KR101757065B1

KR101757065B1 - 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치

Info

Publication number: KR101757065B1
Application number: KR1020150159369A
Authority: KR
Inventors: 정대성
Original assignee: 연암공과대학교산학협력단
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-07-26
Also published as: US20170141703A1; KR20170056147A; US10050566B2

Abstract

본 발명에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치는, 내부가 비어있는 중공 튜브구조의 공기압 타이어(100); 상기 타이어(100)의 내면에 형성되는 링 형상의 내면 벽(200); 상기 내면 벽(200)을 지지하기 위하여 타이어(100)의 중심 및 내면 벽의 내면을 연결하는 지지 프레임(210); 상기 내면 벽(200)의 외주면 전체에 고정 장착되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 상기 내면 벽(200)과 타이어(100) 내면의 공간이 좁아짐으로써 압력을 받아 발전하는 플렉서블 압전소자(300);를 포함하되, 상기 지지 프레임(210)은, 신축성의 고분자 합성수지재로 구비되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축되어 상기 내면 벽(200)과 접촉 시, 같이 수축 됨으로써, 타이어(100)의 내면을 압박하되, 타이어(100)의 노면 충격 흡수 기능을 저해하지 않으면서, 내면 벽(200)의 위치를 지지하도록 하고, 상기 내면 벽(200)은, 다층으로 형성되고, 각 내면 벽(200)과 내면 벽(200)사이의 공간에는 상기 플렉서블 압전소자(300)를 개재하여, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축됨으로써 상기 다수의 내면 벽(200)과 내면 벽(200) 사이에 개재된 다수의 상기 플렉서블 압전소자(300)가 동시에 가압되어 다중으로 전력을 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치{BATTERY CHARGER FOR VEHICLE USING FLEXIBLE PIEZOELECTRIC ELEMENT IN TIRE}

본 발명은 압전소자를 이용한 차량의 보조 발전 장치에 관한 것으로써, 구체적으로 휘어짐이 가능한 플렉서블 압전소자를 이용하여 차량의 타이어 내부의 압력 전달에 따른 지속적인 발전이 가능하도록 한 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치에 관한 것이다.

차량에는 차량 내 다양한 부품의 동작을 위한 전기를 공급하여 줄 수 있도록 배터리가 구비된다.

이러한 배터리는 축전지 형태로서, 차량 내 부품들로 전기를 공급하는 한편, 차량 주행 시 바퀴의 회전 운동에 의하여 구동되는 발전기(generator)에 의하여 충전 또한 이루어지도록 되어 있는 것이 일반적이다.

그런데, 기술의 발전에 따라 차량에서 사용되는 전기적 부품들이 점점 늘어나게 되어, 차량 운행에 있어 전기의 소모가 늘어나고 있는 추세이다.

이러한 문제를 극복하기 위해서는 가장 단순하게는 배터리의 용량을 늘리는 방법을 생각할 수 있다.

그러나 연비 문제 등을 고려하여 차량 내 부품이 갈수록 소형화 및 경량화 되는 추세에 있으며, 따라서 배터리의 용량을 늘리는 방법은 이러한 추세에 역행할 뿐 아니라 용량 확대에 제한이 있다.

이에 따라 배터리 전력 부족 문제를 해결하기 위하여 한편으로는 차량 내 전기적 부품들의 전력 소비를 절감하기 위한 다양한 연구가 이루어져 오고 있으며, 다른 한편으로는 배터리의 충전량을 보다 늘릴 수 있는 방안이 연구되고 있다.

한국실용신안공개 제1998-0028334호("압전소자를 이용한 배터리 충전 장치", 1998.08.05), 한국특허공개 제2003-0039692호("차량 현가 장치를 이용한 보조 발전기", 2003.05.22), 일본특허공개 제2011-041344호("발전장치", 2011.02.24) 등에서는, 발전기에 의한 충전에 더불어 배터리를 보조로 더 충전할 수 있도록 하는 여러기술들이 개시되어 있다.

상기 기술들은 모두 차량의 현가장치(suspension system)에 구비된 압전소자(piezoelectric element)를 이용하여 보조 충전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이러한 현가장치란 스프링 작용에 의하여 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상하 진동을 완화하는 장치를 말하는데, 즉 차량 주행 시 상하 방향으로의 압력 변화가 수시로 일어나는 장치로서, 이러한 현가장치에 압전소자를 구비함으로써 상당한 보조 충전 효과를 기대할 수 있다.

그러나 이와 같이 현가장치에 구비된 압전소자를 이용한 보조 충전 효과는, 노면 상태(즉 차량의 상하 진동 정도)나 여러 주행 조건에 따라 변동폭이 심하여, 안정적인 보조 충전 수단으로 활용되기에는 그 효과가 충분하지 않은 문제가 있다.

KR 특허공개 제2003-0039692호

KR 실용신안공개 제1998-0028334호

JP 특허공개 제2011-041344호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 차량의 타이어가 노면과 접촉하여 수축됨으로써 가해지는 압력을 플랙서블 압전소자를 이용하여, 전력 생산에 이용함으로써, 차량의 보조 전력으로 활용할 수 있도록 하는 것이며, 타이어 전체에 가해지는 압력을 효율적으로 사용하기 위하여, 타이어의 압력 지점에 밀착 가압되는 플렉서블 압전소자를 배치하여 압전소자의 발전효율을 극대화할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치는, 내부가 비어있는 중공 튜브구조의 공기압 타이어(100); 상기 타이어(100)의 내면에 형성되는 링 형상의 내면 벽(200); 상기 내면 벽(200)을 지지하기 위하여 타이어(100)의 중심 및 내면 벽의 내면을 연결하는 지지 프레임(210); 상기 내면 벽(200)의 외주면 전체에 고정 장착되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 상기 내면 벽(200)과 타이어(100) 내면의 공간이 좁아짐으로써 압력을 받아 발전하는 플렉서블 압전소자(300);를 포함하되, 상기 지지 프레임(210)은, 신축성의 고분자 합성수지재로 구비되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축되어 상기 내면 벽(200)과 접촉 시, 같이 수축 됨으로써, 타이어(100)의 내면을 압박하되, 타이어(100)의 노면 충격 흡수 기능을 저해하지 않으면서, 내면 벽(200)의 위치를 지지하도록 하고, 상기 내면 벽(200)은, 다층으로 형성되고, 각 내면 벽(200)과 내면 벽(200)사이의 공간에는 상기 플렉서블 압전소자(300)를 개재하여, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축됨으로써 상기 다수의 내면 벽(200)과 내면 벽(200) 사이에 개재된 다수의 상기 플렉서블 압전소자(300)가 동시에 가압되어 다중으로 전력을 생성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 차량의 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 상기 내면 벽(200)과 타이어(100) 내면의 공간이 좁아짐으로써 압력을 받아 발전하는 플렉서블 압전소자(300)를 구비함으로써, 타이어(100) 전체에 가해지는 압력을 연속적으로 전력으로 변환 시킬 수 있으며, 따라서, 발전 효율이 증가되어 차량의 보조 전력으로써 충분히 활용될 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치의 전체 구성도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치의 작동 예시도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 내면 벽을 형성한 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치의 예시도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측면 지지판을 형성한 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치의 단면도 및 입체도이다;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치의 전체 구성도를 도시하고 있다.

이를 참고하면, 본 발명에 따른 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치는, 내부가 비어있는 중공 튜브구조의 공기압 타이어(100); 상기 타이어(100)의 내면에 형성되는 링 형상의 내면 벽(200); 상기 내면 벽(200)을 지지하기 위하여 타이어(100)의 중심 및 내면 벽(200)의 내면을 연결하는 지지 프레임(210); 상기 내면 벽(200)의 외주면 전체에 고정 장착되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 상기 내면 벽(200)과 타이어(100) 내면의 공간이 좁아짐으로써 압력을 받아 발전하는 플렉서블 압전소자(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 타이어(100)는 일반적으로 기존의 자동차용 타이어로 사용되는 중공 튜브구조의 공기압 타이어로써, 이러한 공기압 타이어의 경우, 내부가 비어 있으므로, 도 1에서와 같이, 본 발명을 위한 내면 벽(200)을 설치하는 공간이 제공된다.

이러한 내면 벽(200)은 도 1에서 보는 바와 같이, 타이어(100)내부의 중공 공간에 위치하면, 타이어(100)의 내부 림을 중심으로 링형상을 하여 설치된다.

이러한 내면 벽(200)을 타이어(100)내부에 고정될 수 있도록 도 1과 같이 타이어(100)의 중심 림 및 내면 벽(200)의 내면을 서로 연결하여 지지 고정하는 지지 프레임(210)을 형성하게 된다.

이 때, 상기 지지 프레임(210)은, 신축성이 있는 재질로써, 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축되어 상기 내면 벽(200)과 접촉 시, 같이 수축 됨으로써, 타이어(100)의 노면 충격 흡수 기능을 저해하지 않으면서, 내면 벽(200)의 위치를 지지하도록 한다.

즉, 상기 지지 프레임(210)이 신축성이 없는 경질의 재질이라면, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 수축되는 타이어(100)의 내면을 밀어내게 되므로 타이어(100)의 본연의 기능인 노면의 충격흡수 기능을 저해하는 문제점이 있을 수 있다.

따라서, 타이어(100)의 노면 충격흡수 기능을 위하여, 상기 지지 프레임(210)이신축성이 있는 고분자 합성수지재를 적용함으로써, 타이어(100)가 수출할 시, 타이어(100)의 내면을 압박하되, 강한 반탄력을 가지지 않도록 하여, 타이어(100)의 노면 충격흡수 기능 저하를 방지하는 것이 바람직하다.

물론, 이러한 상기 지지 프레임(210)의 경우, 신축성을 가지는 고분자 수지 재질 외에도, 탄성력을 가지는, 스프링으로 대체가 가능하다.

다음으로, 도 3을 참고하면, 상기 내면 벽(200)은, 다층으로 형성되고, 각 내면 벽(200)과 내면 벽(200)사이의 공간에는 상기 플렉서블 압전소자(300)를 개재하여, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축됨으로써 상기 다수의 내면 벽(200)과 내면 벽(200) 사이에 개재된 다수의 상기 플렉서블 압전소자(300)가 동시에 가압되어 다중으로 전력을 생성하는 것이 가능하다.

즉, 다수의 층을 이루는 내면 벽(200)과 벽 사이에 상기 플렉서블 압전소자(300)가 개재되고, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축할 시, 최상층의 내면 벽(200)이 다음 층의 내면 벽(200)을 가압하고, 가압된 내면 벽(200)이 다른 내면 벽(200)을 가압하는 방식으로 순차적 가압이 가능해지므로, 사이사이에 개재된 다수의 플렉서블 압전소자(300)층에서 전력 생산이 가능해 진다.

또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 내면 벽(200)은, 측면에 단면이 "U" 자 형상으로 휘어진 측면 지지판(220)을 추가로 형성하고, 상기 측면 지지판(220)의 외주면 전체에 상기 플렉서블 압전소자(300)를 장착할 수 있으며, 상기 측면 지지판(220)은, 탄성력을 가지는 소재로써, 상기 타이어(100)의 내부 측면에 대응되도록 휘어진 형상으로, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 휘어짐이 증가하여 타이어(100)의 내부 측면과 밀착 압박하여, 상기 플렉서블 압전소자(300)를 가압하는 역할알 하는 부가 구성을 취할 수 있다.

즉, 타이어(100)의 내부 측면에 대응되도록 휘어진 형상의 측면 지지판(220)이 타이어가 수축 할 시, 휘어짐이 증대되면서, 타이어(100)의 내면 쪽으로 밀착가압 됨으로써, 이러한 측면 지지판(220)의 외주면 전체에 장착된 플렉서블 압전소자(300)가 가압됨으로써, 추가적인 전력을 생성할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 내면 벽(200)의 다층 배열 및 측면 지지판(220)을 형성하는 것과 같은 부가 구성으로 인하여, 전력 생산 면적을 증대시킴으로써, 플렉서블 압전소자(300)의 발전 효율을 높여 더욱 많은 전력 생산이 가능해 진다.

상기와 같이 생산된 차량의 타이어(100)에서 집전된 전력은 차량의 배터리로 전달되는데, 배터리로 전달하는 과정에서, 전선을 사용할 경우 차량 타이어(100)의 회전에 의하여 전선이 꼬여 버리는 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 차량 타이어(100)의 집전부로부터 전력을 전달받는 전선에 꼬임 방지를 위한 구조가 구비되도록 할 수도 있고, 또는 차량 부품들이 대부분 전기적 전도가 가능한 금속 재질로 이루어지는 점을 이용, 차량의 연결 파트 부품들을 통해 전도가 이루어지도록 하여 꼬임 발생이 일어나지 않는 부분에 전선을 연결하는 등의 구조를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 플렉서블 압전소자(300)로부터 모인 전력을 배터리로 전달할 수 있는 구조라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 어떠한 구조를 사용하여도 무방하다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

100 : 타이어
200 : 내면 벽
210 : 지지 프레임
220 : 측면 지지판
300 : 플렉서블 압전소자

Claims

내부가 비어있는 중공 튜브구조의 공기압 타이어(100);
상기 타이어(100)의 내면에 형성되는 링 형상의 내면 벽(200);
상기 내면 벽(200)을 지지하기 위하여 타이어(100)의 중심 및 내면 벽의 내면을 연결하는 지지 프레임(210);
상기 내면 벽(200)의 외주면 전체에 고정 장착되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 상기 내면 벽(200)과 타이어(100) 내면의 공간이 좁아짐으로써 압력을 받아 발전하는 플렉서블 압전소자(300);를 포함하되,
상기 지지 프레임(210)은, 신축성의 고분자 합성수지재로 구비되어, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축되어 상기 내면 벽(200)과 접촉 시, 같이 수축 됨으로써, 타이어(100)의 내면을 압박하되, 타이어(100)의 노면 충격 흡수 기능을 저해하지 않으면서, 내면 벽(200)의 위치를 지지하도록 하고,
상기 내면 벽(200)은, 다층으로 형성되고, 각 내면 벽(200)과 내면 벽(200)사이의 공간에는 상기 플렉서블 압전소자(300)를 개재하여, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축됨으로써 상기 다수의 내면 벽(200)과 내면 벽(200) 사이에 개재된 다수의 상기 플렉서블 압전소자(300)가 동시에 가압되어 다중으로 전력을 생성하는 것을 특징으로 하는 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 지지 프레임(210)은, 스프링으로 대체 가능한 것을 특징으로 하는 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 내면 벽(200)은, 측면에 단면이 "U" 자 형상으로 휘어진 측면 지지판(220)을 추가로 형성하고, 상기 측면 지지판(220)의 외주면 전체에 상기 플렉서블 압전소자(300)를 장착할 수 있으며,
상기 측면 지지판(220)은, 탄성력을 가지는 소재로써, 상기 타이어(100)의 내부 측면에 대응되도록 휘어진 형상으로, 상기 타이어(100)가 지면과 접하여 수축될 시, 휘어짐이 증가하여 타이어(100)의 내부 측면과 밀착 압박하여, 상기 플렉서블 압전소자(300)를 가압하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 플랙서블 압전소자를 이용한 자동차 타이어 적용 발전 장치.