KR101402998B1 - 도로발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 도로발전장치는, 주행차량의 하중에 의해 하강되는 승강로드와, 상기 승강로드의 직선이송력을 회전력으로 변환시키는 기어세트와, 상기 기어세트로부터 회전력을 전달받아 전류를 발생시키는 발전기와, 상기 기어세트에 연결되어 상기 승강로드 하강 시 발생되는 회전력을 축적하였다가 축적된 회전력을 상기 발전기로 전달하는 동력축적수단을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 도로발전장치는, 차량의 하중에 의해 승강 블록이 하강되는 동안뿐만 아니라 상기 승강 블록이 원위치로 복귀되도록 상승되는 동안에도 발전기에 회전력을 인가하여 전류를 발생시키므로 발전효율이 매우 높아지며, 차량이 지나간 이후에도 일정 시간동안 발전이 가능하므로 활용성이 높아진다는 장점이 있다.

Description

도로발전장치 {Road generator}
본 발명은 주행하는 차량의 하중을 이용하여 발전을 이루는 도로발전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 차량의 하중이 인가되는 동안뿐만 아니라 차량이 통과한 이후에도 발전이 이루어지도록 구성되어 발전효율이 향상된 도로발전장치에 관한 것이다.
차량이 이동하는 도로 상에는 전력을 필요로 하는 전기 장치가 많이 있다. 예를 들면, 신호등, 고속도로 톨게이트의 차단봉, 조명등, 기타 안전표시장치 등이 도로 상에 전력을 필요로 하는 전기 장치가 될 수 있다. 이러한 장치들에는 큰 전력은 필요하지 않으나 반드시 전력이 공급되어야 작동하는 장치가 포함된다.
신호등을 예로 들어 설명하면, 교통신호등을 제어하는 제어기는 교차로 또는 건널목에서 차량과 사람의 이동에 대한 신호를 표시한다. 현재 이러한 신호 표시를 위해 별도의 외부 전력을 사용하고 있다. 그러나 정전이 발생하는 등의 이유로 정상적으로 외부 전력이 공급되지 않는 경우에는 신호등이 제대로 작동하지 않으므로, 사고의 발생 또는 교통 혼잡의 발생이 야기되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 상술한 고속도로 톨게이트의 차단봉, 조명등, 기타 도로상에 표시되는 안전표시장치에서도 발생될 수 있다.
따라서 최근 들어서는, 정전이 발생되었을 때에도 차단봉이나 조명등, 기타 안전표시장치에 전력이 인가될 수 있도록, 차량의 하중을 이용한 도로발전장치가 다양한 구조로 제안되고 있다. 일반적으로 차량의 하중을 이용한 도로발전장치는, 차량이 지나가는 과속방지턱에 승강 블록이 구비되어 과속방지턱을 지나는 차량에 의해 승강 블록이 하향 가압될 때 회전력을 발생시키고, 발생된 회전력으로 발전기를 구동시킴으로써 전기를 발생시키도록 구성되어 있다. 또한, 차량의 하중에 의해 하강되었던 승강 블록은 별도의 복원수단에 의해 상승되어 원위치 됨으로써, 발전이 반복적으로 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 상기 복원수단의 강성이 클수록 승강 블록의 원위치가 보다 빠르게 이루어지는데, 상기 복원수단의 강성이 과도하게 크면 차량의 하중에 의해 승강 블록이 원활하게 하강되지 못하여 발전이 이루어질 수 없으므로, 상기 복원수단은 아무런 하중이 가해지지 아니한 승강 블록을 상승시킬 수 있을 정도의 탄성력만을 갖도록 구성된다.
따라서 상기와 같이 구성되는 종래의 도로발전장치는, 차량의 하중이 인가되어 상기 승강 블록이 하강하는 동안에만 발전이 이루어지고 승강 블록이 상승하는 동안에는 발전이 이루어지지 아니하도록 구성되는바, 발전효율이 낮다는 단점이 있다. 또한, 종래의 도로발전장치는 차량이 통과하는 시점에만 발전이 되므로, 별도의 충전장치가 없는 한 차량이 지나간 이후에는 즉시 전류공급이 중단되어 안전사고의 우려가 발생된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 하중에 의해 승강 블록이 하강되는 동안은 물론 상기 승강 블록이 원위치로 복귀되도록 상승되는 동안 및 승강블록의 상승이 완료된 이후에도 전류를 발생시킴으로써 발전효율 향상이 가능하고, 차량이 완전히 통과한 이후에도 일정 시간동안 발전이 가능하여 전류공급 시간을 연장시킬 수 있는 도로발전장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 도로발전장치는, 주행차량의 하중에 의해 하강되는 승강로드와, 상기 승강로드의 직선방향 이송력을 회전력으로 변환시키는 기어세트와, 상기 기어세트로부터 회전력을 전달받아 전류를 발생시키는 발전기와, 상기 기어세트에 연결되어 상기 승강로드 하강 시 발생되는 회전력을 축적하였다가 축적된 회전력을 상기 발전기로 전달하는 동력축적수단을 포함하여 구성된다.
상기 승강로드 하강 시에는 상기 승강로드로부터 상기 발전기 측으로의 회전력 전달을 수행하고, 상기 승강로드 상승 시에는 상기 승강로드로부터 상기 발전기 측으로의 회전력 전달을 차단하는 단방향 동력전달수단을 더 포함한다.
상기 기어세트는, 상기 승강로드의 일측이 결합되는 제1 구동기어와, 동력전달샤프트에 고정 결합되고 상기 제1 구동기어와 기어 결합되는 제1 종동기어와, 상기 동력전달샤프트에 고정 결합되는 제2 구동기어와, 상기 발전기의 발전샤프트에 고정 결합되고 상기 제2 구동기어와 기어 결합된 제2 종동기어를 포함하고, 상기 동력전달샤프트는, 상기 제1 종동기어가 고정 결합된 제1 동력전달샤프트와 상기 제2 구동기어가 고정 결합된 제2 동력전달샤프트로 구분되며, 상기 단방향 동력전달수단은 상기 제1 동력전달샤프트와 상기 제2 동력전달샤프트 사이에 장착된다.
상기 기어세트는, 상기 발전샤프트에 고정 결합되며 상기 제2 종동기어보다 기어이빨 개수가 많은 제3 구동기어와, 상기 동력축적수단의 회전샤프트에 고정 결합되는 제3 종동기어를 더 포함한다.
상기 승강로드가 하강되었을 때 상기 승강로드에 상향 탄성력을 인가하는 복원수단을 더 포함한다.
상기 동력축적수단은 태엽으로 적용된다.
상기 승강로드의 상단에 결합되어 승강 가능한 구조로 도로의 과속방지턱에 장착되되, 차량의 하중이 인가되지 아니하는 경우 상단이 상기 과속방지턱의 상면으로부터 상향 돌출되는 승강블록을 더 포함한다.
본 발명에 의한 도로발전장치는, 차량의 하중에 의해 승강 블록이 하강되는 동안뿐만 아니라 상기 승강 블록이 원위치로 복귀되도록 상승되는 동안 및 승강블록의 상승이 완료된 이후에도 발전기에 회전력을 인가하여 전류를 발생시키므로 발전효율이 매우 높아지며, 차량이 지나간 이후에도 일정 시간동안 발전이 가능하므로 활용성이 높아진다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 도로발전장치의 사용예를 도시하는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 도로발전장치의 평면도 및 사시도이다.
도 5는 단방향 동력전달수단의 실시예를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 도로발전장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 도로발전장치의 사용예를 도시하는 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 도로발전장치의 평면도 및 사시도이며, 도 5는 단방향 동력전달수단의 실시예를 도시한다.
본 발명에 의한 도로발전장치는 도로(10)를 주행하던 차량이 과속방지턱(20)과 같은 설치물을 통과할 때 차량으로부터 인가되는 하중을 이용하여 전류를 발생시키도록 구성되는 도로발전장치의 일종으로서, 도로(10)의 과속방지턱(20)을 상하 방향으로 관통하며 차량의 하중이 인가되지 아니하는 동안에는 도 1에 도시된 바와 같이 상단이 상기 과속방지턱(20)의 상면으로부터 상향 돌출되고 차량의 하중이 인가되었을 때는 도 2에 도시된 바와 같이 아래로 하강되는 승강블록(100)과, 상단이 상기 승강블록(100)에 결합되어 주행차량이 승강블록(100)을 하향 가압하였을 때 상기 승강블록(100)과 함께 하강되는 승강로드(200)와, 상기 승강로드(200)의 직선이송력을 회전력으로 변환시키는 기어세트(400)와, 상기 기어세트(400)로부터 회전력을 전달받아 전류를 발생시키는 발전기(600)와, 상기 승강로드(200)가 하강되었을 때 상기 승강로드(200)에 상향 탄성력을 인가하는 복원수단(300)을 포함하여 구성된다.
이때, 승강로드(200)를 하향 가압하는 힘은 차량의 하중과 동일하므로 가압력의 크기는 매우 크지만, 승강로드(200)의 스트로크는 승강블록(100)이 과속방지턱(20)으로부터 돌출된 높이를 따르므로 스트로크 거리가 비교적 짧다는 특성이 있다. 따라서 상기 기어세트(400)는 승강로드(200)를 가압하는 힘의 스트로크가 짧더라도 보다 많은 회전수의 회전력을 얻을 수 있도록, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수 개의 기어로 구성되어 회전력을 가속시키는 구조로 구성됨이 바람직하다. 즉, 상기 기어세트(400)는, 상기 승강로드(200)의 일측이 결합되어 승강로드(200) 승강에 따라 구동샤프트(510)를 중심으로 회전되는 제1 구동기어(410)와, 동력전달샤프트(520)에 고정 결합되고 제1 구동기어(410)와 기어 결합되는 제1 종동기어(420)와, 상기 동력전달샤프트(520)에 고정 결합되는 제2 구동기어(430)와, 상기 발전기(600)의 발전샤프트(530)에 고정 결합되고 상기 제2 구동기어(430)와 기어 결합된 제2 종동기어(440)와, 상기 발전샤프트(530)에 고정 결합되며 상기 제2 종동기어(440)보다 기어이빨 개수가 많은 제3 구동기어(450)와, 상기 동력축적수단의 회전샤프트에 고정 결합되는 제3 종동기어(460)를 포함하여 구성된다. 상호 기어 결합되는 각 기어들은 회전각도가 증가될 수 있는 기어비를 가지는바, 제1 구동기어(410)가 90도 정도만 회전되더라도 발전기(600)에 결합되는 발전샤프트(530)는 발전에 필요한 만큼 수회에 걸쳐 회전될 수 있게 된다.
따라서 도 2에 도시된 바와 같이 차량이 과속방지턱(20)을 지나면서 바퀴로 승강블록(100)을 밟아 하강시켰을 때, 승강로드(200)는 승강블록(100)과 함께 아래로 하강되고, 승강로드(200)의 직선방향(본 실시예에서는 상하방향) 이송력은 기어세트(400)에 의해 회전력으로 변환 및 가속되어 발전기(600)로 전달됨으로써 발전이 이루어지게 된다. 이와 같이 차량의 하중이 인가됨에 따라 발생되는 수직방향 이송력을 회전력으로 변환하여 발전기(600)를 구동하는 구조는, 종래에 다양한 방식으로 제안되어 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때, 본 발명에 의한 도로발전장치는 단순히 차량의 하중이 인가되는 동안 즉, 차량이 과속방지턱(20)을 지나는 동안에만 발전이 이루어지는 것이 아니라, 차량의 하중이 인가된 이후 즉, 차량이 과속방지턱(20)을 지나간 이후에도 일정 시간동안 발전이 이루어질 수 있도록 구성됨으로써, 발전 효율이 향상될 뿐만 아니라 전류 공급 시간도 길어지므로 제품의 효용 가치가 매우 높아진다는 장점이 있다.
본 발명에 의한 도로발전장치는 상기 언급한 바와 같이 차량의 하중이 인가된 이후에도 일정시간 동안 발전이 이루어질 수 있도록, 상기 기어세트(400)에 연결되어 승강로드(200)가 하강 시 발생되는 회전력을 축적하였다가, 축적된 회전력을 상기 승강로드(200)가 상승되는 동안이나 상승이 완료된 이후까지 상기 발전기(600)로 전달하는 동력축적수단을 추가로 구비한다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 본 실시예에서는, 외력이 인가되었을 때 인가된 외력을 축적하였다가 외력 인가가 해제되었을 때 축적된 힘을 출력하는 동력축적수단으로 태엽(700)을 예로 들어 설명한다. 그러나 상기 동력축적수단은 태엽(700)으로 한정되지 아니하고, 외력을 축적 및 출력하는 기능만을 가질 수 있다면 태엽(700) 이외에 다양한 종류의 기계장치로 대체될 수 있다.
상기 동력축적수단 즉, 태엽(700)의 태엽샤프트(540)는, 제3 구동기어(450)와 제3 종동기어(460)를 연결 매개체로 발전샤프트(530)와 양방향 동력 전달이 가능하도록 구성되는바, 승강로드(200)가 하강되어 발전기(600)의 발전샤프트(530)가 회전되고 이에 따라 발전기(600)가 발전을 하는 동안, 상기 태엽(700)은 외력을 축적하도록 감기게 된다. 차량이 과속방지턱(20)을 지나가 승강로드(200)를 하강시키는 힘이 더 이상 인가되지 아니하게 되면, 상기 태엽(700)은 태엽샤프트(540)를 반대 방향으로 회전시키게 되고, 태엽샤프트(540)와 기어 결합된 발전샤프트(530) 역시 승강로드(200) 하강 시와 반대 방향으로 회전하게 된다. 상기 발전기(600)는 회전방향에 관계없이 발전샤프트(530)가 회전될 때 발전을 하도록 구성되므로, 태엽(700)의 힘에 의해 발전샤프트(530)가 회전될 때에도 발전을 하게 된다.
즉, 본 발명에 의한 도로발전장치는, 차량이 승강블록(100)을 하강시키는 동안에는 차량의 가압력(더 명확하게는 하중)으로 전류를 발생시키고, 차량이 승강블록(100)을 지난 이후에는 태엽(700)에 축적된 힘으로 전류를 발생시키도록 구성되므로, 발전 효율이 현저히 향상된다는 장점이 있다. 또한, 전류를 발생시키는 시간이 약 2배로 길어지므로, 별도의 충전수단 없이도 비교적 장시간동안 차단봉, 조명등, 기타 도로(10)상에 표시되는 안전표시장치 등에 전원을 인가할 수 있으므로, 안전사고 발생이 감소되는 효과까지 얻을 수 있게 된다.
구동샤프트(510)와 동력전달샤프트(520)와 발전샤프트(530)와 태엽샤프트(540)가 단순히 기어결합으로 연결되면, 하강되었던 승강로드(200)가 복원수단(300)의 힘에 의해 상승될 때 구동샤프트(510)뿐만 아니라 동력전달샤프트(520), 발전샤프트(530), 태엽샤프트(540) 등 모든 샤프트들이 회전되어야 하므로, 매우 큰 힘이 요구된다. 구동샤프트(510)와 동력전달샤프트(520)와 발전샤프트(530)와 태엽샤프트(540)를 모두 안정적으로 회전시킬 수 있을 만큼의 충분한 크기의 힘이 인가되지 아니하면, 승강로드(200) 및 이에 결합된 승강블록(100)이 정상 높이까지 안정적으로 상승되지 못하게 되므로, 차량(10)이 지날 때 승강로드(200)의 하강 스트로크가 짧아져 발전 효율이 감소된다는 문제가 발생된다.
따라서 본 발명에 의한 충전장치는, 상기 승강로드(200) 하강 시에는 상기 승강로드(200)로부터 상기 발전기(600) 측으로 회전력이 전달될 수 있고, 승강로드(200) 상승 시에는 상기 승강로드(200)로부터 상기 발전기(600) 측으로 회전력이 전달되지 아니하도록, 일방향으로 회전되는 회전력만을 전달하는 단방향 동력전달수단(800)이 추가로 구비될 수 있다. 이때 상기 동력전달샤프트(520)는 제1 종동기어(420)가 고정 결합된 제1 동력전달샤프트(522)와 제2 구동기어(430)가 고정 결합된 제2 동력전달샤프트(524)로 구분되며, 단방향 동력전달수단(800)은 제1 동력전달샤프트(522)와 제2 동력전달샤프트(524) 사이에 장착되어, 승강로드(200)가 하강될 때에는 제1 동력전달샤프트(522)의 회전력이 제2 동력전달샤프트(524)로 전달되고, 승강로드(200)가 상승될 때에는 제1 동력전달샤프트(522)의 회전력이 제2 동력전달샤프트(524)로 전달되지 아니하도록 구성됨이 바람직하다.
즉, 본 실시예에 도시된 바와 같이 승강로드(200)의 하강으로 인해 제1 동력전달샤프트(522)가 반시계방향으로 회전될 때에는 상기 단방향 동력전달수단(800)이 제1 동력전달샤프트(522)의 회전력을 제2 동력전달샤프트(524)로 전달하고, 승강로드(200)의 상승으로 인해 제1 동력전달샤프트(522)가 시계방향으로 회전될 때에는 상기 단방향 동력전달수단(800)이 제1 동력전달샤프트(522)와 제2 동력전달샤프트(524) 간의 동력전달을 끊어 제2 동력전달샤프트(524)로 회전력이 전달되지 아니하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 단방향 동력전달수단(800)은, 도 5에 도시된 바와 같이 내주면에 기어이빨이 형성된 라체트 기어(810)와, 라체트 기어(810) 내측에 장착되는 회전판(820)과, 상기 회전판에 결합된 디텐트(830)를 포함하는 라체트 기어박스로 적용될 수 있다. 이때, 라체트 기어박스는 이미 본원발명이 해당하는 기술분야에서 널리 활용되고 있는 제품이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 차량 20 : 과속방지턱
100 : 승강블록 200 : 승강로드
300 : 복원수단 400 : 기어세트
410 : 제1 구동기어 420 : 제1 종동기어
430 : 제2 구동기어 440 : 제2 종동기어
450 : 제3 구동기어 460 : 제3 종동기어
510 : 구동샤프트 520 : 동력전달샤프트
522 : 제1 동력전달샤프트 524 : 제2 동력전달샤프트
530 : 발전샤프트 540 : 태엽샤프트
600 : 발전기 700 : 태엽
800 : 단방향 동력전달수단 810 : 라체트 기어
820 : 회전판 830 : 디텐트

Claims (7)

  1. 주행차량의 하중에 의해 하강되는 승강로드;
    상기 승강로드의 직선방향 이송력을 회전력으로 변환시키는 기어세트;
    상기 기어세트로부터 회전력을 전달받아 전류를 발생시키는 발전기;
    상기 기어세트에 연결되어 상기 승강로드 하강 시 발생되는 회전력을 축적하였다가, 축적된 회전력을 상기 발전기로 전달하는 동력축적수단;
    상기 승강로드 하강 시에는 상기 승강로드로부터 상기 발전기 측으로의 회전력 전달을 수행하고, 상기 승강로드 상승 시에는 상기 승강로드로부터 상기 발전기 측으로의 회전력 전달을 차단하는 단방향 동력전달수단을 포함하며,
    상기 기어세트는, 상기 승강로드의 일측이 결합되는 제1 구동기어와, 동력전달샤프트에 고정 결합되고 상기 제1 구동기어와 기어 결합되는 제1 종동기어와, 상기 동력전달샤프트에 고정 결합되는 제2 구동기어와, 상기 발전기의 발전샤프트에 고정 결합되고 상기 제2 구동기어와 기어 결합된 제2 종동기어를 포함하고,
    상기 동력전달샤프트는, 상기 제1 종동기어가 고정 결합된 제1 동력전달샤프트와 상기 제2 구동기어가 고정 결합된 제2 동력전달샤프트로 구분되며,
    상기 단방향 동력전달수단은 상기 제1 동력전달샤프트와 상기 제2 동력전달샤프트 사이에 장착되고,
    상기 기어세트는, 상기 발전샤프트에 고정 결합되며 상기 제2 종동기어보다 기어이빨 개수가 많은 제3 구동기어와, 상기 동력축적수단의 회전샤프트에 고정 결합되는 제3 종동기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 승강로드가 하강되었을 때 상기 승강로드에 상향 탄성력을 인가하는 복원수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동력축적수단은 태엽인 것을 특징으로 하는 도로발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 승강로드의 상단에 결합되어 승강 가능한 구조로 도로의 과속방지턱에 장착되되, 차량의 하중이 인가되지 아니하는 경우 상단이 상기 과속방지턱의 상면으로부터 상향 돌출되는 승강블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로발전장치.
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