KR101546798B1 - 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 회전체 및 발전체를 다층 결합하여 회전에너지와 전기에너지를 생성할 수 있는 발전기 일체형 전동기를 이용하여 동력을 발생하고 전달하는 시스템에 관한 것으로, 배터리로부터 인가된 직류전원을 교류전원으로 변환하고 변환된 교류전원의 출력을 제어하는 제어용 인버터; 상기 제어용 인버터로부터 변환된 교류전원을 공급받아 일정 토크의 회전력을 출력하는 복합 발전기 일체형 전동기; 상기 복합 발전기 일체형 전동기에서 출력된 회전력을 제1휠 일체형 발전기와 제2휠 일체형 발전기로 전달하는 제1동력전달장치; 상기 제1동력전달장치에서 전달된 동력을 제2동력전달장치로 전달하는 트랜스퍼, 및 상기 트랜스퍼에서 전달된 동력을 제3휠 일체형 발전기와 제4휠 일체형 발전기로 전달하는 제2동력전달장치를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 복합 발전기 일체형 전동기를 이용하여 가속 또는 감속되는 회전에너지를 발생시켜 복수의 휠을 구동시키고, 휠 일체형 발전기의 마그네트와 권선코일의 결합에 의하여 배터리를 충전할 수 있는 전력을 추출할 수 있으며, 풍력발전모듈 및 태양전지모듈로부터 발생된 전기에너지를 배터리에 충전시킬 수 있도록 하여 배터리를 이용한 차량의 에너지효율을 극대화한 것이다.

Description

복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템{Power Train System using Electric Motor with Complex Generator}

본 발명은 복합 발전기가 일체로 결합된 전동기를 이용하여 동력을 전달하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 회전체 및 발전체를 다층 결합하여 회전에너지와 전기에너지를 생성할 수 있는 발전기 일체형 전동기를 이용하여 동력을 발생하고 전달하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전기(Generator)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기이다. 회전운동이나 직선운동에 의한 전자기유도작용으로 기전력을 발생시키는 것으로, 기계의 대소 또는 직류나 교류 발전기 등에 모두 공통된 원리에 기초를 두고 있다.

기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대적 속도에 비례하며, 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 의해 알 수 있다. 발전기를 구성하는 데는 자기장을 만들기 위한 강력한 자석과 기전력을 발생시키는 도체가 필요한데, 이 둘 중 어느 하나가 작용할 수 있도록 되어 있어야 한다. 실제로 사용되는 발전기에는 회전계자형과 회전전기자형이 있다. 회전계자형은 도체가 정지하고 자기장이 회전하는 발전기이고, 회전전기자형은 이와 반대의 것이다. 매우 작은 발전기에는 영구자석이 사용되는 례가 있으나, 일반적으로는 철심에 계자코일을 감고 이것에 직류를 흐르게 하는 전자석이 사용된다. 이 경우에는 전류를 가감하면 자석의 세기도 가감할 수 있으므로 기전력의 크기를 자유로이 바꿀 수 있다. 강한 자석을 사용하여 회전속도를 높여도, 한 개의 도체에 발생하는 기전력은 수 십 V가 한계이므로, 발전기 내에 많은 도체를 넣어두고, 각 도체에 발생하는 기전력이 직렬로 가산되도록 연결하면 수백~수천 V를 얻을 수 있다.

발전기는 교류전원을 얻는 교류발전기와 직류전원을 얻는 직류발전기가 있다. 교류발전기는 회전계자형이 많고, 이 경우 고정된 쪽에는 철심에 슬롯을 여러 개 만들고, 그 슬롯 속에 도체를 넣는다. 자극이 회전할 경우, 자극 N 및 S가 통과할 때마다 교류의 양과 음의 변화를 1회 완료한다. 즉 자극이 매초 1회의 속도로 회전할 때는 도체에 얻어지는 기전력의 주파수는 1 Hz이다. 그러나 회전자의 자극 수를 4극, 6극,… 으로 증가시켰을 경우를 생각하면, 1회전 할 때마다 기전력의 변화는 2회, 3회,… 완료한다. 일반적으로 극수p인 회전자를 매초 n 회전시킬 때 얻어지는 교류의 주파수는 f=pn/2라는 관계가 된다. 한국에서의 전력용 교류의 주파수는 60 Hz이기 때문에, 2극 발전기를 사용할 경우에는 매초 60회전의 속도로 회전자를 돌리지 않으면 안 된다. 발전기의 회전속도에는 원동기 측으로부터 요청되는 수치가 있는데, 증기터빈에 의할 때는 고속도로 하는 편이 증기를 효과적으로 사용할 수 있고, 수차에 의할 때는 저속도로 하는 편이 수차의 효율이 좋다. 터빈 발전기에서는 보통 극수를 2로 하여 고속도(매분 3,000 또는 3,600회전)로 운전하고, 수차 발전기에서는 매분 수백 회전으로, 특히 저 낙차일 경우는 매분 200회전 이하의 저속도로 할 때도 있다. 보통의 교류발전기는 3상 교류를 얻을 수 있게 되어 있다. 이 경우에는 고정자의 도선 전체를 셋으로 나누고, 그것을 2극분의 고정자 내주 길이의 1/3씩 옮겨서 배치해 둔다.

3상 교류발전기는 계자코일을 회전시키는 것으로 여기에 직류를 흐르게 하여 단자를 축에 장치한 슬립링(slip ring)에 연결하고, 링 위에 장치한 브러시에 직류전원을 연결한다. 직류전원에 직류발전기를 연결한 것을 여자기라 한다. 또한, 계자권선과 정류기 및 정류기용 3상 전원 모두를 회전자 쪽에 수용하는 방식이 있다. 이것을 브러시 없는 교류발전기 즉 브러시리스 교류발전기라고 하는데, 슬립링이나 브러시가 없기 때문에 브러시가 마모된다거나 교환할 필요가 없어 보수하기가 쉽다. 이 경우에는 계자코일의 전류를 조절하려면 3상발전기 쪽의 작은 계자코일의 전류를 조절한다. 3상 교류발전기는 용량이 큰 것이 많고, 큰 전력계통의 전력공급원으로 되어 있다. 용량이란 3상의 각 권선에 발생할 수 있는 전압과 흘릴 수 있는 전류의 곱의 3배이며, 볼트암페어(VA)라는 단위로 나타낸다. 최대급의 용량은 터빈 발전기에서는 수십만 kVA이고, 수차발전기의 경우는 십여만 kVA이다. 이와 같이 발전기가 크면 치수와 무게도 커지기 때문에, 전기적으로나 기계적으로 최고급에 속하는 기술에 의하지 않으면 만들 수 없다. 그리고 직류발전기는 대부분 회전전기자형이 적용된다. 이는 회전자를 어떤 방향으로 회전시키면 회전자에 수용된 도체에 발생하는 기전력이 교류되므로, 이것을 직류로 바꾸는 동작을 시킬 필요가 있기 때문이다. 직류발전기의 극수는 2극 외에 4극이나 6극과 같은 다극으로도 할 수 있다. 직류발전기의 회전 부분의 각 코일에 발생한 기전력이 정류자와 브러시를 통해서 직류로서 나오게 된다. 고정측의 계자 코일에 직류를 보내는 방식에는 다른 직류전원, 예를 들면 전지나 그 밖의 직류발전기 등을 사용하는 타려식과, 자체에서 생긴 직류전압을 사용하는 자려식이 있다. 자려식은 전원을 준비하지 않아도 되는 간편성이 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 자려식에는 계자저항이라고 하는 가감저항이 사용되는데, 이 저항에 의해 여자전류를 가감하여 발전기단자의 전압을 바꾼다. 직류발전기의 특수한 것으로는 단극발전기가 있다. 이 발전기는 회전 부분에 도체 원통을 두고, 고정측의 자극에 의한 자기장이 축의 중심 방향으로 향하게 한 것으로서 도체 원통의 전후단에 나타나는 직류전압을 그대로 끌어내는 것이어서 정류할 필요는 없지만, 최고 30V 안팎으로 얻을 수 없다. 그러나 전류는 10만A를 넘는 큰 용량의 것도 있다.

또한, 전동기(Electric Motor)는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이다. 일반적으로 모터(Motor)를 말한다. 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되며, 교류전동기는 다시 3상 교류용과 단상 교류용으로 구분된다. 통상 3상 교류용 전동기를 주로 사용한다. 전동기는 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 기계적인 일로 바꾸는 장치이다. 대부분의 전동기는 회전운동의 동력을 만들지만 직선운동을 생산하기도 한다. 발전기는 전동기와 반대되는 장치로서 역학적 에너지를 이용하여 전기를 생산한다. 전동기와 발전기는 서로의 역할을 바꿔 대신할 수 있다. 직류전동기와 교류전동기 모두 동일한 원리로 동작한다. 전류가 흐르는 도체를 자기장 속에 놓으면 자기장의 방향에 수직한 방향으로 전자기적인 힘(로렌츠 힘)이 발생한다. 전동기 내부에 자석을 놓아 자기장을 만들고, 축에 연결된 도선에 전류를 흘리면 전자력이 발생하여 플레밍의 왼손법칙에 의해 회전하게 되어 동력을 창출한다. 도선에 작용하는 전자기력은 자기장의 세기, 전류의 세기 그리고 도선의 길이에 비례한다.

유도전동기는 회전 가능한 도체 원판 위에서 자석을 회전시켜 원판을 회전시킨다. 단상 유도전동기는 외부 자석을 회전시킴에 따른 도체 원통의 회전으로 동력을 만들며, 3상 유도전동기는 금속원통 회전자 주위에 세 가지 상의 전원을 인가하여 회전자기장을 만들어 회전자를 회전시키는 방법으로 동력을 만든다. 3상 동기전동기는 3상 권선을 해 놓은 고정자의 안쪽에 자극으로 되어 있는 회전자를 위치시켜 회전자를 회전시킨다. 직류전동기는 내부의 전기자가 180도 회전할 때마다 방향을 바꾸는 방법에 따라 브러시를 사용한 브러시부착 전동기와 전자 스위칭 기술을 이용한 브러시리스(Brushless) 전동기로 구분된다. 다시 브러시부착 전동기는 여자방식에 따라 타려식, 분권식, 복권식, 직권식으로 나뉜다. 직류전동기는 속도, 토크 및 회전방향의 제어가 용이한 장점이 있다. 그러나 정류기가 필요하고, 정류 문제나 기계적인 강도상의 문제로 고속화에 제한이 있으며, 브러시부착 전동기는 정기적인 보수 점검이 필요하다는 단점이 있다. 소형 직류전동기는 대개 12V 내외의 저전압에서 작동한다. 직류전동기는 속도제어가 쉬워 전철, 엘리베이터, 압연기 등과 같이 속도 조정이 필요한 경우 널리 사용된다. 교류전동기는 3상 교류용과 단상 교류용으로 구분되며 각각에 유도전동기와 동기전동기가 있다. 유도전동기는 전원에 바로 연결이 가능하고 구조가 간단하며 튼튼한데 비해 염가이고 취급이 쉬워 세계적으로 가장 많이 사용되고 있다. 동기전동기는 정확히 일정한 속도로 회전하며 역률조정이 쉬워 컨베이어벨트용 전동기, 소형시계나 타이밍 모터에 사용된다. 3상 교류용은 대략 1KW이상부터 수천KW까지, 그리고 드물게는 1만KW를 넘는 대형기가 있으며, 단상교류용은 수백W이하의 소형기에 사용된다. 전동기의 대부분은 발전기로도 사용할 수 있다.

또한, 전동발전기(Motor Generator)는 전동기와 발전기를 직결 또는 벨트나 기어를 사이에 넣어 결합한 전원장치이다. 전동발전기는 전력을 변성, 변환 또는 변류하려는 목적으로 사용된다. 대개의 경우 전동기는 유도전동기, 발전기는 직류발전기인데 동기전동기와 동기발전기, 동기전동기와 직류발전기가 결합된 것도 있다. 전동발전기는 전동기와 발전기가 같은 받침대 위에 설치되어 양자가 직결된다. 또, 전용의 조작반을 설치할 때가 많고 여기에 전동기의 주스위치, 전류계, 과전류일 때에 개로하는 차단기나 퓨즈, 발전기 쪽의 전압계, 전류계, 전압 조정장치 등이 장착되어 있다. 또한 전동기 시동시의 전류를 감소시키기 위해 시동할 때만 전압을 내려 전동기에 가하기 위한 변환스위치 등을 설치할 때도 있다.

이와 같이 종래에 발전기와 전동기는 각각의 기능을 수행하는 발전기와 전동기를 결합하여 사용되는데, 별도의 발전기와 전동기를 구비하여야 하고, 전용의 조작반이나 부가장치 등을 장착하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

또한, 전기자동차(EV) 또는 하이브리드 전기자동차(HEV)에 적용되는 전동기는 배터리로부터 인버터를 거쳐 교류로 변환된 전원으로 회전축을 구동시켜 동력을 발생시키고, 발생된 동력으로 바퀴를 회전시킨다. 따라서 전동기는 전기에너지를 회전에너지로 변환시켜 전기자동차의 바퀴가 구동되도록 한다. 그리고 전기자동차의 제동을 위하여 브레이크페달을 밟았을 때에 회생제동에 따른 회전력을 발전기로 전달하고 발전기에서 발생된 전류를 배터리에 충전할 수 있도록 하고 있다. 그러나 전기자동차의 회생제동장치를 제외하고는 배터리의 전류 공급에 의하여 전동기를 구동시키게 되므로 배터리의 용량에 따라 전기자동차의 연비나 주행거리가 제한되는 등 에너지효율이 떨어지는 단점이 있었다.

특허문헌 1은 적어도 하나의 구동축에 동력을 출력 가능한 동력출력장치에 있어서, 상기 구동축에 단독으로 동력을 입출력 가능한 적어도 하나의 전동기와, 상기 전동기의 어느 것과도 전력의 주고받음이 가능하고 상기 전동기의 역행측의 정격출력의 총합에 대한 전극 총면적의 비율이 제 1 기설정된 비율 이상이 되는 전극을 가지는 2차 전지를 구비하고, 상기 제 1 기설정된 비율은 상기 전동기의 어느 것으로부터도 역행측의 정격출력을 출력하였을 때에 상기 2차 전지의 허용 전압을 초과하는 비율인 전지 허용 전압 초과율이 100% 미만이 되는 비율인 것을 특징으로 하는 동력출력장치가 개시되어 있다.

특허문헌 2는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 탑재되는 모터의 출력축이 연결되는 다이너모미터와, 상기 모터 또는 상기 다이너모미터에 전력을 공급하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 전력을 상기 다이너모미터 및 상기 모터에 공급하는 모터 시험용 회로와, 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차에 탑재되는 배터리가 접속되고, 상기 전원 장치의 전력을 상기 배터리에 공급하거나 또는 상기 배터리의 전력을 배출하는 배터리 충방전용 회로와, 상기 모터 시험용 회로와 상기 배터리 충방전용 회로를 절환하는 회로 절환 기구를 구비하는 전기 자동차용 시험 시스템이 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0973765호(2010.08.04. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0139559호(2012.12.27. 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 회전체와 발전체를 다층 결합하여 복수 단의 복합 발전에너지의 생성과 더불어 복수 단의 회전에너지를 생성하기 위한 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 회전에너지와 전기에너지를 생성할 수 있는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용하여 동력을 발생하고 전달하기 위한 것이 다른 목적이다.

또한, 본 발명은 복합 발전기 일체형 전동기를 이용하여 회전 동력이 발생되는 동안 전기에너지를 생성하여 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 극대화시키기 위한 것이 또 다른 목적이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 배터리로부터 인가된 직류전원을 교류전원으로 변환하고 변환된 교류전원의 출력을 제어하는 제어용 인버터; 상기 제어용 인버터로부터 변환된 교류전원을 공급받아 일정 토크의 회전력을 출력하는 복합 발전기 일체형 전동기; 상기 복합 발전기 일체형 전동기에서 출력된 회전력을 제1휠 일체형 발전기와 제2휠 일체형 발전기로 전달하는 제1동력전달장치; 상기 제1동력전달장치에서 전달된 동력을 제2동력전달장치로 전달하는 트랜스퍼, 및 상기 트랜스퍼에서 전달된 동력을 제3휠 일체형 발전기와 제4휠 일체형 발전기로 전달하는 제2동력전달장치를 포함하고, 상기 복합 발전기 일체형 전동기는 제1원통부재 중심에 회전축이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제1마그네트가 장착된 제1회전체와, 내측이 관통된 제2원통부재 내측면에 제1발전용 권선코일부가 구비되고 제2원통부재 외측면에 제1회전용 권선코일부가 구비되어 일체 구성되며 상기 제1회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제2회전체와, 내측이 관통된 제3원통부재와 제4원통부재가 일정 간격을 두고 구비되되, 제3원통부재 내측면에 복수의 제2마그네트가 장착되고 제4원통부재 외측면에 제2회전용 권선코일부가 구비되며 제3원통부재와 제4원통부재 사이에 제2발전용 권선코일부가 장착되어 일체 구성되고 상기 제2회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제3회전체와, 내측이 관통된 제5원통부재 내측면에 복수의 제3마그네트가 장착되어 상기 제3회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제4회전체와, 내측이 관통된 제6원통부재 외측면에 복수의 제4마그네트가 장착되어 상기 제4회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제5회전체, 및 내측이 관통된 제7원통부재 내측면에 제3회전용 권선코일부가 일체 구성되어 상기 제5회전체 외주면에 일정 간격을 두고 이격 설치된 고정체를 포함하여 이루어지되, 상기 제2회전체의 제2원통부재 일측에 제1유성기어장치가 일체 결합되고, 상기 제3회전체의 제3원통부재 및 제4원통부재 일측에 제2유성기어장치가 일체 결합되며, 상기 제4회전체의 제5원통부재 일측에 제3유성기어장치가 일체 결합되고, 상기 제5회전체의 제6원통부재 일측에 제4유성기어장치가 일체 결합되고, 상기 제1휠 일체형 발전기 내지 제4휠 일체형 발전기는 내측이 관통된 제8원통부재 외측면 일측에 각 구동축의 구동기어가 기어 결합되는 기어가 형성되고 내측면에 복수의 제5마그네트가 장착되는 제6회전체와, 내측이 관통된 제9원통부재 내측면에 제3발전용 권선코일부가 구비되고 제9원통부재 외측면에 제4회전용 권선코일부가 구비되어 일체 구성되며 상기 제6회전체 내주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제7회전체와, 제10원통부재 중심에 회전축이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제6마그네트가 일체 장착되며 상기 제7회전체 내주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제8회전체와, 상기 제8회전체의 회전축에 축 결합되어 제8회전체의 회전력을 증폭하는 크랭크기어, 및 상기 크랭크기어의 외주면에 일체 결합되어 각각의 휠로 회전력을 전달하는 제9회전체를 각각 포함하는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템을 제공한 것이 특징이다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1회전체의 회전축 양측에는 각각 마그네틱베어링과의 자기부상에 의해 비접촉 지지되고, 상기 제2회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제1내측기어가 고정 결합되고 상기 제3회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제1외측기어가 제1내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제1내측기어와 제1외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제1중간기어가 각각 치합되며, 상기 제3회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제2내측기어가 고정 결합되고 상기 제4회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제2외측기어가 제2내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제2내측기어와 제2외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제2중간기어가 각각 치합되고, 상기 제4회전체 외측면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제1홈이 형성되고, 제1홈에 대응하여 상기 제5회전체 내측면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제4홈이 형성되되, 상기 제1홈과 제2홈 사이에 각각 볼이 삽입되며, 상기 제5회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제3내측기어가 고정 결합되고 상기 고정체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제3외측기어가 제3내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제3내측기어와 제3외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제3중간기어가 각각 치합될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1회전체의 제1원통부재 외주에 석고로 밀봉 처리될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1유성기어장치 내지 제4유성기어장치는 중심에 위치된 선기어 외주에 복수의 유성기어가 치합되고, 유성기어 외주에 각각 링기어가 치합되며, 링기어 외주에 링커버가 장착되되, 제1유성기어장치의 링기어는 제2원통부재 일측면과 결합되고, 제2유성기어장치의 링기어는 제3원통부재 및 제4원통부재 일측면과 결합되며, 제3유성기어장치의 링기어는 제5원통부재 일측면과 결합되고, 제4유성기어장치의 링기어는 제6원통부재 일측면과 결합되며, 상기 제4유성기어장치로부터 제1유성기어장치는 가속되는 회전력이 발생되도록 하는 각각의 선기어, 유성기어 및 링기어의 기어비로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1발전용 권선코일부 및 제2발전용 권선코일부에 전력출력선이 각각 연결되고, 제1회전용 권선코일부 및 제2회전용 권선코일부에 전력출력선 및 전력입력선이 각각 연결되며, 제3회전용 권선코일부에 전력입력선이 연결되고, 상기 제1회전용 권선코일부의 전력입력선 또는 제2회전용 권선코일부의 전력입력선 중 어느 하나 이상에 일정 레벨의 전력을 입력하여 제2회전체 또는 제3회전체의 회전을 순간 가속시키는 터보기능을 부가할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 고정체 외주면에 케이스 및 덮개가 장착되고, 상기 제1마그네트 내지 제4마그네트는 각 원통부재 표면에 일정 각도로 경사지게 배열되며, 상기 제1회전체, 제2회전체, 제3회전체 및 제4회전체를 하나의 전동기로 구성하고, 제5회전체 및 고정체를 다른 하나의 전동기로 분리 구성하여 각각 회전시킬 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 복합 발전기 일체형 전동기와 제1동력전달장치 사이에 역 회전력이 전달되지 않도록 하는 오버러닝 클러치가 결합될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1동력전달장치는 복합 발전기 일체형 전동기의 회전축 일단에 결합된 피니언기어와, 상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제1구동축이 축 결합된 제1베벨기어와, 상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제2구동축과 축 결합되는 차동기어와 축 결합된 제2베벨기어와, 상기 제1구동축 단부에 결합된 제1구동기어, 및 상기 제2구동축 단부에 결합된 제2구동기어를 포함하고, 상기 제2동력전달장치는 트랜스퍼의 회전축으로부터 일단에 결합된 피니언기어와, 상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제3구동축이 축 결합된 제3베벨기어와, 상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제4구동축과 축 결합되는 차동기어와 축 결합된 제4베벨기어와, 상기 제3구동축 단부에 결합된 제3구동기어, 및 상기 제4구동축 단부에 결합된 제4구동기어를 포함하며, 상기 트랜스퍼는 지지브래킷이 결합되는 케이스와, 상기 제1베벨기어 일측에 동력전달기어로 기어 결합되고 구동스프로킷이 축 결합된 구동축과, 상기 구동스프로킷과 타이밍벨트로 결합된 종동스프로킷이 축 결합되고 제2동력전달장치로 동력을 전달하는 종동축을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제7회전체의 제9원통부재 일측에 제5유성기어장치가 일체 결합되되, 제5유성기어장치는 중심에 위치된 선기어 외주에 복수의 유성기어가 치합되고, 유성기어 외주에 링기어가 치합되며, 링기어 외주에 링커버가 장착되고, 제5유성기어장치의 링기어는 제9원통부재 일측면과 결합되고, 제5유성기어장치는 가속되는 회전력이 발생되도록 하는 선기어, 유성기어 및 링기어의 기어비로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제3발전용 권선코일부에 전력출력선이 연결되고, 제4회전용 권선코일부에 전력출력선 및 전력입력선이 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제8회전체의 회전축 양측에는 각각 마그네틱베어링과의 자기부상에 의해 비접촉 지지되고, 상기 제7회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제4내측기어가 고정 결합되고 상기 제6회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제4외측기어가 제4내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제4내측기어와 제4외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제4중간기어가 각각 치합되며, 상기 제6회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제5내측기어가 고정 결합되고 상기 제9회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제5외측기어가 제5내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제5내측기어와 제5외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제5중간기어가 각각 치합될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 크랭크기어는 서로 상이한 축으로 연결된 크랭크 핀을 사이에 두고 일정 간격으로 결합된 3개의 크랭크와, 상기 크랭크 핀 각각에 커넥팅로드로 축 결합된 유성기어와, 상기 유성기어와 치합되는 링기어를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제5마그네트와 제6마그네트는 각 원통부재 표면에 일정 각도로 경사지게 배열될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제8회전체는 복수의 강자성체와 권선코일이 권취된 전자석으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에서, 태양광을 집속하여 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈과, 제1휠 일체형 발전기와 제2휠 일체형 발전기 사이 및 제3휠 일체형 발전기와 제4휠 일체형 발전기 사이에 복수로 설치되어 풍력을 전기에너지로 변환하는 풍력발전모듈과, 상기 태양전지모듈과 풍력발전모듈에서 발생된 전기에너지와 상기 제1휠 일체형 발전기 내지 제4휠 일체형 발전기의 각 제7회전체의 회전으로 발생된 전기에너지를 배터리 충전전원으로 변환하여 인가하는 변환모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복합 발전기 일체형 전동기를 이용하여 가속 또는 감속되는 회전에너지를 발생시켜 복수의 휠을 구동시키고, 휠 일체형 발전기의 마그네트와 권선코일의 결합에 의하여 배터리를 충전할 수 있는 전력을 추출할 수 있으며, 풍력발전모듈 및 태양전지모듈로부터 발생된 전기에너지를 배터리에 충전시킬 수 있도록 하여 배터리를 이용한 차량의 에너지효율을 극대화한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예로, 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 나타낸 분리사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 나타낸 분리단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기에 적용된 유성기어장치를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 트랜스퍼를 나타낸 분리사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 휠 일체형 발전기를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 휠 일체형 발전기를 나타낸 분리사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 휠 일체형 발전기를 나타낸 분리단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 휠 일체형 발전기를 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 크랭크기어를 나타낸 분리사시도이다.
도 15는 본 발명에 따른 크랭크기어를 나타낸 측면도이다.

이하 본 발명에 따른 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서, 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템은 배터리에 축전된 전기에너지를 운동에너지로 변환시키고 운동에너지에 의해 발생된 동력을 동력전달장치를 통해 복수의 휠로 전달하는 것이다. 본 발명은 전기에너지로 구동하는 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 차량에 적용될 수 있고, 동력을 발생 및 전달하는 동안 전기에너지를 생산할 수 있도록 하여 배터리를 재충전할 수 있도록 하는 시스템이다.

제어용 인버터(220)는 배터리(200)로부터 인가된 직류전원(DC)을 교류전원(AC)으로 변환하고 변환된 교류전원의 출력을 제어하는 것이다. 제어용 인버터(220)는 전자적 제어장치(ECU)를 포함하고 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 구동에 제어하는 것이다. 배터리(200)는 2차 전지로 배터리 내에서 발생하는 화학적 작용에 의한 전기적 에너지를 공급하는 것이다. 배터리(200)는 일정 횟수의 충전 및 방전이 가능한 납축전지, 알칼리축전지, MF축전지 또는 리튬이온전지나 리튬폴리머전지 등 다양한 종류 및 방식의 어느 것이라도 적용될 수 있다.

복합 발전기 일체형 전동기(1)는 제어용 인버터(220)로부터 변환된 교류전원을 공급받아 일정 토크의 회전력을 출력하는 것으로, 복합 발전기 일체형 전동기(1)는 복수의 회전체가 복층으로 결합된 것이다.

도 3에서, 복합 발전기 일체형 전동기(1)는 외부에서 인가된 전원으로 다양한 레벨의 직류 전원이나 교류 전원 등의 전기에너지를 생성함과 더불어 가속되거나 감속되는 회전에너지를 생성하는 것으로, 대략 원통형으로 중심에 회전축(12)이 축 결합되고, 외부는 케이스(2)와 덮개(3)로 둘러 쌓여있다. 또한, 복합 발전기 일체형 전동기(1)는 회전축(12)에 회전하는 동력에너지가 인가되면 다양한 레벨의 직류 전원이나 교류 전원 등의 전기에너지를 생성함과 더불어 가속되거나 감속되는 회전에너지를 생성한다.

도 4 내지 도 6에서, 복합 발전기 일체형 전동기(1)는 케이스(2) 내에 제1회전체(10) 내지 제5회전체(50)와 고정체(50)가 축 결합된다.

제1회전체(10)는 제1원통부재(11) 중심에 회전축(12)이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제1마그네트(13)가 장착된다. 제1회전체(10)는 대략 원통형이고 중심에 회전축(12)이 결합된다. 그리고 제1회전체(10) 외주면에는 복수의 제1마그네트(13)가 일정 간격 및 각도로 장착된다. 제1마그네트(13)는 제1회전체(10)의 수평면에 일정 각도로 경사지게 장착된다. 제1회전체(10)의 회전축(12) 양측에는 덮개(3) 중심에 장착된 제1마그네틱베어링(4)과 케이스(2) 중심에 장착된 제2마그네틱베어링(5)으로 회전축(12)이 회전 지지된다. 더욱이 마그네틱베어링(4, 5)은 자기부상의 원리가 적용된 비접촉식 베어링이다. 마그네틱베어링(4, 5)은 제1회전체(10)의 회전축(12)을 비접촉 지지함으로써 마찰이나 마모가 없고 윤활이나 밀봉 등이 필요 없어 클린성을 향상시킬 수 있다. 특히 고속으로 회전하는 제1회전체(10)의 지지와 더불어 정밀한 제어와 안정성, 자동 평행성과 감시성이 좋은 이점이 있다. 또한, 제1회전체(10)의 제1원통부재(11) 외주에 석고(14)로 밀봉 처리한다. 이때, 제1마그네트(13) 표면은 외부로 노출되게 석고(14)로 밀봉 처리하되, 석고로 밀봉처리는 제1원통부재(11) 내측의 권선코일로부터 발생되는 열이 외부로 방사되지 않도록 차단하는 것이다. 더욱이 석고를 포함하여 외부로 열이 용이하게 방사되거나 전달되지 않도록 하는 재질이 적용되는 것도 좋다.

제2회전체(20)는 제1회전체(10) 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 제2회전체(20)는 내측이 관통된 제2원통부재(21) 내측면에 제1발전용 권선코일부(22)가 일정 간격으로 장착되고, 제2원통부재(21) 외측면에 제1회전용 권선코일부(23)가 일정 간격으로 장착된다. 제2원통부재(21) 외주면의 양단부에 원주면을 따라 제1내측기어(24)가 고정 결합되고, 제3회전체(30)의 제3원통부재(31) 내측면 양단부에 원주면을 따라 제1외측기어(36)가 제1내측기어(24)와 대응되는 위치에 고정 결합되며, 제1내측기어(24)와 제1외측기어(36) 사이에 일정 간격으로 복수의 제1중간기어(25)가 각각 치합된다. 제1내측기어(24)와 제2중간기어(25), 그리고 제2외측기어(36)의 치합은 일정 간격 유지와 더불어 제2회전체(20)의 제2원통부재(21)와 제3회전체(30)의 제3원통부재(31)가 고속회전에 따른 마찰을 최소화시킨다.

제3회전체(30)는 제2회전체(20) 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 제3회전체(30)는 내측이 각각 관통된 제3원통부재(31)와 제4원통부재(32)가 일정 간격을 두고 설치되고, 제3원통부재(31) 내측면에 복수의 제2마그네트(33)가 일정 간격 및 각도로 경사지게 장착되며, 제4원통부재(32) 외측면에 제2회전용 권선코일부(35)가 일정 간격으로 장착되며, 제3원통부재(31)과 제4원통부재(32) 사이에는 제2발전용 권선코일부(34)가 일정 간격으로 장착된다. 제3회전체(30)의 제4원통부재(32) 외측면 양단부에 원주면을 따라 제2내측기어(37)가 고정 결합되고, 제4회전체(40)의 제5원통부재(41) 내측면 양단부에 원주면을 따라 제2외측기어(43)가 제2내측기어(37)와 대응되는 위치에 고정 결합되며, 제2내측기어(37)와 제2외측기어(43) 사이에 일정 간격으로 복수의 제2중간기어(38)가 각각 치합된다. 제2내측기어(37)와 제2중간기어(38), 그리고 제2외측기어(43)의 치합은 일정 간격 유지와 더불어 제3회전체(30)의 제4원통부재(32)와 제4회전체(40)의 제5원통부재(41)가 고속회전에 따른 마찰을 최소화시킨다.

제4회전체(40)는 제3회전체(30) 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 제4회전체(40)는 내측이 관통된 제5원통부재(41) 내측면에 복수의 제3마그네트(42)가 일정 간격 및 각도로 경사지게 장착된다. 제5원통부재(41) 외주면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제1홈(44)이 형성되고, 제6원통부재(51) 내주면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제2홈(53)이 제1홈(44)에 대응하여 형성된다. 제1홈(44)과 제2홈(53) 사이에는 볼(45)이 삽입 지지된다. 따라서 제1홈(44)과 제2홈(53) 사이에 각각 볼(45)이 삽입되어 제5원통부재(41)와 제6원통부재(51) 사이의 간격 유지와 더불어 제5원통부재(41)와 제6원통부재(51)의 회전에 따른 마찰을 최소화하기 위한 구름운동이 이루어지도록 하는 것이다.

제5회전체(50)는 제4회전체(40) 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 제5회전체(50)는 내측이 관통된 제6원통부재(51) 외측면에 복수의 제4마그네트(52)가 일정 간격 및 각도로 경사지게 장착된다.

고정체(50)는 제5회전체(50) 외주면에 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 고정체(50)는 내측이 관통된 제7원통부재(61) 내측면에 제3회전용 권선코일부(62)가 일정 간격으로 장착된다. 제5회전체(50)의 제6원통부재(51) 외측면 양단부에 원주면을 따라 제3내측기어(54)가 고정 결합되고, 고정체(60)의 제7원통부재(61) 내측면 양단부에 원주면을 따라 제3외측기어(63)가 제3내측기어(54)와 대응되는 위치에 고정 결합되며, 제3내측기어(54)와 제3외측기어(63) 사이에 일정 간격으로 복수의 제3중간기어(55)가 각각 치합된다. 제3내측기어(54)와 제3중간기어(55), 그리고 제3외측기어(54)의 치합은 일정 간격 유지와 더불어 제5회전체(50)의 제6원통부재(51)와 고정체(60)의 제7원통부재(61)가 고속회전에 따른 마찰을 최소화시킨다.

상기 제1발전용 권선코일부(22)에는 전력을 추출할 수 있는 전력출력선(22a)이 연결되고, 제2발전용 권선코일부(34)에는 전력을 추출할 수 있는 전력출력선(34a)이 각각 연결되며, 제1회전용 권선코일부(23)에는 전력을 추출하거나 외부에서 전력을 입력하기 위한 전력입력선 및 전력출력선(23a)이 연결되고, 제2회전용 권선코일부(35)에는 전력을 추출하거나 외부에서 전력을 입력하기 위한 전력입력선 및 전력출력선(35a)이 각각 연결된다. 또한, 상기 제3회전용 권선코일부(62)에는 전력을 입력하기 위한 전력입력선(62a)이 각각 연결된다. 따라서 상기 제1회전용 권선코일부(23)와 제2회전용 권선코일부(35)에는 전력을 추출하거나 전력을 입력할 수 있는 전력입력선 및 전력출력선(23a, 35a)이 모두 연결되어 있어 전력의 입력에 의한 해당 회전체의 가속이나 일정 레벨의 발전된 전력을 얻을 수 있다. 그리고 각 전력입력선 및/또는 전력출력선은 케이스(2) 또는 덮개(3)를 관통하여 외부로 노출되도록 연결된다. 더욱이 상기 제1회전용 권선코일부(23)의 전력입력선 및 전력출력선(23a)이나 또는 제2회전용 권선코일부(35)의 전력입력선 및 전력출력선(35a) 중 어느 하나 이상에 일정 레벨의 전력을 입력하여 제2회전체(20) 또는 제3회전체(30)의 회전을 순간적으로 가속시킬 수 있도록 하는 터보기능을 구현할 수 있다. 즉 제1회전용 권선코일부(23) 또는 제2회전용 권선코일부(35)에 연결된 전력입력선에 일정 레벨의 전력을 일정 시간동안 인가하여 제3회전체(30) 내지 제1회전체(10)가 보다 고속으로 회전되도록 하는 것이다. 이는 제3회전용 권선코일부(62)의 전력입력선(62a)에서 인가된 전력에 의하여 제5회전체(50) 내지 제1회전체(10)가 각각 대응하는 마그네트와 권선코일의 유도기전력에 의하여 회전하는 속도를 더욱 증강시켜 고속의 회전력이 발생되도록 하는 것이다.

또한, 제2회전체(20)의 제2원통부재(21) 일측에 제1유성기어장치(70)가 일체 결합되고, 제3회전체(30)의 제3원통부재(31) 및 제4원통부재(32) 일측에 제2유성기어장치(80)가 일체 결합되며, 제4회전체(40)의 제5원통부재(41) 일측에 제3유성기어장치(90)가 일체 결합되고, 제5회전체(50)의 제6원통부재(51) 일측에 제4유성기어장치(100)가 일체 결합된다.

도 7에서, 상기 제1유성기어장치(70) 내지 제4유성기어장치(100)는 중심에 각각 선기어(71, 81, 91, 101)가 위치되고, 선기어(71, 81, 91, 101) 외주에 복수의 유성기어(72, 82, 92, 102)가 각각 치합된다. 그리고 유성기어(72, 82, 92, 102) 외주에 각각 링기어(73, 83, 93, 103)가 치합되고, 링기어(73, 83, 93, 103) 외주에 링커버(74, 84, 94, 104)가 장착된다. 각 유성기어장치(70, 80, 90, 100)의 선기어(71, 81, 91, 101)와 유성기어(72, 82, 92, 102) 및 링기어(73, 83, 93, 103)는 각각 기어비가 동일하거나 다르게 설정할 수 있다. 이는 제4유성기어장치(100)에서 제1유성기어장치(70)로 갈수록 가속되도록 하는 것이 좋지만, 제4유성기어장치(100)에서 제1유성기어장치(70)로 갈수록 감속되도록 하거나 등속으로 회전하도록 할 수 있을 것이다. 더욱이 제1유성기어장치(70)의 링기어(73)는 제2원통부재(21) 일측면과 결합되고, 제2유성기어장치(80)의 링기어(83)는 제3원통부재(31) 및 제4원통부재(32) 일측면과 결합되며, 제3유성기어장치(90)의 링기어(93)는 제5원통부재(41) 일측면과 결합되고, 제4유성기어장치(100)의 링기어(103)는 제6원통부재(51) 일측면과 각각 결합된다. 따라서 각 유성기어장치는 선기어 및 유성기어의 회전과 링기어의 회전으로 링커버가 회전되어 각 원통부재가 회전되도록 한다.

또한, 고정체(50) 외주면에는 케이스(2) 및 덮개(3)가 장착되고, 케이스(2)는 고정부재 등에 의해 지면에 고정 설치되는 것이 좋다.

도 6에서, 복합 발전기 일체형 전동기가 고속의 회전력을 발생시키기 위하여, 지면에 고정부재 등으로 고정 지지된 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 고정체(50)의 제7원통부재(61) 내측면에 장착된 제3회전용 권선코일부(62)에 연결된 전력입력선(62a)에 전기에너지를 인가한다. 제3회전용 권선코일부(62)에 전력이 인가되면 제3회전용 권선코일부(62)에는 전류 변화가 발생되어 제3회전용 권선코일부(62)에 대응하는 제4마그네트(52)의 자기장에 의해 제4마그네트(52)가 장착된 제6원통부재(51)가 일정 방향으로 회전된다. 따라서 제5회전체(50)는 회전력이 발생된다. 그리고 제5회전체(50) 단부에 결합된 제4유성기어장치(100)가 회전된다. 제4유성기어장치(100)의 회전은 제3유성기어장치(90)를 회전시킨다. 제3유성기어장치(90)가 회전되면 제4회전체(40)가 회전된다. 제4회전체(40)가 회전되면 제5원통부재(41) 내측면에 장착된 제3마그네트(42)가 회전되면서 대응하는 제3회전체(30) 외측면에 장착된 제2회전용 권선코일부(35)에 유도전류를 발생시킨다. 그리고 제5원통부재(41)과 함께 제4원통부재(32)가 회전되어 제2유성기어장치(80)도 회전된다. 이때, 제3회전체(30)의 제4원통부재(32)와 제3원통부재(31) 사이에 장착된 제2발전용 권선코일부(34)에는 유도기전력이 발생된다. 더욱이 제3회전체(30) 단부에 결합된 제2유성기어장치(80)이 회전된다.

또한, 제3회전체(30)가 회전되면서 제3원통부재(31) 내측면에 장착된 제2마그네트(33)에 대응하는 제2회전체(20)의 제2원통부재(21) 외측면에 장착된 제1회전용 권선코일부(23)에 유도전류를 발생시킨다. 그리고 제2원통부재(21) 내측면에 장착된 제1발전용 권선코일부(22)에는 유도기전력이 발생된다. 더욱이 제2회전체(20) 단부에 결합된 제1유성기어장치(70)가 회전된다. 따라서 상기 제2발전용 권선코일부(34)에 연결된 전력출력선(34a)과 제1발전용 권선코일부(22)에 연결된 전력출력선(22a)을 통해 전력을 추출할 수 있다.

상기 제2회전체(20)가 회전되면서 제2원통부재(21) 내측면에 장착된 제1발전용 권선코일부(22)에 대응하는 제1회전체(10)의 외측면에 장착된 제1마그네트(13)는 자기장에 의하여 제1회전체(10)를 회전시킨다. 상기 제5회전체(50)로부터 제1회전체(10)로 갈수록 회전력은 증대된다. 이는 제5회전체(50)에 결합된 제4유성기어장치(100)와, 제4회전체(40)에 결합된 제3유성기어장치(90)와, 제3회전체(30)에 결합된 제2유성기어장치(80), 그리고 제2회전체(20)에 결합된 제1유성기어장치(70)의 기어비에 따라 달라질 수 있다. 이로부터 제1회전체(10)의 회전속도가 가장 빠른 반면에 회전토크는 작고, 제5회전체(50)의 회전속도가 가장 느린 반면에 회전토크는 크다. 그리고 제1회전용 권선코일부(23) 또는 제2회전용 권선코일부(35)에 각각 또는 모두에 일정 레벨의 전기에너지를 인가하게 되면, 제1회전체(10)의 회전속도는 더욱 증대된다. 또한, 제2발전용 권선코일부(34)와 제1발전용 권선코일부(22)에서 추출되는 전기에너지의 레벨도 증대된다.

또한, 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기에서 제1회전체(10), 제2회전체(20), 제3회전체(30) 및 제4회전체(40)와, 제5회전체(50) 및 고정체(60)를 분리하여 각각 회전시킬 수 있도록 한다. 즉 제1회전체(10) 내지 제4회전체(40)가 하나의 전동기가 되고, 제5회전체(50)와 고정체(60)가 다른 하나의 전동기가 되어 별도로 회전력이 발생되도록 전력을 입력할 수 있도록 한다. 더욱이 각 회전체를 분리 또는 결합하여 적용함으로써, 소형차, 대형차, 휠체어 등 다양한 차량의 동력 발생 및 전달 장치로 사용할 수 있다. 또한, 직류전원과 교류전원의 입력과 출력을 동시에 사용할 수 있어 해당하는 차량의 동력 발생 및 전달 장치에 유용하게 적용할 수 있다.

다음으로, 일정 레벨의 전력을 추출하기 위하여, 지면에 고정부재 등으로 고정 지지된 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 제1회전체(10)에 일정 크기의 회전력이 가해질 수 있다. 예를 들어, 풍력 등에 의한 외부의 에너지원에 의하여 제1회전체(10)에 회전력이 제공될 수 있을 것이다. 이때, 제1회전체(10)의 회전은 제2회전체(20)를 거쳐 제3회전체(30), 제4회전체(40) 및 제5회전체(50)까지 전달된다. 이는 제1회전체(10)의 제1마그네트(13)와 제2회전체(20)의 제1발전용 권선코일부(22)에 의하여 유도기전력이 발생되고, 제2회전체(20)의 제1회전용 권선코일부(23)와 제3회전체(30)의 제2마그네트(33)에 의하여 유도기전력이 발생되며, 제3회전체(30)의 제2회전용 권선코일부(35)와 제4회전체(40)의 제3마그네트(42)에 의하여 유도기전력이 발생된다. 그리고 제4회전체(40)의 제5회전체(50)의 제4마그네트(52)와 고정체(50)의 제3회전용 권선코일부(62)에 의하여 유도기전력이 발생된다. 이때, 제1발전용 권선코일부(22)의 전력출력선(22a)과 제2발전용 권선코일부(34)의 전력출력선(34a)을 통해 일정 레벨의 전기에너지를 추출할 수 있다.

제1동력전달장치(300)는 복합 발전기 일체형 전동기(1)에서 출력되어 오버러닝 클러치(240)를 통해 전달된 회전력을 제1휠 일체형 발전기(401)와 제2휠 일체형 발전기(402)로 각각 전달하는 것이다. 오버러닝 클러치(240)는 복합 발전기 일체형 전동기(1)와 제1동력전달장치(300) 사이에 결합되어 복합 발전기 일체형 전동기(1)에 역 회전력이 전달되지 않도록 하는 것이다.

제1동력전달장치(300)는 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 회전축(301) 일단에 피니언기어(302)가 결합되고, 피니언기어 양측에 제1베벨기어(303)와 제2베벨기어(304)가 각각 기어 결합된다. 제1베벨기어(303) 축에는 제1구동축(311)이 결합된다. 제2베벨기어(304)에는 제2구동축(321)과 축 결합되는 차동기어(305)와 축 결합된다. 제1구동축(311) 단부에는 제1구동기어(312)가 결합되고, 제2구동축(321) 단부에는 제2구동기어(322)가 결합된다.

도 8에서, 제1동력전달장치(300)에는 트랜스퍼(150)를 거쳐 제2동력전달장치(350)로 동력이 전달된다. 트랜스퍼(150)는 축을 지지하는 지지브래킷(158)이 결합되는 케이스(151)가 구비된다. 그리고 제1동력전달장치(300)의 제1베벨기어(303) 일측에 동력전달기어(155)로 기어 결합되고 구동스프로킷(153)이 축 결합된 구동축(154)이 구비된다. 또한, 종동축(157)은 구동축(154)의 구동스프로킷(153)과 타이밍벨트(152)로 결합되는 종동스프로킷(156)이 축 결합된다. 종동축(157)은 제2동력전달장치(350)로 동력을 전달하는 것이다. 트랜스퍼(150)에서 전달된 동력은 제2동력전달장치(350)를 거쳐 제3휠 일체형 발전기(403)와 제4휠 일체형 발전기(404)로 각각 전달된다.

도 9에서, 제2동력전달장치(350)는 트랜스퍼의 회전축으로부터 일단에 결합된 피니언기어(352)가 결합되고, 피니언기어 양측에 제3베벨기어(353)와 제4베벨기어(354)가 각각 기어 결합된다. 제3베벨기어(353) 축에는 제3구동축(361)이 결합된다. 제4베벨기어(354)에는 제4구동축(371)과 축 결합되는 차동기어(355)와 축 결합된다. 제3구동축(361) 단부에는 제3구동기어(362)가 결합되고, 제4구동축(371) 단부에는 제4구동기어(372)가 결합된다.

도 10에서, 제1동력전달장치(300)로부터 제1구동축(311) 및 제1구동기어(312)를 거쳐 제1휠 일체형 발전기(401)와, 제1동력전달장치(300)로부터 제2구동축(312) 및 제2구동기어(322)를 거쳐 제2휠 일체형 발전기(402)와, 제2동력전달장치(350)로부터 제3구동축(361) 및 제1구동기어(362)를 거쳐 제3휠 일체형 발전기(403)와, 제2동력전달장치(350)로부터 제4구동축(371) 및 제4구동기어(372)를 거쳐 제4휠 일체형 발전기(401)가 각각 설치된다. 제1휠 일체형 발전기(401) 내지 제4휠 일체형 발전기(404)는 바퀴가 장착되는 제1휠(405) 내지 제4휠(408) 내측에 각각 결합된다.

도 11 내지 도 13에서, 제1휠 일체형 발전기(401) 내지 제4휠 일체형 발전기(404)는 동일한 구성 및 구조로 이루어져 있으므로 제1휠 일체형 발전기(401)를 대표하여 예시하고, 제2휠 일체형 발전기(402) 내지 제4휠 일체형 발전기(404)에 대해서는 생략한다. 휠 일체형 발전기는 외부에서 인가된 회전에너지로 바퀴를 구동시키는 동력과 더불어 전기에너지를 생성하는 것으로, 대략 원통형으로 중심에 회전축(412)이 축 결합된다.

제1휠 일체형 발전기(401)는 제6회전체(440) 내지 제9회전체(470)와 크랭크기어(460)가 축 결합된다.

제6회전체(440)는 내측이 관통된 제8원통부재(441) 외측면 일측에는 구동축(311)의 구동기어(312)가 기어 결합되는 기어(444)가 형성되고, 제8원통부재(441) 내주면에는 복수의 제5마그네트(442)가 장착된다. 복수의 제5마그네트(442)는 제8원통부재(441) 내주면에 일정 간격 및 각도로 장착된다. 또한, 제6회전체(440)는 일정 간격을 두고 장착된 복수의 강자성체 사이에 권선코일이 권취된 전자석으로 구성되어 권선코일로 외부에서 전기에너지가 인가되면 일정 크기 이상의 자기장을 발생할 수 있다.

제7회전체(420)는 내측이 관통된 제9원통부재(421) 내측면에 제3발전용 권선코일부(422)가 일정 간격으로 장착되고, 제9원통부재(421) 외측면에 제4회전용 권선코일부(423)가 일정 간격으로 장착된다. 제3발전용 권선코일부(422)에 전력출력선(422a)이 연결되고, 제4회전용 권선코일부(423)에 전력출력선 및 전력입력선(423a)이 연결된다. 제7회전체(420)는 제6회전체(440) 내주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 제7회전체(420)의 제9원통부재(421) 외측면 양단부에 원주면을 따라 제4내측기어(424)가 고정 결합되고, 제6회전체(440)의 제8원통부재(441) 내측면 양단부에 원주면을 따라 제4외측기어(443)가 제4내측기어(424)와 대응되는 위치에 고정 결합되며, 제4내측기어(424)와 제4외측기어(443) 사이에 일정 간격으로 복수의 제4중간기어(425)가 각각 치합된다. 제4내측기어(424)와 제4중간기어(425), 그리고 제4외측기어(443)의 치합은 일정 간격 유지와 더불어 제7회전체(420)의 제9원통부재(421)와 제6회전체(440)의 제8원통부재(441)가 고속회전에 따른 마찰을 최소화시킨다.

제7회전체(420)의 제9원통부재(421) 일측에 제5유성기어장치(430)가 일체 결합되되, 제5유성기어장치(430)는 중심에 위치된 선기어(431) 외주에 복수의 유성기어(432)가 치합되고, 유성기어 외주에 링기어(433)가 치합되며, 링기어 외주에 링커버(434)가 장착되고, 제5유성기어장치(430)의 링기어(433)는 제9원통부재(421) 일측면과 결합되고, 제5유성기어장치(430)는 가속되는 회전력이 발생되도록 하는 선기어(431), 유성기어(432) 및 링기어(433)의 기어비를 갖는다.

제8회전체(410)는 제10원통부재(411) 중심에 회전축(412)이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제6마그네트(413)가 일체 장착된다. 제8회전체(410)는 대략 원통형이고 중심에 회전축(412)이 결합된다. 그리고 제8회전체(410) 외주면에는 복수의 제6마그네트(413)가 일정 간격 및 각도로 장착된다. 제6마그네트(413)는 제8회전체(410)의 수평면에 일정 각도로 경사지게 장착된다. 제8회전체(410)의 회전축(412) 양측에는 덮개(414) 및 (469) 중심에 장착된 제3마그네틱베어링(415)과 제6회전체(440)의 덮개(469) 중심에 장착된 제2마그네틱베어링(416)으로 회전축(412)이 회전 지지된다. 더욱이 마그네틱베어링(415, 416)은 자기부상의 원리가 적용된 비접촉식 베어링이다. 마그네틱베어링(415, 416)은 제8회전체(410)의 회전축(412)을 비접촉 지지함으로써 마찰이나 마모가 없고 윤활이나 밀봉 등이 필요 없어 클린성을 향상시킬 수 있다. 특히 고속으로 회전하는 제8회전체(410)의 지지와 더불어 정밀한 제어와 안정성, 자동 평행성과 감시성이 좋은 이점이 있다. 또한, 제8회전체(410)의 제10원통부재(411) 외주에 석고(414)로 밀봉 처리한다. 이때, 제6마그네트(413) 표면은 외부로 노출되게 석고(414)로 밀봉 처리하되, 석고로 밀봉처리는 제10원통부재(411) 내측의 권선코일로부터 발생되는 열이 외부로 방사되지 않도록 차단하는 것이다. 더욱이 석고를 포함하여 외부로 열이 용이하게 방사되거나 전달되지 않도록 하는 재질이 적용되는 것도 좋다.

제8회전체(410)는 제7회전체(420) 내주면에 일정 간격을 두고 이격 설치된다. 또한, 제8회전체(410)는 일정 간격을 두고 장착된 복수의 강자성체 사이에 권선코일이 권취된 전자석으로 구성되어 권선코일로 외부에서 전기에너지가 인가되면 자기장을 발생하여 일정 크기 이상의 자력으로 고속 회전이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 크랭크기어(460)는 제8회전체(410)의 회전축(412)에 축 결합되어 제8회전체(410)의 회전력을 증폭하는 것이다. 크랭크기어(460)는 도 14에서, 서로 상이한 축으로 연결된 크랭크 핀(462, 464)을 사이에 두고 일정 간격으로 결합된 3개의 크랭크(461, 463, 465)가 구비되고, 크랭크 핀(462, 464) 각각에 커넥팅로드(466)로 복수의 유성기어(467)가 대략 직선방향으로 축 결합된다. 그리고 도 15에서, 복수의 유성기어(467)는 링기어(468)와 치합된다. 따라서 제8회전체(410)의 회전축(412)의 회전으로 크랭크(461, 463, 465)가 회전되면 커넥팅로드(466)에 축 결합된 유성기어(467)가 회전되어 링기어(468)를 회전시킨다. 그러므로 회전축(412)의 회전력은 크랭크기어(460)의 작동으로 링기어(468)에 증폭된 힘이 전달된다. 크랭크기어(460)의 제3크랭크(465) 중심에 결합된 축은 덮개(469) 중앙에 장착된 볼베어링(416)에 결합된다.

제9회전체(470)는 내측에 공간부가 형성된 제11원통부재(471)로 크랭크기어(460) 외주면에 일체 결합되어 각각의 휠(405, 406, 407, 408)로 회전력을 전달하는 것이다. 제9회전체(470) 내주면 양측에는 일정 간격으로 제6볼(446)을 수용하는 복수의 제12홈(472)이 형성되어 있다.

제9회전체(470) 외주면 일측에는 브레이크디스크(473)가 일체 결합된다. 그리고 제9회전체(470) 일측에는 각각의 휠(405, 406, 407, 408)과 나사 결합하기 위한 복수의 결합부재(474)가 돌출된다.

제6회전체(440)의 제8원통부재(441) 외측면 양단부에 원주면을 따라 제5내측기어(445)가 고정 결합되고, 제9회전체(470)의 제11원통부재(471) 내측면 양단부에 원주면을 따라 제5외측기어(472)가 제5내측기어(445)와 대응되는 위치에 고정 결합되며, 제5내측기어(445)와 제5외측기어(472) 사이에 일정 간격으로 복수의 제5중간기어(446)가 각각 치합된다. 제5내측기어(445)와 제5중간기어(446), 그리고 제5외측기어(472)의 치합은 일정 간격 유지와 더불어 제6회전체(440)의 제8원통부재(441)와 제9회전체(470)의 제11원통부재(471)가 고속회전에 따른 마찰을 최소화시킨다.

제6회전체(440) 외측면에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제11홈(445)이 형성되고, 제11홈에 대응하여 제9회전체(470) 내측면 일단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제12홈(472)이 형성되며, 제11홈(445)과 제12홈(472) 사이에 각각 제6볼(446)이 삽입된다.

한편, 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템은 태양광을 집속하여 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈(700)이 구비된다. 태양전지모듈(700)는 차량 표면에 복수의 태양전지판이 장착되어 태양에너지를 전기에너지로 변환 및 획득한 후에 배터리(200)를 충전할 수 있다. 또한, 제1휠 일체형 발전기(401)와 제2휠 일체형 발전기(402) 사이 및 제3휠 일체형 발전기(403)와 제4휠 일체형 발전기(404) 사이에 복수로 설치되어 풍력을 전기에너지로 변환하는 복수의 풍력발전모듈(501-504)이 설치된다. 풍력발전모듈은 차량이 주행하는 동안 발생되는 풍력에너지로 발전기를 구동시켜 전기에너지를 발생시킬 수 있도록 하는 것이다.

그리고 태양전지모듈(700)과 풍력발전모듈(501-504)에서 발생된 전기에너지와 제1휠 일체형 발전기(401) 내지 제4휠 일체형 발전기(404)의 각 제7회전체(420)의 회전으로 발생된 전기에너지를 배터리(200) 충전전원으로 변환하여 인가하는 변환모듈(601)이 포함된다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기(1)를 이용한 동력 전달 시스템으로 고속의 회전력을 발생시키기 위하여, 제어용 인버터(220)에서 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 고정체(50)의 제7원통부재(61) 내측면에 장착된 제3회전용 권선코일부(62)에 연결된 전력입력선(62a)에 전기에너지를 인가한다. 제3회전용 권선코일부(62)에 전력이 인가되면 제3회전용 권선코일부(62)에는 전류 변화가 발생되어 제3회전용 권선코일부(62)에 대응하는 제4마그네트(52)의 자기장에 의해 제4마그네트(52)가 장착된 제6원통부재(51)가 일정 방향으로 회전된다. 따라서 제5회전체(50)는 회전력이 발생된다. 그리고 제5회전체(50) 단부에 결합된 제4유성기어장치(100)가 회전된다. 제4유성기어장치(100)의 회전은 제3유성기어장치(90)를 회전시킨다. 제3유성기어장치(90)가 회전되면 제4회전체(40)가 회전된다. 제4회전체(40)가 회전되면 제5원통부재(41) 내측면에 장착된 제3마그네트(42)가 회전되면서 대응하는 제3회전체(30) 외측면에 장착된 제2회전용 권선코일부(35)에 유도전류를 발생시킨다. 그리고 제5원통부재(41)와 함께 제4원통부재(32)가 회전되어 제2유성기어장치(80)도 회전된다. 이때, 제3회전체(30)의 제4원통부재(32)와 제3원통부재(31) 사이에 장착된 제2발전용 권선코일부(34)에는 유도기전력이 발생된다. 더욱이 제3회전체(30) 단부에 결합된 제2유성기어장치(80)가 회전된다.

또한, 제3회전체(30)가 회전되면서 제3원통부재(31) 내측면에 장착된 제2마그네트(33)에 대응하는 제2회전체(20)의 제2원통부재(21) 외측면에 장착된 제1회전용 권선코일부(23)에 유도전류를 발생시킨다. 그리고 제2원통부재(21) 내측면에 장착된 제1발전용 권선코일부(22)에는 유도기전력이 발생된다. 더욱이 제2회전체(20) 단부에 결합된 제1유성기어장치(70)가 회전된다. 이때, 상기 제2발전용 권선코일부(34)에 연결된 전력출력선(34a)과 제1발전용 권선코일부(22)에 연결된 전력출력선(22a)을 통해 전력을 추출할 수도 있을 것이다.

상기 제2회전체(20)가 회전되면서 제2원통부재(21) 내측면에 장착된 제1발전용 권선코일부(22)에 대응하는 제1회전체(10)의 외측면에 장착된 제1마그네트(13)는 자기장에 의하여 제1회전체(10)를 회전시킨다. 상기 제5회전체(50)로부터 제1회전체(10)로 갈수록 회전력을 증대된다. 이는 제5회전체(50)에 결합된 제4유성기어장치(100)와, 제4회전체(40)에 결합된 제3유성기어장치(90)와, 제3회전체(30)에 결합된 제2유성기어장치(80), 그리고 제2회전체(20)에 결합된 제1유성기어장치(70)의 기어비에 따라 달라질 수 있다. 이로부터 제1회전체(10)의 회전속도가 가장 빠른 반면에 회전토크는 작고, 제5회전체(50)의 회전속도가 가장 느린 반면에 회전토크는 크다. 그리고 제어용 인버터(220)에서 제1회전용 권선코일부(23) 또는 제2회전용 권선코일부(35)에 각각 또는 모두에 일정 레벨의 전기에너지를 인가하게 되면, 제1회전체(10)의 회전속도는 더욱 증대된다. 또한, 제2발전용 권선코일부(34)와 제1발전용 권선코일부(22)에서 추출되는 전기에너지의 레벨도 증대된다.

또한, 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기(1)에서 제1회전체(10), 제2회전체(20), 제3회전체(30) 및 제4회전체(40)와, 제5회전체(50) 및 고정체(60)를 분리하여 각각 회전시킬 수도 있을 것이다. 즉 제어용 인버터(220)에서 제1회전체(10) 내지 제4회전체(40)가 하나의 전동기가 되고, 제5회전체(50)와 고정체(60)가 다른 하나의 전동기가 되어 별도로 회전력이 발생되도록 전력을 입력할 수도 있을 것이다.

복합 발전기 일체형 전동기(1)의 제1회전체(10)에서 발생된 회전력은 회전축(12)을 통해 제1동력전달장치(300)로 전달된다. 이때, 오버러닝 클러치(240)는 복합 발전기 일체형 전동기(1)의 역회전이 발생되지 않도록 한다. 오버러닝 클러치(240)에서 돌출된 회전축(301)의 회전력은 피니언기어(302)에 치합된 제1베벨기어(303)과 제2베벨기어(304)에 전달된다. 따라서 제1베벨기어(303)에 축 결합된 제1구동축(311)이 회전되고, 제2베벨기어(304)에 치합된 차동기어(305)를 거쳐 제2구동축(321)이 회전된다. 제1구동축(311)의 구동기어(312)와 치합된 제1휠 일체형 발전기(401)의 제6회전체(440)와 제2구동축(321)의 구동기어(322)와 치합된 제2휠 일체형 발전기(402)의 제6회전체(440)가 각각 회전된다.

제6회전체(440)가 회전되면 내주면의 제5마그네트(442)의 자기장에 의하여 제7회전체(420) 외주면의 제4회전용 권선코일부(423)와 제7회전체(420) 내주면의 제3발전용 권선코일부(422)에 각각 유도기전력이 발생하게 된다. 제4회전용 권선코일부(423)의 유도기전력은 제8회전체(410) 외주면의 제6마그네트(413)에 작용하여 제8회전체(410)를 회전시킨다. 제8회전체(410)의 회전력은 회전축(412)에 결합된 크랭크기어(460)를 작동시키고, 크랭크기어의 작동으로 링기어(468)를 회전시킨다. 이때, 회전축(412)의 회전수는 많은 대신 토크는 작고 링기어(468)는 회전수는 적은 대신 토크는 크다. 따라서 링기어(468)와 결합된 제9회전체(470)가 큰 토크의 회전력으로 회전되어 휠(405)을 회전시키므로 바퀴가 회전된다.

또한, 제3발전용 권선코일부(422)에서 발생된 유도기전력에 의한 교류전원은 전력출력선(422a)에서 출력되어 변환모듈(601)로 인가되고, 변환모듈(601)은 교류전원을 직류전원으로 변환한 후에 배터리(200)의 충전전원으로 인가된다.

또한, 제1동력전달장치(300)의 제1베벨기어(303)에 치합된 동력전달기어(155)의 회전력은 트랜스퍼(150)의 구동축(154)을 회전시킨다. 구동축(154)의 회전으로 구동스프로킷(153)이 회전되어 타이밍벨트(152)와 치합된 종동스프로킷(156)이 회전된다. 따라서 종동스프로킷(156)의 회전으로 종동축(157)에 회전력이 전달되어 제2동력전달장치(350)로 전달된다. 제2동력전달장치(350)는 종동축(157) 단부에 결합된 피니언기어(352)에 치합된 제3베벨기어(353)와 제4베벨기어(354)로 전달된다. 따라서 제3베벨기어(353)에 축 결합된 제3구동축(361)이 회전되고, 제4베벨기어(354)에 치합된 차동기어(355)를 거쳐 제4구동축(371)이 회전된다. 제3구동축(361)의 구동기어(362)와 치합된 제3휠 일체형 발전기(403)의 제6회전체(440)와 제4구동축(371)의 구동기어(372)와 치합된 제4휠 일체형 발전기(404)의 제6회전체(440)가 각각 회전된다. 그러므로 제6회전체(440)의 회전으로 상기 설명한 바와 같이 제3휠 일체형 발전기(403)과 제4휠 일체형 발전기(404)는 동일한 과정의 작동으로 회전력의 전달과 더불어 발전된다.

이와 같이 본 발명의 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템은 배터리의 전기에너지를 제어용 인버터의 제어로 복합 발전기 일체형 전동기를 구동시켜 제1동력전달장치를 통해 제1휠 일체형 발전기 및 제2휠 일체형 발전기를 구동시켜 제1휠 및 제2휠을 구동시키고, 제1동력전달장치의 회전력을 트랜스퍼를 거쳐 제2동력전달장치를 통해 제3휠 일체형 발전기 및 제4휠 일체형 발전기를 구동시켜 제3휠 및 제4휠을 구동시킴으로써, 가속 또는 감속되는 회전에너지를 얻을 수 있고, 마그네트와 권선코일의 결합에 의하여 배터리를 충전할 수 있는 전력을 추출할 수 있다. 또한, 풍력발전모듈 및 태양전지모듈로부터 발생된 전기에너지를 배터리에 충전시킬 수 있도록 하여 배터리를 이용한 차량의 에너지효율 극대화를 구현한 장점이 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1: 복합 발전기 일체형 전동기 2: 케이스 3, 414, 469: 덮개 4, 5, 415, 416: 마그네틱베어링 10: 제1회전체 11: 제1원통부재 12, 412: 회전축 13: 제1마그네트 14, 414: 석고 20: 제2회전체 21: 제2원통부재 22: 제1발전용 권선코일부 22a, 34a, 422a: 전력출력선 23: 제1회전용 권선코일부 23a, 35a, 423a: 전력입력선 및 전력출력선 24: 제1내측기어 25: 제1중간기어 30: 제3회전체 31: 제3원통부재 32: 제4원통부재 33: 제2마그네트 34: 제2발전용 권선코일부 35: 제2회전용 권선코일부 36: 제1외측기어 37: 제2내측기어 38: 제2중간기어 40: 제4회전체 41: 제5원통부재 42: 제3마그네트 43: 제2외측기어 44: 제1홈 45: 볼 50: 제5회전체 51: 제6원통부재 52: 제4마그네트 53: 제2홈 54: 제3내측기어 55: 제3중간기어 60: 고정체 61: 제7원통부재 62: 제3회전용 권선코일부 62a: 전력입력선 63: 제3외측기어 70: 제1유성기어장치 71, 81, 91, 101, 431: 선기어 72, 82, 92, 102, 432: 유성기어 73, 83, 93, 103, 433: 링기어 74, 84, 94, 104: 링커버 80: 제2유성기어장치 90: 제3유성기어장치 100: 제4유성기어장치 150: 트랜스퍼 151: 케이스 152: 타이밍벨트 153: 구동스프로킷 154: 구동축 155: 동력전달기어 156: 종동스프로킷 157: 종동축 158: 지지브래킷 200: 배터리 220: 제어용 인버터 240: 오버러닝 클러치 300: 제1동력전달장치 301: 회전축 302, 352: 피니언기어 303, 304, 353, 354: 베벨기어 305, 355: 차동기어 311, 321, 361, 371: 구동축 312, 322, 362, 372: 구동기어 330, 332: 케이스 331: 쇽업소버 350: 제2동력전달장치 401-404: 휠 일체형 발전기 410: 제8회전체 411: 제10원통부재 412: 회전축 413: 제6마그네트 420: 제7회전체 421: 제9원통부재 422: 제3발전용 권선코일부 423: 제4회전용 권선코일부 424: 제4내측기어 425: 제4중간기어 430: 제5유성기어 440: 제6회전체 441: 제8원통부재 442: 제5마그네트 443: 제4외측기어 444: 기어 445: 제5내측기어 446: 제5중간기어 460: 크랭크기어 461, 463, 465: 크랭크 462, 464: 크랭크 핀 466: 커넥팅로드 467: 유성기어 468: 링기어 470: 제9회전체 471: 제11원통부재 472: 제5외측기어 473: 브레이크디스크 474: 결합부재 501-504: 풍력발전모듈 601: 변환모듈 700: 태양전지모듈

Claims (15)

1. 배터리로부터 인가된 직류전원을 교류전원으로 변환하고 변환된 교류전원의 출력을 제어하는 제어용 인버터;
   상기 제어용 인버터로부터 변환된 교류전원을 공급받아 일정 토크의 회전력을 출력하는 복합 발전기 일체형 전동기;
   상기 복합 발전기 일체형 전동기에서 출력된 회전력을 제1휠 일체형 발전기와 제2휠 일체형 발전기로 전달하는 제1동력전달장치;
   상기 제1동력전달장치에서 전달된 동력을 제2동력전달장치로 전달하는 트랜스퍼, 및
   상기 트랜스퍼에서 전달된 동력을 제3휠 일체형 발전기와 제4휠 일체형 발전기로 전달하는 제2동력전달장치를 포함하고,
   상기 복합 발전기 일체형 전동기는 제1원통부재 중심에 회전축이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제1마그네트가 장착된 제1회전체와,
   내측이 관통된 제2원통부재 내측면에 제1발전용 권선코일부가 구비되고 제2원통부재 외측면에 제1회전용 권선코일부가 구비되어 일체 구성되며 상기 제1회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제2회전체와,
   내측이 관통된 제3원통부재와 제4원통부재가 일정 간격을 두고 구비되되, 제3원통부재 내측면에 복수의 제2마그네트가 장착되고 제4원통부재 외측면에 제2회전용 권선코일부가 구비되며 제3원통부재와 제4원통부재 사이에 제2발전용 권선코일부가 장착되어 일체 구성되고 상기 제2회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제3회전체와,
   내측이 관통된 제5원통부재 내측면에 복수의 제3마그네트가 장착되어 상기 제3회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제4회전체와,
   내측이 관통된 제6원통부재 외측면에 복수의 제4마그네트가 장착되어 상기 제4회전체 외주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제5회전체, 및
   내측이 관통된 제7원통부재 내측면에 제3회전용 권선코일부가 일체 구성되어 상기 제5회전체 외주면에 일정 간격을 두고 이격 설치된 고정체를 포함하여 이루어지되,
   상기 제2회전체의 제2원통부재 일측에 제1유성기어장치가 일체 결합되고, 상기 제3회전체의 제3원통부재 및 제4원통부재 일측에 제2유성기어장치가 일체 결합되며, 상기 제4회전체의 제5원통부재 일측에 제3유성기어장치가 일체 결합되고, 상기 제5회전체의 제6원통부재 일측에 제4유성기어장치가 일체 결합되고,
   상기 제1휠 일체형 발전기 내지 제4휠 일체형 발전기는 내측이 관통된 제8원통부재 외측면 일측에 각 구동축의 구동기어가 기어 결합되는 기어가 형성되고 내측면에 복수의 제5마그네트가 장착되는 제6회전체와,
   내측이 관통된 제9원통부재 내측면에 제3발전용 권선코일부가 구비되고 제9원통부재 외측면에 제4회전용 권선코일부가 구비되어 일체 구성되며 상기 제6회전체 내주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제7회전체와,
   제10원통부재 중심에 회전축이 관통 결합되고 외주면에 복수의 제6마그네트가 일체 장착되며 상기 제7회전체 내주면과 일정 간격을 두고 이격 설치된 제8회전체와,
   상기 제8회전체의 회전축에 축 결합되어 제8회전체의 회전력을 증폭하는 크랭크기어, 및
   상기 크랭크기어의 외주면에 일체 결합되어 각각의 휠로 회전력을 전달하는 제9회전체를 각각 포함하는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1회전체의 회전축 양측에는 각각 마그네틱베어링과의 자기부상에 의해 비접촉 지지되고,
   상기 제2회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제1내측기어가 고정 결합되고 상기 제3회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제1외측기어가 제1내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제1내측기어와 제1외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제1중간기어가 각각 치합되며,
   상기 제3회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제2내측기어가 고정 결합되고 상기 제4회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제2외측기어가 제2내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제2내측기어와 제2외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제2중간기어가 각각 치합되고,
   상기 제4회전체 외측면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제1홈이 형성되고, 제1홈에 대응하여 상기 제5회전체 내측면 양단부에 원주를 따라 일정 간격으로 복수의 제4홈이 형성되되, 상기 제1홈과 제2홈 사이에 각각 볼이 삽입되며,
   상기 제5회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제3내측기어가 고정 결합되고 상기 고정체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제3외측기어가 제3내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제3내측기어와 제3외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제3중간기어가 각각 치합된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1회전체의 제1원통부재 외주에 석고로 밀봉 처리된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1유성기어장치 내지 제4유성기어장치는 중심에 위치된 선기어 외주에 복수의 유성기어가 치합되고, 유성기어 외주에 각각 링기어가 치합되며, 링기어 외주에 링커버가 장착되되, 제1유성기어장치의 링기어는 제2원통부재 일측면과 결합되고, 제2유성기어장치의 링기어는 제3원통부재 및 제4원통부재 일측면과 결합되며, 제3유성기어장치의 링기어는 제5원통부재 일측면과 결합되고, 제4유성기어장치의 링기어는 제6원통부재 일측면과 결합되며,
   상기 제4유성기어장치로부터 제1유성기어장치는 가속되는 회전력이 발생되도록 하는 각각의 선기어, 유성기어 및 링기어의 기어비를 갖는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1발전용 권선코일부 및 제2발전용 권선코일부에 전력출력선이 각각 연결되고, 제1회전용 권선코일부 및 제2회전용 권선코일부에 전력출력선 및 전력입력선이 각각 연결되며, 제3회전용 권선코일부에 전력입력선이 연결되고,
   상기 제1회전용 권선코일부의 전력입력선 또는 제2회전용 권선코일부의 전력입력선 중 어느 하나 이상에 일정 레벨의 전력을 입력하여 제2회전체 또는 제3회전체의 회전을 순간 가속시키는 터보기능을 부가한 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 고정체 외주면에 케이스 및 덮개가 장착되고, 상기 제1마그네트 내지 제4마그네트는 각 원통부재 표면에 일정 각도로 경사지게 배열되며, 상기 제1회전체, 제2회전체, 제3회전체 및 제4회전체를 하나의 전동기로 구성하고, 제5회전체 및 고정체를 다른 하나의 전동기로 분리 구성하여 각각 회전시킬 수 있도록 한 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 복합 발전기 일체형 전동기와 제1동력전달장치 사이에 역 회전력이 전달되지 않도록 하는 오버러닝 클러치가 결합된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1동력전달장치는 복합 발전기 일체형 전동기의 회전축 일단에 결합된 피니언기어와,
   상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제1구동축이 축 결합된 제1베벨기어와,
   상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제2구동축과 축 결합되는 차동기어와 축 결합된 제2베벨기어와,
   상기 제1구동축 단부에 결합된 제1구동기어, 및
   상기 제2구동축 단부에 결합된 제2구동기어를 포함하고,
   상기 제2동력전달장치는 트랜스퍼의 회전축으로부터 일단에 결합된 피니언기어와,
   상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제3구동축이 축 결합된 제3베벨기어와,
   상기 피니언기어 일측에 기어 결합되고 타측에 제4구동축과 축 결합되는 차동기어와 축 결합된 제4베벨기어와,
   상기 제3구동축 단부에 결합된 제3구동기어, 및
   상기 제4구동축 단부에 결합된 제4구동기어를 포함하며,
   상기 트랜스퍼는 지지브래킷이 결합되는 케이스와,
   상기 제1베벨기어 일측에 동력전달기어로 기어 결합되고 구동스프로킷이 축 결합된 구동축과,
   상기 구동스프로킷과 타이밍벨트로 결합된 종동스프로킷이 축 결합되고 제2동력전달장치로 동력을 전달하는 종동축을 포함하는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 제7회전체의 제9원통부재 일측에 제5유성기어장치가 일체 결합되되, 제5유성기어장치는 중심에 위치된 선기어 외주에 복수의 유성기어가 치합되고, 유성기어 외주에 링기어가 치합되며, 링기어 외주에 링커버가 장착되고, 제5유성기어장치의 링기어는 제9원통부재 일측면과 결합되고, 제5유성기어장치는 가속되는 회전력이 발생되도록 하는 선기어, 유성기어 및 링기어의 기어비를 갖는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 제3발전용 권선코일부에 전력출력선이 연결되고, 제4회전용 권선코일부에 전력출력선 및 전력입력선이 연결된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 제8회전체의 회전축 양측에는 각각 마그네틱베어링과의 자기부상에 의해 비접촉 지지되고,
    상기 제7회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제4내측기어가 고정 결합되고 상기 제6회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제4외측기어가 제4내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제4내측기어와 제4외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제4중간기어가 각각 치합되며,
    상기 제6회전체 외측면 양단부에 원주면을 따라 제5내측기어가 고정 결합되고 상기 제9회전체 내측면 양단부에 원주면을 따라 제5외측기어가 제5내측기어와 대응되는 위치에 고정 결합되되, 제5내측기어와 제5외측기어 사이에 일정 간격으로 복수의 제5중간기어가 각각 치합된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
    
12. 청구항 1에 있어서, 상기 크랭크기어는 서로 상이한 축으로 연결된 크랭크 핀을 사이에 두고 일정 간격으로 결합된 3개의 크랭크와, 상기 크랭크 핀 각각에 커넥팅로드로 축 결합된 유성기어와, 상기 유성기어와 치합되는 링기어를 포함하는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
    
13. 청구항 1에 있어서, 상기 제5마그네트와 제6마그네트는 각 원통부재 표면에 일정 각도로 경사지게 배열된 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
    
14. 청구항 1에 있어서, 상기 제8회전체는 복수의 강자성체와 권선코일이 권취된 전자석으로 이루어진 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.
    
15. 청구항 1에 있어서, 태양광을 집속하여 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈과, 제1휠 일체형 발전기와 제2휠 일체형 발전기 사이 및 제3휠 일체형 발전기와 제4휠 일체형 발전기 사이에 복수로 설치되어 풍력을 전기에너지로 변환하는 풍력발전모듈과, 상기 태양전지모듈과 풍력발전모듈에서 발생된 전기에너지와 상기 제1휠 일체형 발전기 내지 제4휠 일체형 발전기의 각 제7회전체의 회전으로 발생된 전기에너지를 배터리 충전전원으로 변환하여 인가하는 변환모듈을 더 포함하는 복합 발전기 일체형 전동기를 이용한 동력 전달 시스템.

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