KR101915909B1 - 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량이 통행하는 통행로에 발전장치를 매립하여 설치하고, 유지 및 보수가 용이하며, 교체작업 시 매립된 부위를 굴착하는 작업 없이 발전장치를 교체할 수 있고, 통행하는 차량의 주행에 지장을 주지 않으며, 주행하는 차량의 하중을 효율적으로 이용하여 발전할 수 있는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치에 관한 것으로 차량의 통행로에 매립 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 상면에 돌출되어 상하로 승강 가능하게 설치되고, 하부에 나선홈이 함몰 형성되는 답력전달부재와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 답력전달부재가 상방을 향하도록 스프링력을 제공하는 스프링과, 상부가 상기 답력전달부재의 나선홈에 회전 가능하게 삽입 설치되도록 스크류가 형성되고, 하단이 상기 케이스의 하부에 베어링을 매개로 회전 지지되는 스크류축과, 상기 스크류축과 함께 회전하도록 상기 스크류축 상에 설치되고, 상기 답력전달부재의 상하 이동에 따라 정역회전하는 주동베벨기어와, 상기 주동베벨기어와 치합되어 회전하는 종동베벨기어와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 종동베벨기어의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부를 포함한다.

Description

차량 통행을 이용한 매립형 발전장치{EMBEDED GENERATION SYSTEM USING PASSAGE OF VEHICLE}
본 발명은 차량이 통행하는 통행로에 매립되어 이동하는 차량의 하중을 이용하여 전기에너지를 생성하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치를 말한다. 이러한 발전장치의 발전방식에는 수력발전, 화력발전, 원자력 발전, 태양열 발전, 풍력발전, 조력발전 등 다양한 발전방식들이 사용되고 있으나, 자연 에너지를 이용한 일부 발전방식을 제외한 대부분의 발전방식들은 화석연료, 원자력 등과 같은 발전에 필요한 에너지원을 지속적으로 공급해야 되는 문제점이 있다. 특히, 화석연료의 경우 에너지원이 유한적이라는 단점이 있고 환경에 미치는 영향이 크기 때문에 사용하지 않는 추세이다.
또한, 수력발전, 풍력발전, 조력발전 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 사용하는 발전장치의 경우 자연조건이 적합한 지역에만 시설을 설치할 수 있으며, 초기 시설설치 비용에 비해 생산되는 전기량이 작아 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서, 현재 대부분의 발전방식은 적은 양의 에너지원으로 많은 양의 전기에너지를 생산하는 원자력을 이용한 발전방식을 사용하고 있다. 하지만, 원자력 발전의 경우 핵연료봉에서 발생 되는 방사능과 사용 후 핵연료봉의 폐기 문제점이 있다. 폐기 연료봉의 경우 수십 년간 방사능을 방출하기 때문에 따로 모아 일정한 기간동안 보관해야 되고, 원자력 발전 시설 및 폐기 시설을 설치하는 비용이 막대하고 유지비용 또한 많이 든다는 문제점이 있다.
따라서, 최근 세계적으로 에너지 고갈 및 대체 에너지의 개발과 에너지 순환시 효과적인 에너지보존을 위한 다양한 방식과 장치를 개발하고 있는 추세이다. 예컨대, 태양광을 이용한 발전장치가 개발되었으며, 이는 태양광을 직접 수광하는 태양전지를 구성하고, 태양전지로부터 발생 되는 전압을 균일하게 유지해주는 정전압 회로를 매개로 하여 축전지에 태양전지로부터의 전압을 충전시켜 필요 시 보조전원으로 사용할 수 있게 한다. 하지만, 상기 태양전지를 이용한 전력 생산은 낮은 효울과 광량에 따라 발전량의 큰 차이가 발생하고 태양광이 사라지는 밤이나 태양광이 자연적 현상에 일부 차단되는 환경에선 전기를 생산하지 못하는 단점이 있어 주 에너지원으로서 역할은 할 수 없다.
때문에 대체 에너지가 개발되기 전에 화력발전이나 원자력발전의 사용을 줄이기 위해 태양광과 같은 보조적으로 사용할 수 있는 재활용 에너지를 이용한 발전방식이 개발되고 있다. 예컨대, 차량을 이용한 에너지 재활용 방법으로 고속도로에서 차량이 빠른 속도로 통행할 때 발생하는 풍압을 이용한 발전방식이나 차량이 통행하는 통행로에 설치되어 차량의 하중을 이용한 발전방식이 있다.
차량이 통행할 때 발생하는 풍압을 이용한 발전방식의 경우 설치할 수 있는 곳이 국한적이라는 문제점과 풍압을 형성하기 위해 터널처럼 상부가 폐쇄된 공간을 만들어야되므로 비용이 많이 발생한다는 문제점이 있다. 따라서, 통행중인 차량의 하중을 이용하여 발전하는 장치가 개발되고 있다.
하지만, 종래에 개발된 차량의 하중을 이용한 발전장치의 경우 도로에 발전장치를 매설하기 위해 구덩이를 파고, 발전장치를 설치한 후 매립하는 방식을 사용하고 있으며, 매립 후 유지 및 보수가 어렵고 교체하기 위해선 굴착하여야 한다는 문제점 뿐만 아니라 발전장치의 구조적인 한계로 인해 발전효율이 극히 낮다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 차량이 통행하는 통행로에 발전장치를 매립하여 설치하고, 유지 및 보수가 용이하며, 교체작업 시 매립된 부위를 굴착하는 작업 없이 발전장치를 교체할 수 있고, 통행하는 차량의 주행에 지장을 주지 않으며, 주행하는 차량의 하중을 효율적으로 이용하여 발전할 수 있는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 복적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치는, 차량의 통행로에 매립 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 상면에 돌출되어 상하로 승강 가능하게 설치되고, 하부에 나선홈이 함몰 형성되는 답력전달부재와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 답력전달부재가 상방을 향하도록 스프링력을 제공하는 스프링과, 상부가 상기 답력전달부재의 나선홈에 회전 가능하게 삽입 설치되도록 스크류가 형성되고, 하단이 상기 케이스의 하부에 베어링을 매개로 회전 지지되는 스크류축과, 상기 스크류축과 함께 회전하도록 상기 스크류축 상에 설치되고, 상기 답력전달부재의 상하 이동에 따라 정역회전하는 주동베벨기어와, 상기 주동베벨기어와 치합되어 회전하는 종동베벨기어와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 종동베벨기어의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부를 포함한다.
또한, 상기 종동베벨기어의 회전력을 상기 발전부의 회전축에 전달하는 동력전달부를 더 포함하고, 상기 동력전달부는, 상기 종동베벨기어와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어가 정회전시에만 회전하는 정회전-원웨이클러치가 장착된 정주동평행축기어와, 상기 정주동평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 역회전하는 감속평행축기어와, 상기 발전부의 회전축과 동축 상에 결합되고, 상기 감속평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부의 회전축을 정회전시키는 정종동평행축기어와, 상기 종동베벨기어와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어가 역회전시에만 회전하는 역회전-원웨이클러치가 장착된 역주동평행축기어와, 상기 발전부의 회전축과 동축상에 결합되고, 상기 역주동평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부의 회전축을 정회전시키는 역종동평행축기어를 포함한다.
또한, 상기 정주동평행축기어, 감속평행축기어, 정종동평행축기어, 역주동평행축기어 및 역종동평행축기어 각각은 헬리컬기어인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스크류축은, 상기 답력전달부재가 하방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 정방향으로 회전하고, 상기 답력전달부재가 상방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 역방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스크류축은, 상기 답력전달부재가 하방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 역방향으로 회전하고, 상기 답력전달부재가 상방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 정방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스는, 상부 내측면에 상하 길이방향을 따라 설치되는 가이드레일을 포함하고, 상기 답력전달부재는, 상기 케이스의 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드슈를 포함한다.
본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치는, 케이스를 만들어 케이스 내부에 발전장치를 설치하여 차량이 통행하는 통행로에 케이스를 매립 설치하도록 하여 발전장치 설치 작업을 용이하게 한다.
또한, 케이스 상부에 차량의 하중을 전달하고, 상기 케이스의 덮개 역할을 하는 답력전달부재를 설치하여 답력전달부재만을 해체하여 유지 및 보수 작업이 가능하므로 유지 및 보수 작업이 용이하다.
또한, 케이스 내부에 답력전달부재를 상방으로 탄성 지지하는 스프링을 설치하여, 차량이 통행하는 경우 답력전달부재가 앞바퀴에 의한 하중을 전달받아 발전에 필요한 에너지를 전달한 후 스프링에 의해 복원되고 다시 뒷바퀴의 하중을 답력전달부재가 전달받아 발전에 필요한 에너지를 전달하도록 하여 발전의 효율을 높인다.
또한, 상부에 스크류가 형성된 스크류축을 사용하여 차량의 하중에 의한 답력전달부재의 직선 변위 운동을 회전운동으로 변환하므로 기어만을 사용하여 직선 변위 운동을 회전운동으로 변환하는 구성보다 내구성이 높아지므로 유지 및 보수 비용을 절감시킨다.
또한, 케이스 내부에 발전부를 설치하여 발전장치의 교체작업 시 매립된 주위를 굴착하는 작업 없이 매립된 케이스를 꺼내어 교체 가능하도록 하여 교체 작업의 시간을 줄일 뿐만 아니라, 발전부의 유지, 보수 및 교체 작업을 용이하게 한다.
또한, 발전부의 회전축에 회전력을 전달하는 과정에서 정주동평행축기어에는 정회전-원웨이클러치를 장착하고, 역주동평행축기어에는 역회전 원웨이클러치를 장착하여, 상기 답력전달부재가 승강시 발생하는 스크류축의 정회전 및 역회전 운동에너지 모두를 사용하므로 발전효율을 높인다.
또한, 감속평행축기어를 정주동평행축기어에만 치합시켜 회전방향을 전환시키므로 스크류축이 정방향 또는 역방향으로 회전하여도 발전부의 회전축이 한 방향으로만 회전하므로 하나의 발전부만으로 정방향 또는 역방향의 회전운동을 모두 발전할 수 있어 발전장치의 크기를 소형화 시킬 수 있다.
또한, 정주동평행축기어, 감속평행축기어, 정종동평행축기어, 역주동평행축기어 및 역종동평축기어 각각을 헬리컬기어로 구성하여 내구성을 높이고, 기어의 물림율을 높여 손실되는 에너지를 줄여 유지 및 보수 비용을 절감하는 동시에 발전의 효율을 높인다.
또한, 케이스의 내측면에 가이드레일을 설치하고 답력전달부재에 상기 가이드레일을 따라 이동 가능하게 가이드슈를 설치하여 큰 하중에도 파손되지 않아 내구성을 높임과 동시에 케이스와 답력전달부재의 결합관계를 단순하게 만들어 해체가 용이하여 발전장치의 유지 및 보수 작업이나 특정부품의 교체 작업을 용이하게 만든다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치의 실시예를 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 차량이 답력전달부재를 통과하기 전 상태를 도시한 정단면도이며,
도 3은 도 2의 실시예를 측면에서 도시한 측단면도이고,
도 4는 도 1의 실시예 중 차량이 답력전달부재를 통과하는 상태를 도시한 정단면도이며,
도 5는 도 4의 실시예를 측면에서 도시한 측단면도이고,
도 6은 도 1의 실시예 중 케이스의 가이드레일과 답력전달부재의 가이드슈의 작동상태를 도시한 사시도이며,
도 7은 도 1의 실시예 중 주동베벨기어, 종동베벨기어 및 동력전달부의 치합관계를 도시한 사시도이고,
도 8은 도 7의 실시예 중 정주동평행축기어를 확대 도시한 정면도이며,
도 9는 도 7의 실시예 중 역주동평행축기어를 확대 도시한 정면도이고,
도 10은 도 7의 실시예 중 주동베벨기어가 정방향으로 회전하는 경우 각각의 기어들의 작동 상태를 도시한 평면도이며,
도 11은 도 7의 실시예 중 주동베벨기어가 역방향으로 회전하는 경우 각각의 기어들의 작동 상태를 도시한 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치는, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 케이스(100), 답력전달부재(200), 스프링(300), 스크류축(400), 주동베벨기어(500), 종동베벨기어(600), 발전부(700)를 포함하여 이루어지고, 상기 종동베벨기어(600)는 동력전달부(610)가 구비된다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 케이스(100)는 차량(V)의 통행로(RV)에 매립 설치된다. 이때, 케이스의 상부는 통행로(RV)의 윗면과 동일한 선상에 위치하도록 매립하여 차량(V)의 주행에 영향을 미치지 않도록 하고, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 케이스(100)를 하면부, 좌측부 및 우측부로 나누어 케이스(100) 내부에 후술하는 스프링(300), 스크류축(400), 주동베벨기어(500), 종동베벨기어(600), 동력전달부(610) 및 발전부(700) 설치 작업을 용이하게 하며, 발전장치를 통행로(RV)에 매립하는 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
답력전달부재(200)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 케이스(100)의 상면에 돌출되어 상하로 승강 가능하게 설치되고, 하부에 나선홈(210)이 함몰 형성된다. 답력전달부재(200)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 매립된 지면의 상방으로 돌출되므로 일반적이 차량(V)의 통행로(RV)에 설치되는 방지턱과 같은 효과를 가진다. 이러한 효과는 주행중인 차량(V)의 속도를 감속시키는 역할을 하여 차량의 사고를 줄이고, 차량(V)의 앞바퀴 하중 및 뒷바퀴의 하중을 후술하는 스크류축에 전달하는 시간을 늘리므로 손실되는 에너지를 줄여 발전의 효율을 높일 수 있다.
스프링(300)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 케이스(100)의 내부에 설치되고, 상기 답력전달부재(200)가 상방을 향하도록 스프링력을 제공하여 답력전달부재(200)가 차량(V)의 하중에 의해 하방으로 이동한 뒤 차량이 상기 답력전달부재(200)를 통과하게 되면 자동으로 상방으로 이동시키는 역할을 한다. 이때, 스프링(300)은 도면상에는 한 쌍의 스프링(300)이 설치되지만, 매립 설치하는 통행로(RV)의 너비 및 답력전달부재(200)의 크기에 따라 한 쌍 이상의 스프링(300)이 설치되어, 충분한 스프링력을 답력전달부재(200)에 제공하도록 한다.
계속하여, 스크류축(400)은 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이 상부가 상기 답력전달부재(200)의 나선홈(210)에 회전 가능하게 삽입 설치되도록 스크류(410)가 형성되고, 하단이 상기 케이스(100)의 하부에 베어링(420)을 매개로 회전 지지된다. 이러한 스크류축(400)은 답력전달부재(200)가 승강하는 직선운동을 회전운동으로 전환시키는 역할을 하기 때문에 내구성이 높아야 발전장치의 유지 및 보수 비용을 절감시킬 수 있다.
예컨대, 종래 기술의 차량(V)을 이용한 발전장치에선 랙-피니언 기어를 사용하여 직선운동을 회전운동으로 전환하는 방법을 하고 있다. 이때, 차량(V)의 하중이 순간적으로 가해기 때문에 랙-피니언 기어를 뿐만 아니라 기어를 사용하여 직선운동을 회전운동으로 전환하게 되면 기어의 이가 순간적인 하중에 의해 파손되거나 뒤틀리게 되어 손실되는 에너지가 커지는 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치는 스크류축(400)의 상부에 스크류(410)를 형성하고, 상술한 바와 같이 답력전달부재(200)에 나선홈(210)을 함몰 형성하여 상기 스크류축(400)의 스크류(410)가 답력전달부재(200)의 나선홈(210)을 따라 이동하게 되면 차량(V)의 하중이 순간적으로 가해져도 파손되거나 기어와 기어의 물림에 의해 손실되는 에너지를 최소한으로 줄여 발전의 효율을 높일 수 있다.
또한, 랙-피니언 기어을 사용하게 되면 렉과 피니언의 기어 잇수를 형성하는데 제한적이기 때문에 직선변위가 크지 않으면 회전수가 작아 발전의 효율이 저하된다. 그러나 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치는 스크류축(400)의 상부에 스크류(410) 회전 수를 늘이게 되면 짧은 직선변위로도 많은 회전을 발생시킬 수 있기 때문에 동일한 직선운동에너지를 상대적으로 더 큰 회전운동에너지로 전환시킬 수 있다.
또한, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 스크류축(400)의 하단이 베어링(420)에 의해 회전 지지되므로 회전 마찰에 의한 에너지 손실을 줄이고, 롤러베어링을 사용하여 스크류축(400)이 정방향 또는 역방향으로 회전하는 경우 발생하는 축 하중 모두를 잡아준다. 또한, 도면상에는 나타나지 않지만, 스크류축(400)의 스크류(410) 형상이 끝나고 원통형상으로 형성되는 부분이 답력전달부재(200)의 나선홈(210)에 삽입되도록 하여 답력전달부재(200)의 나선홈(210)에 베어링(420)을 설치하여 차량(V)의 하중에 의해 발생하는 스크류축(400)의 비틀림 형상을 방지할 수 있다.
계속하여, 주동베벨기어(500)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 스크류축(400)과 함께 회전하도록 상기 스크류축(400) 상에 설치되고, 상기 답력전달부재(200)의 상하 이동에 따라 정역회전한다. 이때, 종동베벨기어(600)는 상기 주동베벨기어(500)와 치합되어 회전하여 스크류축(400)의 회전운동의 방향을 전환시키게 된다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 스크류축(400)의 중심과 수직한 방향으로 전환시켜 후술하는 발전부(700)에 회전력을 전달하게 된다.
발전부(700)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 케이스(100)의 내부에 설치되고, 상기 종동베벨기어(600)의 회전력을 전달받아 발전하는 곳으로서 종래 기술의 차량(V)을 이용한 발전장치의 경우 별도의 공간을 구축하여 설치하지만, 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치의 경우 케이스(100) 내부에 설치하여 발전장치를 모듈화시켜 설치작업에 소요되는 시간을 단축시킨다.
여기서, 발전부(700)는 일반적인 발전기로서, 상기 종동베벨기어(600)와 함께 회전하며 다수로 권선되어 있는 코일로 구성된 회전자(미도시)와, 상기 회전자의 외측에 구비되며 고정 장착되는 자석(미도시)으로 구성된 고정자를 포함하며, 상기 종동베벨기어(600)가 주동베벨기어(500)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되면, 상기 코일이 회전하면서 상기 자석에서 발생하는 자기장에 의해 상기 코일 내부에는 기전력을 통한 전류가 흐르게 된다. 물론, 발전부(700)에서 생산한 전력은 도 2 및 4에 도시된 바와 같이 축전지(도면부호 미도시) 등을 통해 축전하여 사용하거나 발전된 전력을 전기장치에 바로 사용할 수도 있다.
이때, 전기장치는 차량(V)이 통행하는 통행로(RV)에 설치되는 구조물을 말하는 것으로 가로등, 신호등과 같이 전기가 필요한 장치를 말한다. 또한, 본 발명에 따른 차량 통행을 이용한 발전장치를 고속도로에 구비된 요금소 진입로에 매립 설치하여 하이패스에 필요한 전력을 공급하거나 요금소에 필요한 전력을 공급할 수도 있다. 다만, 요금소에 설치하기 위해선 답력전달부재(200)를 방지턱과 같은 형상으로 형성하지 않고 미끄럼방지턱과 같이 소형으로 형성하여 복수의 발전장치를 매립하여 사용할 수 있다.
한편, 주동베벨기어(500)와 종동베벨기어(600)만을 사용하게 되면 스크류축(400)이 정방향 및 역방향으로 회전하는 발전부(700)에 전달되는 회전방향 또한 정방향 및 역방향으로 방향이 바뀌게 되므로 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 종동베벨기어(600)의 회전력을 상기 발전부(700)의 회전축(710)에 전달하는 동력전달부(610)를 더 포함한다.
이러한 동력전달부(610)는 도 6에 도시된 바와 같이 정주동평행축기어(611), 감속평행축기어(612), 정종동평행축기어(613), 역주동평행축기어(614), 역종동평행축기어(615)로 구성된다.
먼저, 정주동평행축기어(611)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 종동베벨기어(600)와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어(600)가 정회전시에만 회전하는 정회전-원웨이클러치(611a)가 장착된다. 따라서, 종동베벨기어(600)가 정방향으로 회전하는 경우에만 정주동평행축기어(611)가 회전하여 회전력을 전달하게 된다.
다음으로 감속평행축기어(612)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 정주동평행축기어(611)와 치합되어 회전력을 전달받아 역회전한다. 감속평행축기어(612)는 정주동평행축기어(611)의 크기보다 작은 크기를 가지는 기어를 사용한다.
계속하여 정종동평행축기어(613)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 발전부(700)의 회전축(710)과 동축 상에 결합되고, 상기 감속평행축기어(612)와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부(700)의 회전축(710)을 정회전시킨다. 즉, 정종동평행축기어(613)나 후술하는 역종동평행축기어(615)의 방향을 동일한 방향으로 회전시키기 위해 감속평행축기어(612)를 정주동평행축기어(611)와 정종동평행축기어(613) 사이에 치합 시켜 방향을 한번 전환 시켜준다. 또한, 정종동평행축기어(613)는 감속평행축기어(612)보다 큰 크기와 많은 잇수를 가지는 기어를 사용하여 회전수를 늘려 발전부(700)의 회전축(710)에 전달되는 회전력을 높여 발전의 효율을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 정주동평행축기어(611), 감속평행축기어(612) 및 정종동평행축기어(613)는 종동베벨기어(600)가 정회전하는 경우 스크류축(400)의 회전력을 발전부(700)의 회전축(710)에 전달하는 구성이 된다. 반대로 종동베벨기어(600)가 역회전하는 경우 스크류축(400)의 회전력을 발전부(700)의 회전축(710)에 전달하는 구성은 다음과 같다.
먼저, 역주동평행축기어(614)는 도 6 및 8에 도시된 바와 같이 상기 종동베벨기어(600)와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어(600)가 역회전시에만 회전하는 역회전-원웨이클러치(614a)가 장착된다. 따라서, 종동베벨기어(600)가 역방향으로 회전하는 경우에만 역주동평행축기어(614)가 회전하여 회전력을 전달하게 된다.
다음으로 역종동평행축기어(615)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 발전부(700)의 회전축(710)과 동축상에 결합되고, 상기 역주동평행축기어(614)와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부(700)의 회전축(710)을 정회전시킨다. 이때, 역종동평행축기어(615)는 상술한 정주동평행축기어(611), 감속평행축기어(612) 및 정종동평행축기어(613)를 통해 출력되는 회전수와 동일한 회전수가 출력되도록 잇수를 선정한다. 이는 종동베벨기어(600)가 정방향 또는 역방향 어느 방향으로 회전하여도 발전부(700)의 회전축(710)이 회전하는 횟수가 동일하게 되어 발전장치의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 상기 정주동평행축기어(611), 감속평행축기어(612), 정종동평행축기어(613), 역주동평행축기어(614) 및 역종동평행축기어(615) 각각은 헬리컬기어로 구성한다. 여기서, 헬리컬기어란 기어의 잇 줄을 축선에 대하여 일정한 각도로 비틀리게 한 기어를 말한다. 헬리컬기어의 경우 기어의 이가 점접촉으로 시작하여 이의 접촉폭이 증가하여 최대가 되고 그 다음부터 차차 감소하여 점접촉으로 기어의 이 물림이 끝나게 된다. 따라서 작용하는 힘의 변화가 완만하여 기어 치의 탄성변형 변동이 평기어에 비해 완만하기 때문에 손실되는 에너지가 작아지게 된다.
더욱이, 기어의 이가 축선에 대하여 일정한 각도로 비틀려져 있기 때문에 기어의 물림이 이면을 따라 전후로 계속되므로 평기어의 물림보다 물림길이가 길고 물림율이 좋게 된다. 그러므로 잇수가 적은 기어에서도 사용할 수 있고, 큰 회전비를 얻을 수 있으며, 평기어의 치 강도보다 상대적으로 높은 치의 강도를 가지기 때문에 상대적으로 더 큰 회전력을 전달할 수 있다. 즉, 차량(V)의 순간적인 하중에 의해 파손되지 않고, 종동베벨기어(600)의 회전력을 발전부(700)의 회전축(710)에 전달하는 과정에서 손실되는 에너지량을 줄일 수 있다.
한편, 이러한 구성은 상술한 바와 같이 발전부(700)의 회전축(710)이 회전하는 방향을 일치시키게 되는데, 상기 스크류축(400)의 회전방향에 따른 각각의 기어들의 작동관계는 다음과 같다.
먼저, 스크류축(400)의 스크류(410) 방향이 정방향으로 형성되는 경우 다음과 같다.
차량(V)이 답력전달부재(200)에 하중을 가하여 상기 답력전달부재(200)가 하방으로 이동하여 상기 스크류(410)가 상기 답력전달부재(200)의 나선홈(210)을 따라 정방향으로 회전하는 경우 도 9에 도시된 바와 같이 주동베벨기어(500)가 시계방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 종동베벨기어(600)는 반시계방향으로 회전하게 되는데 이를 정방향으로 보게 되면, 정주동평행축기어(611)가 정방향-원웨이클러치(611a)에 의해 종동베벨기어(600)와 동일한 방향인 정방향으로 회전하게 된다. 이때, 역주동평행축기어(614)는 역방향-원웨이클러치(614a)에 의해 회전하지 않게 된다. 계속하여 정주동평행축기어(611)가 회전하게 되면 감속평행축기어(612)가 정주동평행축기어(611)와 반대방향인 역방향으로 회전하게 되고 이어서 정종동평행축기어(613)가 감속평행축기어(612)와 반대방향인 정방향으로 회전하여 발전부(700)의 회전축(710)을 회전시키게 된다.
반대로 차량(V)이 답력전달부재(200)를 통과하여 상기 답력전달부재(200)가 스프링(300)의 스프링력에 의해 상방으로 이동하여 상기 스크류(410)가 상기 답력전달부재(200)의 나선홈(210)을 따라 역방향으로 회전하는 경우 도 10에 도시된 바와 같이 주동베벨기어(500)가 반시계방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 종동베벨기어(600)는 시계방향으로 회전하게 되는데 이를 역방향으로 보게 되면, 역주동평행축기어(614)가 역방향-원웨이클러치(614a)에 의해 종동베벨기어(600)와 동일한 방향인 역방향으로 회전하게 된다. 이때, 정주동평행축기어(611)는 정방향-원웨이클러치(611a)에 의해 회전하지 않게 된다. 계속하여 역주동평행축기어(614)가 회전하게 되면 역종동평행축기어(615)가 역주동평행축기어(614)와 반대방향인 정방향으로 회전하여 발전부(700)의 회전축(710)을 회전시키게 된다.
계속하여 스크류축(400)의 스크류(410) 방향이 역방향으로 형성되는 경우 다음과 같다.
차량(V)이 답력전달부재(200)에 하중을 가하여 상기 답력전달부재(200)가 하방으로 이동하여 상기 스크류(410)가 상기 답력전달부재(200)의 나선홈(210)을 따라 역방향으로 회전하는 경우 도 10에 도시된 바와 같이 주동베벨기어(500)가 반시계방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 종동베벨기어(600)는 시계방향으로 회전하게 되는데 이를 역방향으로 보게 되면, 역주동평행축기어(614)가 역방향-원웨이클러치(614a)에 의해 종동베벨기어(600)와 동일한 방향인 역방향으로 회전하게 된다. 이때, 정주동평행축기어(611)는 정방향-원웨이클러치(611a)에 의해 회전하지 않게 된다. 계속하여 역주동평행축기어(614)가 회전하게 되면 역종동평행축기어(615)가 역주동평행축기어(614)와 반대방향인 정방향으로 회전하여 발전부(700)의 회전축(710)을 회전시키게 된다.
반대로 차량(V)이 답력전달부재(200)를 통과하여 상기 답력전달부재(200)가 스프링(300)의 스프링력에 의해 상방으로 이동하여 상기 답력전달부재(200)가 상방으로 이동하여 상기 스크류(410)가 상기 답력전달부재(200)의 나선홈(210)을 따라 정방향으로 회전하는 경우 도 9에 도시된 바와 같이 주동베벨기어(500)가 시계방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 종동베벨기어(600)는 반시계방향으로 회전하게 되는데 이를 정방향으로 보게 되면, 정주동평행축기어(611)가 정방향-원웨이클러치(611a)에 의해 종동베벨기어(600)와 동일한 방향인 정방향으로 회전하게 된다. 이때, 역주동평행축기어(614)는 역방향-원웨이클러치(614a)에 의해 회전하지 않게 된다. 계속하여 정주동평행축기어(611)가 회전하게 되면 감속평행축기어(612)가 정주동평행축기어(611)와 반대방향인 역방향으로 회전하게 되고 이어서 정종동평행축기어(613)가 감속평행축기어(612)와 반대방향인 정방향으로 회전하여 발전부(700)의 회전축(710)을 회전시키게 된다.
따라서, 스크류축(400)이 정방향으로 회전하거나 또는 역방향으로 회전하여도 발전부(700)의 회전축(710)은 한 방향으로만 회전하게 된다. 따라서, 차량(V)이 답력전달부재(200)에 하중을 가하게 되면 답력전달부재(200)가 하방으로 이동하고 스프링(300)에 의해 다시 상방으로 이동하는 모든 경우 발전부(700)의 회전축(710)을 회전 시키게 되므로 발전 효율을 높일 수 있고, 스크류축(400)의 스크류(410)의 방향에 영향을 받지 않고 일정한 방향으로 발전부(700)의 회전축(710)을 회전 시킬 수 있기 때문에 설계가 손쉽다는 장점이 있다.
또한, 차량(V)의 순간적인 하중에 의해 케이스(100)와 답력전달부재(200)가 부딪히거나 마찰에 의해 손상되지 않도록 도 11에 도시된 바와 같이 케이스(100) 상부 내측면에 상하 길이방향을 따라 가이드레일(110)를 설치하고, 답력전달부재(200)에 상기 케이스(100)의 가이드레일(110)을 따라 상하로 슬라이딩 가능하게 가이드슈(220)를 설치하여 답력전달부재(200)의 승강을 원활하게 한다.
이때, 가이드레일(110) 및 가이드슈(220)를 설치하지 않고 롤러를 이용하여 답력전달부재(200)를 상하로 이동하게 되면 먼저, 답력전달부재(200)는 차량(V)에 의해 순간적으로 큰 하중을 받아 하방으로 이동하게 되는데 롤러를 설치하게 되면 하중에 의해 롤러의 축이 휘어지게 되고 롤러가 정상적으로 회전하지 않게 되어 케이스(100)의 내측면이 답력전달부재(200)에 의해 파손되게 된다.
다음으로, 답력전달부재(200)는 한 대의 차량(V)이 통행하는 경우 앞바퀴에 의해 하방으로 이동하고 스프링(300)에 의해 다시 상방으로 이동하게 된다. 계속하여 뒷바튀에 의해 또 다시 하방으로 이동하고 스프링(300)에 의해 다시 상방으로 이동하게 된다. 측, 한 대의 차량(V)에 의해 2번의 상하 이동이 반복되게 된다. 일반적으로 차량(V)이 통행하는 통행로(RV)는 여러대의 차량(V)이 반복적으로 지나다니기 때문에 답력전달부재(200)에 롤러를 사용하게 되면 내구성이 약해 쉽게 파손되거나 수명을 다하게 되어 교체 작업 시기가 자주 발생하게 되는 문제점이 발생한다.
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이 레일형상으로 형성되는 가이드레일(110)과 상기 가이드레일(110)을 따라 슬라이딩 이동하는 가이드슈(220)를 케이스(100) 및 답력전달부재(200)에 각각에 설치하여 높은 내구성과 큰 하중에 견딜 수 있도록 하여 유지 및 보수 비용을 절감시킬 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
V : 차량
RV : 통행로
100 : 케이스 110 : 가이드레일
200 : 답력전달부재
210 : 나선홈 220 : 가이드슈
300 : 스프링
400 : 스크류축
410 : 스크류 420 : 베어링
500 : 주동베벨기어
600 : 종동베벨기어
610 : 동력전달부
611 : 정주동평행축기어 611a : 정회전-원웨이클러치
612 : 감속평행축기어 613 : 정종동평행축기어
614 : 역주동평행축기어 614a : 역회전-원웨이클러치
615 : 역종동평행축기어
700 : 발전부 710 : 회전축

Claims (6)

  1. 차량의 통행로에 매립 설치되는 케이스와, 상기 케이스의 상면에 돌출되어 상하로 승강 가능하게 설치되고, 하부에 나선홈이 함몰 형성되는 답력전달부재와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 답력전달부재가 상방을 향하도록 스프링력을 제공하는 스프링과, 상부가 상기 답력전달부재의 나선홈에 회전 가능하게 삽입 설치되도록 스크류가 형성되고, 하단이 상기 케이스의 하부에 베어링을 매개로 회전 지지되는 스크류축과, 상기 스크류축과 함께 회전하도록 상기 스크류축 상에 설치되고, 상기 답력전달부재의 상하 이동에 따라 정역회전하는 주동베벨기어와, 상기 주동베벨기어와 치합되어 회전하는 종동베벨기어와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 종동베벨기어의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부와, 상기 종동베벨기어의 회전력을 상기 발전부의 회전축에 전달하는 동력전달부를 포함하고,
    상기 동력전달부는,
    상기 종동베벨기어와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어가 정회전시에만 회전하는 정회전-원웨이클러치가 장착된 정주동평행축기어와,
    상기 정주동평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 역회전하는 감속평행축기어와,
    상기 발전부의 회전축과 동축 상에 결합되고, 상기 감속평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부의 회전축을 정회전시키는 정종동평행축기어와,
    상기 종동베벨기어와 동축상에 결합되고, 상기 종동베벨기어가 역회전시에만 회전하는 역회전-원웨이클러치가 장착된 역주동평행축기어와,
    상기 발전부의 회전축과 동축상에 결합되고, 상기 역주동평행축기어와 치합되어 회전력을 전달받아 상기 발전부의 회전축을 정회전시키는 역종동평행축기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정주동평행축기어, 감속평행축기어, 정종동평행축기어, 역주동평행축기어 및 역종동평행축기어 각각은 헬리컬기어인 것을 특징으로 하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스크류축은,
    상기 답력전달부재가 하방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 정방향으로 회전하고, 상기 답력전달부재가 상방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 역방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스크류축은,
    상기 답력전달부재가 하방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 역방향으로 회전하고, 상기 답력전달부재가 상방으로 이동하는 경우 상기 스크류가 상기 답력전달부재의 나선홈을 따라 정방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상부 내측면에 상하 길이방향을 따라 설치되는 가이드레일을 포함하고,
    상기 답력전달부재는,
    상기 케이스의 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드슈를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 통행을 이용한 매립형 발전장치.
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