 기어비가 1:10인 경우에는 동력전달축(141)의 회전수가 1일 때에 동력전달기어부(142)의 기어비를 통해 변환되어 발전부(130)에 전달되는 회전수는 10일 수 있다. 한편, 복수 개의 기어를 통해 다양한 기어비로 회전수를 변환시키는 것은 공지된 기술에 해당되므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
회전부(150)는 동력전달부(140)에 결합되고, 타이어 회전축(30)의 회전에 따라 회전함으로써 동력을 발생시킨다. 회전부(150)는 동력전달부(140)에 결합되는 회전보(151) 및 회전보(151)에 형성되는 무게추(152)를 포함할 수 있다.
회전보(151)는 동력전달부(140)에 아래 방향으로 결합된다. 구체적으로, 회전보(151)의 일단이 동력전달부(140)의 동력전달축(141)에 결합되고 타단이 동력전달축(141)의 아래 방향으로 배치 된다. 즉, 회전보(151)의 타단은 림 장착부(110)의 상부면 좌측과 소정 간격 이격된 채로 놓여지게 된다. 회전보(151)의 형상은 한정되지 않으나, 도 3에서는 막대 형상으로 도시하였음을 밝혀둔다.
회전보(151)는 동력전달부(140)의 동력전달축(141)과 연결되어 있으므로, 회전보(151)가 회전을 하면 동력전달축(141)은 회전보(151)와 같이 회전된다. 따라서, 동력전달부(140)는 회전보(151)의 회전운동에 따라 발생하는 동력을 동력전달축(141)을 통하여 발전부(130)로 전달할 수 있다.
무게추(152)는 회전보(151) 하부의 측부에 접합될 수 있으며 소정의 무게를 갖는다. 무게추(152)는 타이어(20)가 회전하여 회전보(151)가 회전할 때에 소정의 무게를 통하여 원심력을 증가시키는 역할을 한다. 이는 무게추(152)가 회전보(151)의 측부에 결합되어 있으므로, 타이어 회전축(30)의 회전에 따른 원심력 방향과 일치하지 않기 때문이다. 이에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 림 장착부(110)의 상부에는 제1 자성체(110a)가 결합되고, 회전보(151)의 하단에는 제2 자성체(151a)가 결합될 수 있다. 구체적으로, 도 3을 기준으로 하여 제1 자성체(110a)는 림 장착부(110) 상부면의 좌측에 결합되고, 제2 자성체(151a)는 제1 자성체(110a)와 대향되도록 배치될 수 있다. 제1 자성체(110a) 및 제2 자성체(151a) 간에는 인력이 작용하므로, 타이어(20)가 회전하지 않을 때에는 상기 자성체(110a, 151a)들에 의해 회전보(151)가 정위치에 놓여질 수 있다.
이하, 발전 장치(100)의 작동에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 도 3에 표시된 발전 장치(100)의 측면도이고, 도 5는 도 3의 발전 장치(100)의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 우선 타이어(20)가 정지 상태에 있는 경우에는 회전부(150)의 회전보(151)는 림 장착부(110)의 상부면과 소정 간격 이격되어 있는 채(정위치)로 놓여 진다. 이 때, 림 장착부(110)의 상부면에 결합된 제1 자성체(110a)와 회전보(151)의 단부에 결합된 제2 자성체(151a) 간에는 인력이 작용하므로, 제1 자성체(110a) 및 제2 자성체(151a)의 자력에 의하여 회전보(151)는 안정적으로 정위치를 유지할 수 있다(도 5a 참조).
타이어(20)가 회전을 시작하게 되면 회전보(151)에 결합된 무게추(152)의 무게로 인하여, 회전보(151)는 위 방향으로 외력(원심력)을 받게 된다(도 4에 표시된 화살표 참조). 그러나, 타이어(20)의 회전속도가 낮을 때에는 제1 자성체(110a) 및 제2 자성체(151a)간의 자성력(인력)이 원심력보다 크므로 회전보(151)가 회전하지 않다가, 타이어(20)의 회전속도가 기준치를 넘어설 때에는 상기 원심력이 상기 자성력보다 커지게 되므로 회전보(151)가 급격히 회전을 시작하게 되고 무게추(152)의 무게는 상기 회전을 돕는 역할을 한다(도 5b 참조).
회전보(151)가 회전을 시작하게 되면 제1 자성체(110a) 및 제2 자성체(151a) 간 작용하는 자력은 제1 자성체(110a) 및 제2 자성체(151a)의 거리의 3승에 반비례하므로, 상기 자력은 회전보(151)의 회전에 영향을 미치지 못하고, 회전보(151)가 원심력에 의해 원심 방향으로 계속적으로 회전이 될 수 있다.
이 때, 회전보(151)와 연결되어 있는 동력전달부(140)의 동력전달축(141)이 같이 회전을 하게 되고, 동력전달축(141)의 회전은 동력 전달축(141)과 연결된 동력전달기어부(142)를 통해 회전수 변환이 이루어진다(동력전달기어부(142)에 구비된 기어비를 통함). 동력전달기어부(142)를 통해 변환이 이루어진 회전수는 발전부(130)에 전달이 되고, 발전부(130)에 구비된 발전 모터를 구동시킴으로써 발전이 일어나게 된다.
다시 타이어(20)의 회전속도가 감소하게 되면 회전보(151)의 회전속도도 점차 감소하여, 어느 시점이 되면 자성체(110a, 151a)간 자력에 의하여 회전보(151)는 다시 정위치에 놓여지게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치는 타이어 회전에 따라 회전하는 회전부를 통해 얻은 동력을 이용하여 발전함으로써 건전지 및 대형 코일이 불필요하므로 일반 차량에 적용 가능할 뿐만 아니라 건전지 교체 등의 번거로움이 존재하지 존재하지 않을 뿐만 아니라, 또한, 타이어마다 다른 공진주파수를 일일이 보정해줘야 하는 번거로움이 없다.
또한, 림 장착부 상부에 결합된 제1 자성체와 회전보 하단에 결합된 제2 자성체를 통해 타이어가 정지상태에 있거나 저속으로 회전하는 경우에는 회전보를 정위치로 유지하다가 타이어의 회전속도가 기준치를 넘어설 때에는 회전보를 급격히 회전시킴으로써, 회전보와 연결된 동력전달부의 기어비를 통해 높은 전압을 발생시킬 수 있다.
상기 발전 장치를 통해 생산된 전기는 차량의 타이어에 장착되어 상기 타이어의 압력을 측정하는 압력 센서에 공급되거나, 차량 상태를 유지보수하기 위한 각종 센서들(가속도 센서, 온도 센서, 네트워크 센서 등)에 공급될 수 있으며, 차량에 설치된 커패시터, 충전 전지 등에 임시로 저장되어 있다가 유사시에 전력을 사용하도록 구성할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 자동차 휠 10a: 림
20: 타이어 20a: 타이어 내부공간
30: 타이어 회전축
100: 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치
110: 림 장착부 110a: 제1 자성체
120: 몸체부 130: 발전부
140: 동력전달부 141: 동력전달축
142: 동력전달기어부 150: 회전부
151: 회전보 151a: 제2 자성체
152: 무게추

Claims (6)

  1. 자동차 휠의 림(rim) 상에 장착되는 림 장착부;
    상기 림 장착부 상부에 수직 방향으로 결합하는 몸체부;
    상기 몸체부에 결합되는 발전부;
    상기 발전부에 연결되어 하기 회전부에서 발생한 동력을 상기 발전부로 전달하는 동력전달부; 및
    상기 동력전달부에 결합되는 것으로 타이어 회전축의 회전에 따라 회전함으로써 동력을 발생시키는 회전부를 포함하고,
    상기 회전부는 상기 동력전달부에 아래 방향으로 결합되어 상기 타이어 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전보와, 상기 회전보 하부에 형성되는 무게추를 포함하는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력전달부는,
    상기 회전부와 결합되어 상기 회전부의 회전에 따라 함께 회전하는 동력전달축; 및
    다수의 기어비를 갖는 기어들을 구비하는 것으로, 상기 동력전달축과 일측이 연결되고 타측은 상기 발전부와 연결되어 상기 동력전달축으로부터 전달되는 동력을 상기 기어비에 따라 변환하여 상기 발전부로 전달하는 동력전달기어부를 포함하는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 림 장착부의 상부에는 제1 자성체가 결합되고,
    상기 회전보의 하단에는 상기 제1 자성체와 대향하도록 배치되고, 상기 제1 자성체와 인력이 작용하는 제2 자성체가 결합되는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 자성체 및 제2 자성체는 인력이 작용하고 있다가, 상기 타이어 회전축의 회전에 의해 발생하는 원심력이 상기 인력보다 커지는 경우에 서로 이격되어 상기 회전보가 회전하는 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치.
  6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항의 차량의 보조 전력 공급용 발전 장치를 이용하여, 차량의 타이어에 장착되어 상기 타이어의 압력을 측정하는 압력 센서에 전력을 공급하는 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4429232A (en) * 1982-05-24 1984-01-31 Thomas Stephen E Apparatus for generating electricity within a pneumatic wheel assembly
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