KR101812419B1 - 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 탑재되는 엔진을 차량의 구동과 발전용으로 각각 최적화시켜서 다목적 사용환경으로 겸용하는 것을 목적으로 착안된 것이다.
일실시예로서 본 발명은,
엔진의 동력으로 차량을 운행하도록 결합된 구조의 차량구동기구; 엔진의 동력으로 전력을 생산하도록 결합된 구조의 발전기기구; 상기 차량구동기구 및 상기 발전기기구에 동력으로 연동되는 엔진; 상기 엔진의 동력을 상기 차량구동기구 또는 상기 발전기기구에 선택적으로 연동하는 스위칭연결기구; 상기 스위칭연결기구의 선택적 연동 작용에 의하여 단일 구성인 상기 엔진이 상기 차량구동기구 또는 상기 발전기기구에 선택적 택일 연동되는 구성 등을 특징으로 하며,
이를 통해 단일 엔진을 스위칭연결기구로서 필요에 따라 번갈아 택일적으로 사용할 수 있으므로 시설비를 절감하고 사용하지 않는 발전기가 차량운전 시의 엔진 부하로 악영향을 미치는 현상을 방지하는 효과 등을 얻는다.

Description

단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량{combined engine for driving and generating car}

본 발명은 차량에 탑재되는 엔진을 평상시에는 차량의 운행으로 사용하고, 정차 시에는 발전기의 가동에 사용토록 겸용하는 기술이다.

통상적으로 발전기용 엔진과 차량 운행용 엔진은 각각 독립적으로 사용한다. 이유는 액셀러레이터 등의 제어 변수가 상이하여 기구적인 연결 구조를 고착하였기 때문이다. 이 때문에 예를 들어 비록 휴대형 발전기라 하더라도 발전기와 엔진은 고착 결합된다.

최근에는 농촌 및 어촌의 현대화가 가속화되어 전동공구 사용을 요구하는 추세이지만, 넓은 범위의 작업장 중 불특정한 장소에서의 전력 수요에 맞추어 그때마다 전력을 제공하는 것은 쉬운 일이 아니다. 예를 들면 휴대용 발전기를 들고 다니면서 전력을 공급해야 하는 문제 등이다. 나아가 상용전원으로 전력선을 가설하여 이를 충당하는 것은 더 더욱 어려운 일이다.

때로는 일반 트럭에 발전기를 탑재하여 이동하는 것도 생각해 볼 수 있지만 차량이 밭이랑을 넘나들 수는 없는 것이고, 어촌의 모래밭은 전용의 4륜구동 차량이 아니라면 운행할 수 없다. 또한 여기에 일반 발전기를 승하차 하는 것도 쉬운 일이 아니며, 승하차가 귀찮다고 평상시 탑재한 채로 방치하면 발전기의 도난 우려가 있다.

농어촌도 마이카 시대에 접어들었으므로, 1인의 작업자가 차량을 몰고 와서 작업을 하는 경우가 많으며 이 경우 차량의 운행과 발전기 등 전력은 둘 중 어느 하나로 택일적인 사용이 이루어지는 특성이 있다. 즉 각각의 엔진을 독립적으로 구비한다는 것은 자원의 낭비를 초래한다는 의미를 갖는다.

이를 문제점으로 분석해보면 다음과 같이 정리된다.

1) 일반적인 휴대형 발전기는 차량에 승하차하는데 불편함이 있으며, 대형 발전용량의 경우는 무게 때문에 별도의 승하차용 기구(크레인 등)를 동원해야 하는 경우도 있을 정도이다.

2) 1인이 운전과 현장작업을 하는 경우 개별적인 엔진을 장착한 발전기 또는 차량엔진 중 어느 하나는 유휴 상태로 되는 비효율의 문제점이 있다.

3) 엔진 하나에 발전기와 차량의 동력을 함께 연동하는 구성을 생각해 볼 수 있지만 이 경우는 사용하지 않는 발전기 계통이 차량의 운행에 불필요한 부하 부담을 가중시켜 엔진의 효율을 떨어트리는 문제가 있다. 특히 발전기는 부하의 변동에 따른 엔진회전수 자동제어를 위하여 거버너를 사용하는데 이 거버너로서 엔진이 정상 회전 중에 차량을 기동하게 되면 급발진 사고의 우려가 있다. 따라서 평상시 하나의 엔진에 병렬적으로 두 개의 부하를 고정 연결하는 구성은 고려되기 어려운 실정이다.

만약, 안전이 강화된 여건 하에서 하나의 엔진을 발전기와 차량의 운행에 번갈아 사용할 수 있도록 한다면 엔진에 미치는 무용한 부하 부담을 없애 효율 저하를 방지하면서 발전기 사용 중 차량을 이동할 때 따른 사고를 예방할 수 있게 된다. 본 발명은 이러한 개념에서 착안된 새로운 착상이다.

본 발명의 제1목적은 안전이 강화된 여건 하에서 하나의 엔진을 차량의 구동과 발전용으로 각각 최적화되는 다목적 사용환경을 제공코자 함에 있다.

본 발명의 제2목적은 발전기의 작동이 차량의 운행 장해 요소가 되지 않도록 서로의 간섭성을 최소화하는 기술적 수단을 제공코자 함에 있다.

본 발명의 제3목적은 발전전력을 생산하는데 소요되는 기구적 구조와 무게를 최소화하여 안정적인 전력과 차량 운행 부담을 최소화 하는 기술적 수단을 제공코자 함에 있다.

본 발명의 제4목적은 발전기를 작업장소와 최대한 가까이 배치하는 이동성을 제공하여 전력선의 길이를 축소함으로써 기구적 비용과 전력의 효율저하를 절감할 수 있는 기술적 수단을 제공코자 함에 있다.

이와 같은 목적의 본 발명은 일실시예로서,

엔진의 동력으로 차량을 운행하도록 결합된 구조의 차량구동기구(1);

엔진의 동력으로 전력을 생산하도록 결합된 구조의 발전기기구(2);

상기 차량구동기구 및 상기 발전기기구에 동력으로 연동되는 엔진(3);

상기 엔진(3)의 동력을 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적으로 연동하는 스위칭연결기구(4);

상기 스위칭연결기구(4)의 선택적 연동 작용에 의하여 단일 구성인 상기 엔진(3)이 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적 택일 연동되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 스위칭연결기구(4)는 마그넷 스위치 등 전기적으로 제어하거나 기구적인 기어(박스)로 발전기로의 연결을 제어토록 하여서 구성될 수 있다. 이때 기구적인 기어 박스로 구성되는 상기 스위칭연결기구(4)는 기어 박스의 중립에서만 차량 운행이 가능하도록 기구적으로 제어하는 구성을 더 포함할 수 있다.

나아가 상기 마그넷 스위치 또는 기구적으로 제어하는 상기 스위칭연결기구(4)는 차량의 움직임을 감지하는 무빙센서의 출력에서 발전기 출력을 차단할 수 있도록 구성될 수 있고, 전력의 출력 또는 공급을 감지하는 전력(전류 또는 전압)센서의 일정시간 이상의 무전류 출력에서 차량의 구동측으로 동력을 전달할 수 있도록 구성될 수 있으며, 전력용 전선 코드를 삽입하였는지 여부를 기구적으로 감지하여 차량의 구동측으로 동력을 전달하도록 구성될 수도 있다. 더 나아가 상기 스위칭연결기구(4)는 차량의 스타트모터와 연계 제어될 수도 있다.

또한 상기 발전기기구(2)에는 발전기 출력전력이 부하단으로 공급되는 정도를 감지하여 자동으로 엔진출력을 안정시키는 전자적 또는 기계적 거버너를 포함할 수 있고, 이때 차량의 움직임을 감지하여 차량이 움직이고자 할 때 발전기 거버너를 자동으로 감속시키는 구성을 포함할 수도 있다.

또한 상기 발전기기구(2)에는 차량의 엔진 회전수가 3600rpm( 또는 1800rpm)으로 안정 또는 전원주파수가 45Hz~65Hz의 범위(바람직하게는 50Hz 또는 60Hz)로 안정된 상태에서 전원을 Output port로 출력하는 배전반의 제어 수단을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 발전기기구(2)에는 엔진의 회전에서 발생하는 전압변동 및 서지 등 파형을 정형하는 필터를 삽입하는 배전반 구성을 포함할 수 있다.

나아가 상기 발전기기구(2) 또는 상기 스위칭연결기구(3)에는 발전기 사용 중 연료의 잔량이 설정레벨(예를 들면 5리터) 이하로 될 경우 앰프, 경광등, 해저드램프, 스마트폰 앱 등을 이용하여 알람을 발생하는 구성을 포함하는 것이 바람직하다.

더 나아가 상기 발전기기구(2)는 보닛 내에 설치되는 알터네이터로 구성되고, 상기 알터네이터의 출력에는 정류기와 필터링 역할의 배터리를 연결함과 동시에 그 출력에 인버터를 연결하여 엔진에 연동되는 알터네이터의 불안정한 출력을 배터리에서 필터링하여 인버터로 공급하고 인버터의 출력으로 거버너에 연동 및 사용을 위한 전원 콘센트에 인출하는 구성을 포함할 수 있다.

또한 상기 차량구동기구(1)는 농업용 또는 어업용으로 밭이랑 또는 모래밭을 운행할 수 있도록 구성될 수 있으며, 상기 스위칭연결기구(3)는 플렉시블 커플링(조인트)을 사용하여 발전기기구(2)를 엔진(3)에 연동시키면서도 차량의 운행에 따른 형상 변경이 어느 정도 있더라도 안정된 결합 작동을 유지하도록 구성될 수 있다.

나아가, 상기 스위칭연결기구와 발전기기구와 엔진의 연동에는 발전기의 사용 요구를 감지하여 엔진과 발전기기구의 연결 계통을 작동시키는 한편, 전력의 사용량을 감지하여 동력을 증감하거나 기본엔진운전조건으로 엔진을 제어하는 구성을 포함할 수 있다.

이를 위한 좀 더 상세한 구성으로 상기 발전기기구는 전력 생산용 제2발전기로서 차량운행용 제1발전기와 함께 엔진 크랭크축의 풀리에 연결되어 동력을 제공받을 수 있는 하드웨어적 연결을 구성하되, 상기 제2발전기의 사용조작 상태에서만 상기 하드웨어적 연결점이 상기 제1발전기에 대한 동력전달로서 실행됨과 아울러 상기 동력전달 상태에서는 제2발전기 전력의 사용 정도에 대응하여 엔진의 동력이 제어되는 소프트웨어적 연동 구성을 포함할 수 있다.

이 소프트웨어적 구성에는 에어컨으로 엔진의 동력이 전달되는 순간에 상기 제2발전기에 대한 동력전달이 차단되는 것을 전제로 에어컨을 연동하거나, ECU에서 사용 전력을 감지하여 엔진의 동력을 최대 3,600rpm(또는 최대 1,800rpm) 내지 기본엔진운전조건 중 어느 적정한 회전력으로 작동 제어하는 구성을 채택할 수도 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 단일 엔진을 스위칭연결기구로서 필요에 따라 번갈아 택일적으로 사용할 수 있으므로 시설비를 절감하고 사용하지 않는 발전기가 차량운전 시의 엔진 부하로 악영향을 미치는 현상 방지 가능하다.

2) 전력의 사용 상태와 차량의 운행 의지를 (자동으로) 감지하여 경고 또는 동력기구를 (차단 등) 제어하므로 발전기 전력 공급계통의 변화에 따른 위험을 예방할 수 있고, 나아가 발전용 엔진회전수 상승상태에서의 차량 급발진 사고를 예방할 수 있다.

3) 발전기 승하차 작업 불편을 해소하고 보닛 내에 발전기를 수용할 수 있어 발전기 도난으로부터 안전성을 확보할 수 있다.

4) 필요시 발전기와 엔진의 결합에서 유연한 플렉시블 조인트를 사용하는 구성을 제공하므로 차량의 기능 유지에 손상을 주지 않을 위치로 발전기를 자유롭게 설치 가능하고 나아가서는 차량의 운행에 따라 엔진과 발전기구가 기구적으로 다소 간 위치가 틀어지더라도 자동적으로 결합상태가 유지되도록 하는 효과가 있다.

5) 엔진의 동력을 연동하는 풀리 기구 등 종래 하드웨어적인 원리를 이용하면서 새로운 소프트웨어적인 원리를 부가하는 구성을 채택함으로써 현장에 쉽게 적용될 수 있는 환경친화적 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 차량기구에 대한 개념을 예시한 도면
도 2 및 도 3은 본 발명의 차량기구의 전체적인 배치 및 발전기기구와의 연결 구조를 예시한 도면
도 4는 본 발명의 스위칭연결기구에 대한 연동관계를 도시한 예시도
도 5는 본 발명의 전기적인 구성도를 예시한 블록다이어그램
도 6a는 종래의 풀리 연동을 도시한 하드웨어적 구조도
도 6b는 본 발명의 풀리 연동을 도시한 하드웨어적 구조도
도 7은 도 6b의 하드웨어적 구조에서 동력전달이 실행되는 원리를 소프트웨어적으로 도시한 흐름도
도 8은 도 7이 종래의 차량용 에어컨과 연동될 때의 작동관계를 소프트웨어적으로 도시한 흐름도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 자세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니므로, 이하 개시하는 구성은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으나, 예를 들어 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되고 있을 뿐 이 구성요소들을 제1, 제2 등으로 용어를 붙여서 한정되는 것으로 이해를 하여서는 아니 된다. 상기 용어들은 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 마찬가지의 원리로서 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

이와 같은 원칙하에 이하에서 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용될 농어촌용 차량의 모습을 예시적으로 나타낸 것이다. 특히 본 발명은 농촌의 밭이랑이나 논 가운데 또는 어촌의 모래밭을 운행하고 다양한 작업 환경에 대용할 수 있는 구조를 기본으로 채택한다. 이것은 특히 전력선의 길이를 짧게 하여 전력선으로부터의 전력강하 손실을 예방하고 긴 전력선으로 인해 번거로운 가설작업을 최소화하기 위한 것이다. 따라서 본 발명은 이와 같은 카고 내지는 덤프용 차량에 한정적으로 적용되는 것도 가능하다.

도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 기본 개념을 나타낸 구조도 및 연동 개념도이다.

즉 엔진의 동력으로 차량을 운행하도록 결합된 구조의 차량구동기구(1; 1-1, 1-2, 1-3) ;

엔진의 동력으로 전력을 생산하도록 결합된 구조의 발전기기구(2) ;

상기 차량구동기구 및 상기 발전기기구에 동력으로 연동되는 엔진(3) ;

상기 엔진(3)의 동력을 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적으로 연동하는 스위칭연결기구(4) ;

상기 스위칭연결기구(4)의 선택적 연동 작용에 의하여 단일 구성인 상기 엔진(3)이 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적 택일 연동되도록 구성된 일실시예이다.

각각의 구성요소에서,

상기 ‘엔진의 동력으로 차량을 운행하도록 결합된 구조의 차량구동기구(1)’라 함은 차량의 운행을 위해 통상적으로 구비되는 변속기와 차동기어(1-1), 조향장치(1-2), 현가장치(1-3) 등을 일컫는다(도 2 및 도 3 참조). 따라서 본 발명의 차량구동기구(1)라 함은 이와 같은 차량을 운행하기 위한 각종 동력기구에 대한 집합체를 의미한다.

특히 본 발명에서 상기 차량구동기구는 농업용 또는 어업용으로 밭이랑 또는 모래밭을 운행할 수 있는 구성을 포함하는데, 이것은 가장 근접된 거리에서 짧은 전력선으로서 효율저하 없이 전기를 공급토록 하는 효과를 얻기 위해서이다. 전력선이 길어지면 그에 따른 전압강하 등으로 효율이 떨어지므로 결과적으로 에너지 등 자원의 낭비를 초래한다.

상기 ‘엔진의 동력으로 전력을 생산하도록 결합된 구조의 발전기기구(2)’라 함은 전력 생산을 위한 발전용 모터와 배전반과 케이블 콘넥터를 포함하는 의미이다. 일반적인 발전용 모터는 엔진에 고착 결합되어 구동되는 것이지만 본 발명의 경우는 하나의 엔진(3)으로 차량구동기구(1)와 발전기기구(2)에 선택적으로 연결되어서 구동된다는 점에서 단순한 발전기기구의 개념이 아니며, 특히 유사시 구동부가 연결 또는 해지되는 스위칭연결기구(4)의 구성을 가진다는 점에서 종래의 기술과는 다른 구성 및 효과를 가진다(도 3 및 도 4 참조).

상기 ‘차량구동기구 및 상기 발전기기구에 동력으로 연동되는 엔진(3)’이라 함은 디젤, 가솔린, 가스.... 등을 연료로 회전력을 발생하는 기계적 구조, 예를 들면 내연기관을 의미한다. 이 엔진에 의하여 차량은 구동될 수 있으므로, 이것은 가장 기본적인 구성이며, 따라서 연료통은 물론, 기타 농어촌 차량에서 최소한으로 구비되는 내연기관 등의 구성품을 모두 포함하는 것으로 이해하면 된다.

상기 ‘엔진(3)의 동력을 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적으로 연동하는 스위칭연결기구(4)’라 함은 단일 엔진(3)을 차량의 운행을 요구할 때는 상기 차량구동기구(1) 쪽으로, 발전전력의 생산을 요구할 때는 상기 발전기기구 쪽으로 동력을 전환 연결하는 구성을 의미한다.

이때 전력생산과 차량구동은 동시에 이루어질 필요가 없다는 점에서 본 발명의 착상은 이것 중 어느 하나로 선택적 연결된다라는 의미로 스위칭이라는 용어를 사용하고 있다(도 4 및 도 5 참조). 즉 상기 스위칭연결기구(4)의 선택적 연동 작용에 의하여 단일 구성인 상기 엔진(3)이 상기 차량구동기구(1) 또는 상기 발전기기구(2)에 선택적 택일 연동되는 것인데, 이때 발전기기구(2) 측의 연결은 마그넷 스위치로 작동 제어되는 전기적 내지 전자적 클러치로 구성될 수 있음을 일예로 들 수 있다. 다시 말하면 외부에서 전기스위치를 켜면 전자석 작용에 의해 마그넷 스위치가 작동하고 이에 따라 클러치가 전자적으로 작동하여 엔진 동력을 발전기기구로 일시적으로 고착 연결하는 것이다. 이때 차량 운행용 기어를 중립상태로 두는 것으로 엔진(3)의 동력은 발전기기구 쪽으로 공급되거나 아니 되거나를 제어할 수 있는 것이며, 차량의 운행으로 동력을 공급할지 여부는 사용자의 기어레버 조작에 의하여 결정된다. 이러한 구성에 의하여 단일 엔진으로서 복수의 동력 전환 전달이 가능하게 되는 것이다. (즉 “발전기의 연결은 전자적 클러치에 의하여 연결되고 차량의 구동측 연결은 수동식 기어의 조작에 의하여 차단된다.”라는 것을 일예로 든 것이다.)

또 하나 다른 실시예로서 상기 스위칭연결기구(4)는 기구적인 기어(박스)로 발전기와의 연결을 제어하는 구성을 채택할 수도 있다. 이 구성은 차량의 기어가 2단계로 작동하는 것이라고 연상하면 이해하기 쉬울 것이다. 차량은 이 기어박스가 중립상태(발전기기구에 연결되지 않은 상태)에서 운행되도록 기구적으로 조합하는 것이 바람직하다.

한편, 스위치 조작에 따라 마그넷스위치가 작동되는 구조에서는 사용자가 자칫 발전기기구 작동으로 조작 스위치를 설정해 둔 채로 차량을 운행하게 되면 차량의 엔진(3)에는 과부하가 걸릴 수 있다. 특히 발전기기구가 연결되어 엔진이 가동되는 경우에는 원하는 주파수의 전력과 토크를 유지하기 위하여 일정한 교류주파수(예를 들면 60Hz 또는 50Hz)에 상당하는 엔진 회전수(가솔린 엔진의 경우는 3600rpm, 디젤 엔진의 경우는 1800rpm 등)를 유지하는 것이 바람직한데, 이때 차량을 운행하게 되면 급발진의 사고 우려까지 있는 것이다.

따라서 본 발명의 스위칭연결기구(4)는 도 5에서 보듯이 센서 모듈(9)이 차량의 움직임을 감지하는 무빙센서의 기능으로 차량 운행 시에 발전기 출력을 차단토록 제어하거나, 전력의 출력 또는 공급을 감지하는 전력(전류 또는 전압)센서로서 차량의 운행 그 자체를 제한토록 할 수 있다.

전력센서의 경우는 일정시간 이상의 무전류 출력에서 차량의 구동측으로 동력을 전달할 수 있도록 할 수도 있으며, 역발상으로 전력공급 상태를 감지하거나 전선 코드를 삽입하였는지 여부를 기구적으로 감지함으로써, 전력의 사용 중인 것을 인지한 경우 차량구동기구를 엔진에 연동할 수 없도록 운전조작과 알람을 연동시킬 수 있다. 즉 상기 스위칭연결기구는 전력용 전선 코드를 삽입하였는지 여부를 기구적으로 감지하여 차량의 구동측으로 동력을 전달할 수 있도록 제어하는 것일 수도 있다.

상기 실시예의 상기 발전기기구에는 발전기(2) 출력전력이 부하단(5, 6, 7)으로 공급되는 정도를 감지하여 자동으로 엔진출력을 안정시키는 전자적 또는 기계적 거버너(8)를 포함할 수 있다. 이 구성에 의하여 발전전압을 전기적인 부하변동에 불구하고 안정되게 유지할 수 있는 것이다. 즉 부하가 무거우면 기구적인 액추에이터가 깊게 작동하고 부하가 가벼우면 반대로 가볍게 작동하는 거버너(8)의 작용이 달성되는 것이다. 이 거버너는 엔진 흡입구의 진공 압력을 이용하는 기구적인 거버너이거나 전자제어 방식(ECU)의 크루즈 콘트롤 등의 원리를 응용하여 구성될 수도 있다.

이 구성과 관련되는 상기 발전기기구에는 차량의 움직임을 감지하여 차량을 움직이고자 할 때 발전기 거버너를 자동으로 감속시키는 구성을 포함시키도록 할 수도 있다.

또한 상기 발전기기구에는 차량의 엔진 회전수가 3600rpm 또는 1800rpm(구체적인 상세 rpm은 원하는 전력량 내지 전원주파수에 의해 결정될 수 있다)으로 안정되거나 또는 전원주파수가 45Hz~65Hz의 범위로 안정된 상태에서만 전원을 Output port로 출력하는 배전반 제어 수단을 포함할 수 있다. 이 수치를 본 발명에서는 설정된 회전수 또는 설정된 주파수라고 하는데, 구체적인 설정값은 (가솔린 또는 디젤) 엔진과 발전기 및 이들 간을 정합하는 감속기어 등의 특성에 따라서 결정된다. 이 구성에 따라 전동공구 등 전기기구에 안정적으로 적정 전력을 공급할 수 있는 것이다.

나아가 상기 발전기기구 계통(2, 5, 6, 7)에는 엔진의 회전에서 발생하는 전압변동 및 서지 등 파형을 정형하는 필터를 삽입하는 것이 바람직하다. 이 구성은 앞에서 설명한 설정된 주파수로 안정된 상태에서 전원 스위치를 투입하였지만 그 전원의 전력소모가 많을 경우 서지 등이 발생하는 문제를 최소화 하는 한편, 엔진의 회전에서 잔잔한 물결처럼 헌팅이 일어날 때도 일정 부분 평활(필터링)이 가능한 장점이 있는 것이다.

더 나아가 상기 발전기기구(2) 또는 상기 스위칭연결기구(4)에는 발전기 사용 중 연료의 잔량이 예를 들면 3리터 혹은 5리터 등 설정레벨 이하로 될 경우 앰프, 경광등 또는 해저드램프 등을 이용하여 알람을 발생하는 구성을 포함하는 것이 바람직하다. 이 기능은 발전기의 전력생산에만 치중하여 엔진을 가동하다가, 정작 차량의 운행에 필요한 연료가 바닥이 나는 문제를 방지하기 위한 것이다. 따라서 본 발명에는 연료가 설정레벨 이하로 내려갔을 때 경고가 울리도록 함은 물론, 사용자의 귀가에 필요한 연료를 감안하여 사용자마다의 환경에 맞춘 연료잔량의 범위로 경고 시점을 임의 설정할 수 있도록 마이콤 등의 하드웨어 및 소프트웨어로 연동 구성하는 것이 바람직하다.

더 나아가 이 경고의 기능은 앰프를 이용하거나 네트웍을 이용한, 예를 들면 휴대폰의 앱을 이용하여 먼 위치에서도 사용자가 신속히 알 수 있도록 하고 대응되는 조치, 예를 들면 원격제어 On/Off, 알람 발생범위인 설정레벨의 변경/설정 등의 조작을 원격으로 취할 수 있도록 이동통신단말용 앱으로 연동하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발전기기구는 도 5에 보듯이, 발전기(2)로부터 직류 또는 교류를 직접 인출하여 콘센트(2a)로 연결할 수 있지만, 일반적인 전동공구가 교류(예를 들면 220볼트)를 사용하므로 이를 위하여 직접 교류를 출력토록 할 수도 있다. 이때 교류 전압의 안정은 발전기(2)로부터 직접 연결(도시 생략)된 거버너(8)가 담당하거나 진공흡입 상태를 감지하여 동작(도시 생략)하는 기계식 거버너가 담당한다. 다만 이 경우에도 발전기(2)로부터 직접 출력을 취하는 것은 교류파형에서 일정 부분 서지 혹은 잡음 발생의 가능성이 있다.

이를 감안하여, 교류를 출력하는 경우 인버터(6)를 중점적으로 이용토록 하고 배터리를 보조적으로 채용할 수 있는데, 도 5의 구성은 바로 그와 같은 구성의 예시이다.

즉, 상기 발전기기구 계통은 도 5에서 발전기(2)의 출력에 필터링 역할을 하는 비교적 소형의 배터리(5)를 연결함과 동시에 상기 발전기(2)의 출력에는 인버터(6)를 연결하여 발전기(2)의 불안정한 출력을 배터리(5)에서 일단 필터링하여 인버터(6)로 공급하고 인버터(6)의 출력으로 전력을 생산(7)하도록 하는 구성을 일실시예로 개시하였다. 이 인버터의 출력은 거버너(8)에 연동되므로 이때 거버너(8)의 작동은 더욱 정밀해 질 수 있다. 또한 이 인버터의 출력을 차량의 외부에 장착되는 방수 커버형 콘센트(2a)로 인출해 두면, 사용자가 전력을 사용하고자 할 때 이 콘센트를 이용할 수 있으므로 편리해 진다. (이때의 발전기(2)는 정류기를 포함하는 교류발전기이거나 직류발전기이다.)

특히 이 구성은 배터리(5)가 필터로서 작동하는 개념이므로, 발전기(2) 출력은 축전지에 저장되는 작용보다도 축전지 필터의 총괄적인 결합을 통해서 발전기로부터 안정된 전압과 파형의 교류로 생산하는 효과를 얻게 되는 것이다. 하지만 본 발명의 배터리와 인버터의 연결 개념은 이에 한정되지 않고 배터리를 주전원으로 할 수 있도록 대용량화 배터리로 연동 구성할 수도 있다.

본 발명의 구성에서 상기 발전기기구(2)는 보닛 내에 알터네이터의 개념으로 장착 설치되는 것이 도난 등으로부터 보호 받을 수 있는 구성으로서 바람직하다. 이때 보닛 내의 설치장소가 용이하지 않을 때는 본 발명의 스위칭연결기구(4)는 플렉시블 조인트를 경유하여 발전기기구(2)와 엔진(3)을 연결 구성할 수 있다. 여기에서 플렉시블 커플링이란 이음축이 정확하지 않더라도 회전력을 전달하는 일종의 유니버셜 조인트, 즉 플렉시블 조인트와 같은 구조이다. 본 발명의 이와 같은 구조에 의하여 작업 차량이 열악한 환경에서 운행이 누적됨에 따른 갱년변화로서 엔진축과 발전기기구축이 일정부분 불일치하더라도 전력의 생산에 차질이 일어나지 않도록 할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 보닛 내에 엔진의 동력과 풀리로 연동되도록 구성될 수 있는바, 이에 대한 일례를 도 6b에 도시하였다.

즉 도 6a는 종래 엔진(3)과 알터네이터(3a; 이를 이제부터 제1발전기라 칭하기로 한다)가 각각 풀리를 통해 회전동력이 전달되는 상태를 도시한 도면이다. 여기서는 벨트(3d)에 의하여 제1발전기 풀리(3a)와 엔진 풀리(3f)가 동력전달 관계로 결합되어 있음을 알 수 있을 것이다. 도 6a에서 3b와 3c는 경로 또는 텐션을 유지하기 위한 보조 풀리이다.

이에 대하여 도 6b는 본 발명의 발전기기구(2; 이하 이제부터 이를 제2발전기라 칭하기로 한다)가 이들과 함께 엔진에 연동되어 있는 동력전달 계통의 하드웨어적 결합 개념을 나타낸 도면이다. 도 6b에서는 제2발전기용으로 별도의 제2벨트(3e)를 구성하고 있으나 이 구성은 기구적인 안정 내지 유지보수를 위해 바람직하다는 개념을 일실시예로 나타낸 것이다. 도 6b에서 (2 및 4)는 발전기의 풀리를 나타낸 외형적인 모습이지만 여기에는 이하에서 설명하는 스위칭연결기구가 소프트웨어적으로 포함되어 있다.

이에 관하여 도 7은 상기 하드웨어적인 결합이 소프트웨어적으로 어떻게 작동하는가를 나타낸 도면이다.

즉 도 6b의 구성을 통해서는 스위칭연결기구(4)와 제2발전기(2)가 엔진 풀리(3f)에 연동되는 외형적 모습을 확인할 수 있고, 도 7을 통해서는 제2발전기의 사용 요구를 감지하여 엔진과 발전기기구의 연결 계통을 작동시키는 한편, 전력의 사용량을 감지하여 동력을 증감하거나 기본엔진운전조건으로 엔진을 제어하는 개념을 확인할 수 있는 것이다. (도 6b에서 스위칭연결기구(4)는 발전기기구(2)의 뒤쪽에 가려져 있고, 발전기기구(2)는 발전기와 풀리를 함께 도식한 개념이며, 엔진 풀리(3f)는 엔진으로부터 크랭크샤프트와 풀리로 연결되는 구조를 도식한 것이므로 도면을 이해할 때 참고 바란다.)

좀 더 상세히 설명하자면, 사용자가 제2발전기를 사용하겠다는 의지로 제2발전기(2)의 작동스위치를 조작하면 도 6b에서 제2발전기 클러치인 스위칭연결기구(4)가 작동하는데, 이 구성이 도 7의 흐름도에서는 제2발전기 스위치(102)와 제2발전기 스위치 ON상태 감지(103)로 묘사되고 있다.

즉 이러한 스위치 조작의 연동 과정에 따라 도 7에서 제2발전기 가동에 필요한 회전력으로 엔진이 작동되며(도 7의 104), 일정한 시간 동안의 전력 사용 여부를 관찰하여 사용이 있으면(105) 엔진을 지속적으로 작동하고(104), 사용이 없거나 설정된 최하의 전력사용량 이하이면(106) 제2발전기의 클러치를 OFF시키거나 평상시의 아이들링인 기본엔진운전조건으로 복귀하게 된다(107).

전력의 사용을 감지하는 구성은 발전기의 최종 출력단으로 나가는 전류를 감지하거나 배터리 자체의 전압을 감지하는 구성을 통해 알 수 있게 되는데, 이러한 피드백 제어를 통해 상기 도 6b에서의 하드웨어적인 외형적 구조가 구체적으로 어떻게 작동되는지 정립되는 바, 이를 본 발명에서는 소프트웨어적 구성이라고 정의한다.

본 발명에서 사용 여부는 설정전력 이상 이하인지 여부로 확인 가능하되 여기서 설정전력이라 함은 적어도 부하단에 전류가 공급되고 있는지의 여부 혹은 배터리의 방전 상태를 감지할 수 있는 범위 중 임의로 설정되는 수치를 말한다. 예를 들면 부하단의 경우 3KW 발전기에서 0.1W이하를 사용 중이라고 할 수도 있으며, 배터리 전압 12.6V 이하를 사용 중이라고 판단할 수도 있다. (다만 도 7 내지 도 8에서 각 비교단계를 전압으로 볼 경우는 yes와 no가 서로 반대의 개념으로 연동된다는 점을 이해할 필요가 있다.)

상기 소프트웨어적 연동 구성에는 제2발전기를 통한 전력수요가 설정전력 이상일 때 가솔린 엔진의 경우 최대 3600rpm, 디젤엔진의 경우 최대 1800rpm으로 작동되도록 하고 설정전력 이하일 때 기본엔진운전조건, 예를 들면 아이들링으로 되도록 ECU를 설정한 다음 피드백 제어를 통해 그 사이의 적정한 값으로 거버너가 자동 작동하도록 ECU를 설정하는 것이 바람직하다. 즉 전력의 소요에 따라 엔진의 동력이 자동 제어되는 것이 가장 바람직하다는 것이다. 다만 본 발명에서 배터리가 완충 요소로 게재되어 있는 이상 인버터가 안정적으로 전력을 생산할 수 있도록 엔진이 작동되는 한, 본 발명은 이와 같은 자동 운전에 한정하지는 않는다.

요약하면 도 6b와 도 7은,

하드웨어적 기구로서, “상기 발전기기구는 전력 생산용 제2발전기로서 차량운행용 제1발전기와 함께 엔진 크랭크축의 풀리에 연결되어 동력을 제공받을 수 있는 하드웨어적 연결을 구성한 것”이고,

소프트웨어적 구조로서, “상기 제2발전기의 사용조작 상태에서만 상기 하드웨어적 연결점이 상기 제2발전기에 대한 동력전달로서 실행됨과 아울러 상기 동력전달 상태에서는 제2발전기의 전력 출력에 대응하여 엔진의 동력이 제어되는 구성”인 것이다.

한편 도시생략하였지만, 상기 발전기기구는 전력 생산용 제2발전기로서 차량운행용 제1발전기 및 차량용 에어컨과 함께 엔진 크랭크축의 풀리에 연결되어 동력을 제공받을 수 있는 하드웨어적 연결을 구성하되, 상기 에어컨으로 상기 엔진의 동력이 전달되는 순간에는 상기 제2발전기에 대한 동력전달이 차단되는 구성으로 실현될 수 있다.

이 구성은 제1발전기, 제2발전기 및 에어컨이 하나의 엔진을 공유하되, 특히 에어컨과 제2발전기가 동시에 작동되어 엔진에 부하 부담을 주는 것을 예방하는 소프트웨어적인 구성에 해당한다.

구체적인 구성은 도 8에 도시되어 있으며, 이 구성은 스텝 (103)~(107)까지의 도 7에 스텝 (202)~(206)까지의 에이컨 구성을 더 연결하고, 여기에 (201) 스텝과 (102) 스텝을 연동하여 제2발전기와 에어컨과의 조화를 이루도록 한 것에 해당된다. 역시 이 구성에서도 엔진의 부하 부담은 철저히 예방되지만 구체적인 작동과 효과는 앞에서 설명한 사항으로부터 충분히 알 수 있을 것이어서 더 이상 설명은 생략하기로 한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 이상에서 상술한 일실시예들은 각각의 예시에 한정적인 것이 아니며, 특히 특허청구범위의 용어가 직접적으로 지정하는 문리적 의미와 범위는 물론이고 그 등가의 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 차량구동기구
2 : 발전기기구
3 : 엔진
4 : 스위칭연결기구
5 : 배터리
6 : 인버터
7 : 배전반
8 : 거버너
9 : 센서모듈
3a : 알터네이터(제1발전기) 풀리
3b : 보조 풀리(경로)
3c : 보조 풀리(오토 텐셔너)
3d : 드라이브 벨트
3e : 확장된 드라이브 벨트
3f : 크랭크 샤프트 풀리 (엔진 표현을 포함)
2a: 차량외부 방수커버형 콘센트

Claims (22)

1. 발전기를 내장한 차량이 외부로 전력을 공급할 수 있도록 하는 발전기 겸용 차량에 있어서,
   엔진의 동력으로 차량을 운행하도록 결합된 구조의 차량구동기구 ;
   엔진의 동력으로 전력을 생산하도록 결합된 구조의 발전기기구 ;
   상기 차량구동기구 및 상기 발전기기구에 동력으로 연동되는 엔진 ;
   상기 엔진의 동력을 상기 차량구동기구 또는 상기 발전기기구에 선택적으로 연동하는 스위칭연결기구 ;
   상기 스위칭연결기구의 선택적 연동 작용에 의하여 단일 구성인 상기 엔진이 상기 차량구동기구 또는 상기 발전기기구에 선택적 택일 연동되는 구성으로서
   상기 스위칭연결기구는 전기적인 기구로 발전기와 엔진의 연결을 스위칭 제어하되, 상기 차량의 움직임을 감지하는 무빙센서가 차량 운행 중이라고 판단시 상기 발전기기구의 출력을 자동으로 차단시키고,
   전력센서에 의해 상기 발전기기구가 전력을 사용한다고 감지되거나 상기 발전기기구로 전선 코드가 삽입된 경우 상기 차량구동기구가 엔진에 연동될 수 없도록 제어하며,
   상기 발전기기구 사용 동안 연료의 잔량이 기설정 레벨 이하로 된 경우 앰프, 경광등, 해저드램프 또는 이동통신단말용 앱을 이용하여 알람을 발생시키되, 상기 연료 잔량의 범위는 사용자의 환경에 맞게 설정 변경가능하고 상기 기설정 레벨은 상기 차량을 특정 목적지까기 주행하기 위한 최소한의 연료량이고,
   상기 발전기기구에는 전자적 또는 기계적거버너에 연동되어 발전기 출력전력이 안정되는 구성을 포함하며,
   상기 엔진과 발전기기구는 엔진 크랭크축의 풀리에 연결되는 하드웨어적인 구성으로 결합되되, 실질적인 동력은 발전기의 사용조작 상태에서만 전달되는 소프트웨어적인 연동으로 작동됨과 아울러, 엔진의 회전수는 상기 사용조작 상태에서 정상범위로 작동되고 상기 사용조작 상태가 아닐 때 또는 상기 무빙센서의 출력이 발생될 때 기본엔진운전조건으로 복귀되는 구성
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량.
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10. 제1항에 있어서,
    상기 무빙센서가 차량 운행 중이라고 판단시 발전기 거버너를 자동으로 감속시키는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량.
11. 제1항에 있어서,
    상기 발전기기구에는 차량의 엔진 회전수가 설정된 범위로 안정 또는 전원주파수가 설정된 범위로 안정된 상태에서 전원을 Output port로 출력하는 배전반의 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량.
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14. 제1항에 있어서,
    상기 발전기기구는 직류발전기이며 발전기의 출력에 필터링 배터리를 연결함과 동시에 상기 발전기의 출력에 인버터를 연결함으로써 상기 발전기의 출력이 배터리로 필터링 되면서 인버터로 공급되어 인버터의 출력으로 안정된 전력을 생산하도록 발전기기구 계통이 연결된 구성을 포함하되 엔진이 정지되면 원칙적으로 발전이 정지되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량.
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20. 제1항에 있어서,
    상기 발전기기구는 교류발전기이며 상기 정상범위는 가솔린 엔진 최대 3,600rpm(또는 디젤 엔진 1,800rpm) 이내이고, 상기 기본엔진운전조건은 아이들링을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 엔진을 이용한 발전기 겸용 차량.
    
    
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