KR102155076B1 - 주행풍력을 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주행풍력을 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행시 발생하는 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서, 차량의 주행시 발생하는 주행풍이 흡입, 배출되는 공기통로부(100); 상기 공기통로부(100)에 배치되어 주행풍에 의해 회전되어 회전력을 얻는 회전날개부(200); 및 상기 회전날개부(200)와 연결되어 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전부(300);를 포함하며, 상기 공기통로부(100)는 흡입구에서부터 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지도록 구성되고, 상기 흡입구에서 배출구까지 곡선을 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 주행풍력을 이용한 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 차량의 주행중 발생하는 주행풍력을 이용하여 발전하면서도 사이드 미러의 전면부 내부에 설치된 공기통로와 회전날개를 이용함으로써, 공기 저항에 의한 에너지 손실을 최소화시킬 수 있도록 하고 있다.
둘째, 전기자동차의 경우 한정된 배터리의 용량으로 잦은 충전주기, 긴 충전시간 및 주행거리가 짧은 문제점이 발생되는데, 주행풍력을 이용하여 상술한 배터리에 계속적인 충전을 함으로써 충전의 시기를 늦출수 있고, 그에 따라 주행거리를 종전보다 연장할 수 있다.
셋째, 종래 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었는데, 본 발명은 사이드 미러의 전면부를 이용하고, 정차시에는 발전장치가 내재된 부위를 도어로 폐쇄하도록 하여 외관을 해치지 않으면서도, 공기저항을 최소화할 수 있다.

Description

주행풍력을 이용한 발전장치{AN ELECTRICITY GENERATION DEVICE USING WIND POWER}
본 발명은 주행풍력을 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 사이드미러 전면부에 공기통로를 형성하고 프로펠러와 압전장치를 부가하여 발전함으로서 차량 디자인의 원상보존 및 주행시 공기 저항의 최소화를 꾀하는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
이하 첨부되는 도면과 함께 배경기술을 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 자동차는 사용하는 연료에 따라 가솔린자동차, 디젤자동차, 엘피지 자동차, 전기자동차, 하이브리드자동차 등으로 구분된다.
화석연료를 사용하는 자동차는 내연기관의 작동에 따른 진동과 소음이 발생하여 탑승자 및 주변 사람들에게 불쾌감을 주었으며, 화석연료는 매장량에 한계가 있어 자원이 고갈되어 가고 있으므로 이러한 문제점의 해결을 위한 대체 에너지의 개발이 진행되고 있다.
이러한 개발의 한 방향으로 하이브리드자동차나 전기자동차를 들 수 있다.
상기 하이브리드 자동차를 살펴보면, 가솔린 엔진과 회생 전력 발생 장치를 갖추고 있으며, 일반 가솔린 엔진만을 가지고 있는 자동차에 비하여 연비를 개선하고 있다.
도 1은 종래기술의 하이드리드 자동차에 있어서 차량용 회생 전력 발생 장치의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 차량의 회생 전력 발생 장치는 엔진 회전부(1)를 사용한 구조로 구성되어 있다. 여기서 엔진 회전부(1)는 연료의 소비에 의해 회전 구동력을 발생시키는 엔진에 의해 구동되는 회전축을 말한다. 회전축에 직결되거나 벨트에 의해 연결된 발전기(2)가 연결되어 있으며, 발전기(2)에 의해 전력이 생성된다. 이렇게 생성된 전력은 축전지(Battery)(4)에 저장하기 위하여 적당한 전압으로 변압기(3)에서 전압 변환된다. 축전지(4)에 저장된 전력은 자동차 가속 및 정속 주행 시에 사용하게 된다.
또한, 전기자동차는 전기에너지를 이용하여 주행을 하는 차량으로 화석연료 사용으로 인한 각종 문제에 대처하기 위한 대체 에너지 사용차량의 대표적인 케이스이다.
이에 더하여 차량의 주행으로 인한 주행풍을 동력원으로 하여 차량에 부착한 풍력발전시스템을 이용하여 차량의 주행거리를 연장시키고, 비상전원으로 사용할 수 있는 풍력발전기가 제시되고 있다.
그러나 상술한 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래기술의 회생 전력 발생 장치는 엔진에 의한 회전력을 이용하여 전력을 발생시키게 되므로 에너지보존법칙의 측면에서 전기 발생을 위한 에너지가 소모되는 것을 방지할 수 없으며, 이에 따라 에너지 이용 효율이 저하되는 문제점을 가진다.
둘째, 전기자동차의 배터리에 저장된 전기에너지는 한정되어 있어 배터리에 저장된 전기에너지가 모두 방전되면 더 이상의 주행이 불가능해지는 점, 배터리에 저장된 전기에너지로 주행가능한 거리가 화석연료를 이용하는 자동차에 비해 짧아 자주 충전하거나 충전에 오랜 시간이 걸리는 등 사용상 번거로운 문제점이 있었다.
셋째, 도 2는 배경기술에 의한 자동차용 풍력발전기의 사용상태를 나타내는 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 차량의 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템(5)은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1286185호(공고일자: 2013년07월15일)
본 발명인 주행풍력을 이용한 발전장치가 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.
첫째, 일반차량 또는 하이브리드 자동차에서 주행중 발생하는 주행풍력을 이용하여 회생 전력을 발생하면서도 공기 저항에 의한 에너지 손실을 최소화시킬 수 있도록 하는 주행풍에 의한 풍력발전장치를 제공하고자 한다.
둘째, 전기자동차의 배터리에 저장된 전기에너지는 한정되어 있다는 점에서 잦은 충전주기, 긴 충전시간 및 주행거리가 짧은 문제점 등을 주행풍에 의한 발전장치를 통해 해결하고자 한다.
셋째, 종래 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었는바, 이를 해결하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 주행풍력을 이용한 발전장치는, 차량의 주행시 발생하는 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서, 차량의 주행시 발생하는 주행풍이 흡입, 배출되는 공기통로부; 상기 공기통로부에 배치되어 주행풍에 의해 회전되어 회전력을 얻는 회전날개부; 및 상기 회전날개부와 연결되어 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전부;를 포함하며, 상기 공기통로부는 흡입구에서부터 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지도록 구성되고, 상기 흡입구에서 배출구까지 곡선을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기통로부는 사이드 미러 전방부의 내부공간에 형성되며, 사이드 미러가 차량에 연결되는 측의 전면측에 흡입구가 형성되고, 사이드 미러가 연결되는 측과 대향되는 최외측면에 배출구가 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공기통로부는, 화물차량 두부의 상부에 연결되어 전방측에 흡입구를 형성하고, 후방측 상부에 배출구를 형성하여 화물칸의 전방 상부로 공기가 배출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 회전날개부는, 상기 배출구측 공기통로부의 상하측면에 연결되는 중심축; 상기 중심축에 서로 직각을 이루며 연결되는 회전날개; 상기 중심축의 양단부 및 상기 회전날개의 양단부와 연결되어 상기 중심축과 상기 회전날개를 고정하는 고정플레이트;를 포함하며, 상기 회전날개의 끝단에는 미리 지정한 각을 형성하며 돌출되는 돌출날개;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발전부는, 상기 회전날개부와 연결되어 상기 회전날개부의 회전력을 전달받아 회전하는 기어부; 및 상기 기어부의 이의 두부와 전면부가 접촉되어 기계적 응력을 전달받아 전압을 발생시키는 압전소자부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기어부는, 이의 두부가 곡면을 가지되, 회전방향의 전방부가 후방부보다 더 완만한 곡면을 가지도록 형성하며, 상기 압전소자부의 후면부는 압축스프링과 연결될 수 있다.
또한, 상기 흡입구는 도어로 개폐되며, 상기 도어는 주행풍에 의해 회전날개부가 작동을 시작하는 주행풍의 세기에서 주행풍에 의해 개방되도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 주행풍력을 이용한 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 차량의 주행중 발생하는 주행풍력을 이용하여 발전하면서도 사이드 미러의 전면부 내부에 설치된 공기통로와 회전날개를 이용함으로써, 공기 저항에 의한 에너지 손실을 최소화시킬 수 있도록 하고 있다.
둘째, 전기자동차의 경우 한정된 배터리의 용량으로 잦은 충전주기, 긴 충전시간 및 주행거리가 짧은 문제점이 발생되는데, 주행풍력을 이용하여 상술한 배터리에 계속적인 충전을 함으로써 충전의 시기를 늦출수 있고, 그에 따라 주행거리를 종전보다 연장할 수 있다.
셋째, 종래 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었는데, 본 발명은 사이드 미러의 전면부를 이용하고, 정차시에는 발전장치가 내재된 부위를 도어로 폐쇄하도록 하여 외관을 해치지 않으면서도, 공기저항을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술의 하이드리드 자동차에 있어서 차량용 회생 전력 발생 장치의 블록 구성도.
도 2는 배경기술에 의한 자동차용 풍력발전기의 사용상태를 나타내는 사용상태도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 설치위치 및 상태의 일실시예를 간략히 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 사용상태를 간략히 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치를 간략히 도시한 분리사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치를 간략히 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서 발전부를 간략히 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서 발전부를 간략히 도시한 종단면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 사용상태다른 일실시예를 간략히 도시한 측면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 종래기술의 하이드리드 자동차에 있어서 차량용 회생 전력 발생 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 배경기술에 의한 자동차용 풍력발전기의 사용상태를 나타내는 사용상태도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 설치위치 및 사용상태의 일실시예를 간략히 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 사용상태를 간략히 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치를 간략히 도시한 분리사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치를 간략히 도시한 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서 발전부를 간략히 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서 발전부를 간략히 도시한 종단면도이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치의 사용상태를 간략히 도시한 측면도로서 함께 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 종래기술은 회생 전력 발생 장치의 경우 엔진에 의한 회전력을 이용하여 전력을 발생시키게 되므로 에너지보존법칙의 측면에서 전기 발생을 위한 에너지가 소모되는 것을 방지할 수 없으며, 이에 따라 에너지 이용 효율이 저하되는 문제점을 가지며, 전기자동차의 배터리에 저장된 전기에너지는 한정되어 있어 배터리에 저장된 전기에너지가 모두 방전되면 더 이상의 주행이 불가능해지는 점, 배터리에 저장된 전기에너지로 주행가능한 거리가 화석연료를 이용하는 자동차에 비해 짧아 자주 충전하거나 충전에 오랜 시간이 걸리는 등 사용상 번거로운 문제점이 있었고, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 차량의 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템(5)은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 사이드 미러나 차량의 두부와 화물칸 사이의 빈 공간에 공기 저항을 최소화할 수 있도록 위치시킴으로서 에너지의 낭비를 감소시키고, 외관상 미감을 해치지 않도록 하도록 제공하고 있다. 이하에서 구성요소별로 상세히 살펴본다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치는, 공기통로부(100), 회전날개부(200), 발전부(300)를 포함하며, 상기 공기통로부(100)의 흡입구 등을 도어로 개폐할 수 있도록 할 수 있다. 즉 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치는, 차량의 주행시 발생하는 주행풍이 흡입, 배출되는 공기통로부(100); 상기 공기통로부(100)에 배치되어 주행풍에 의해 회전되어 회전력을 얻는 회전날개부(200); 및 상기 회전날개부(200)와 연결되어 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전부(300);를 포함하도록 한다.
본 발명은, 승용차나 화물차 모두에 부착할 수 있도록 제공될 수 있는데, 승용차의 경우, 사이드 미러(10)의 전방부 빈 공간에 설치될 수 있으며, 화물차의 경우 차량의 두부와 화물칸 사이의 빈 공간 즉 차량의 두부에서부터 화물칸에 공기 저항을 최소화할 수 있도록 설치될 수 있다. 이는 도 3과 도 9에 도시된 바와 같다. 물론 화물차의 경우에도 사이드 미러(10)의 전방부에 빈 공간이 형성되는 경우에는 사이드 미러(10) 내부에도 설치될 수 있다.
상기 공기통로부(100)는, 차량의 주행시 발생하는 주행풍이 원활히 흡입되고 배출되도록 하여 발전부(300)의 회전날개(220)를 효과적으로 회전시켜 발전을 극대화하기 위한 장치로서, 통상적으로 사이드 미러(10)의 차량 중앙부측 전면부에 흡입구가 형성되며, 외측방 또는 후방하부로 배출구가 형성되도록 하고, 상기 공기통로부(100)는 흡입구에서부터 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지도록 구성되고, 상기 흡입구에서 배출구까지 곡선을 이루도록 형성되도록 할 수 있다. 즉 사이드 미러(10)의 경우 후방부에는 거울이 형성되고 그 내부에 거울의 각도를 조절하는 구동부가 존재한다. 그러나 전면부는 공기 저항을 줄이기 위해 전면을 향해 볼록하게 곡면처리가 되거나 차량 중앙부측이 두껍고 외측으로 갈수록 얇게 디자인 되어 있는데, 이러한 유체역학적 디자인으로 인해 사이드 미러(10) 전면부는 빈 공간이 형성되게 된다. 이러한 빈 공간에 본 발명의 공기통로부(100)를 형성하고 공기통로부(100)에 흡입되는 공기의 흐름을 이용하는 회전날개부(200), 회전날개부(200)의 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 발전부(300)를 설치할 수 있다.
상기 공기통로부(100)는 공기를 많이 흡입하고, 공기의 유속을 빠르게 할 필요가 있으므로 가장 폭이 넓은 사이드 미러(10)가 차량에 연결된 측(차량의 중앙부측)의 전방부에 흡입구를 형성하고, 폭이 가장 작은 측방으로 배출구를 형성할 수 있다. 또한 배출구는 후방측 즉 거울이 연결되는 측의 하방으로 형성할 수도 있을 것이다.
또한, 유속을 빠르게 하기 위하여 흡입구에서 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지도록 구성할 수 있다. 즉 상,하,좌,우의 길이를 흡입구에서 배출구로 갈수록 작도록 구성할 수 있다. 이는 흡입구가 형성되는 사이드 미러(10)의 폭이 배출구가 형성되는 사이드 미러(10)의 폭보다 크기 때문에 상술한 바와 같이 구성되는 것이 허용된다.
또한, 유속을 빠르게 하기 위하여 공기 저항을 최소화하고, 공기통로의 길이를 길도록 제공할 수 있도록 상기 공기통로부(100)를 흡입구에서 배출구까지 곡선을 이루도록 형성할 수 있다. 즉 사이드 미러(10)의 차량에 연결되는 측에 형성된 흡입구에서 후방측으로 진행하면서 최외곽측의 배출구 쪽으로 진행되어 연결되도록 곡선을 이루도록 할 수 있다. 즉 원 또는 포물선의 일부가 되도록 형성할 수 있다.
화물차의 경우, 상술한 바와 같이 사이드 미러(10) 내부에 본 발명이 설치될 수 있는 공간이 형성되는 경우, 상술한 바와 같이 설치될 수 있으며, 이에 더하여 도 9와 같이 차량의 두부 상부에 설치되어 화물칸의 전방부에 발생하는 공기 저항을 줄이면서 그 주행풍에 의한 풍력발전을 행할 수 있도록 할 수도 있다. 즉 상기 공기통로부(100)는, 화물차량 두부의 상부에 연결되어 전방측에 흡입구를 형성하고, 후방측 상부에 배출구를 형성하여 화물칸의 전방측 상부로 공기가 배출되도록 할 수 있다. 이러한 경우, 흡입구와 배출구를 잇는 공기통로는 곡선 처리하면서, 단면적이 좁아지도록 구성될 수 있다.
상기 회전날개부(200)는, 상기 공기통로부(100)에서 유입되는 공기의 흐름을 이용하여 회전날개(220)에 회전력을 공급받는 역할을 수행한다. 상기 회전날개부(200)는, 상기 배출구측 공기통로부(100)의 상하측면에 연결되는 중심축(210); 상기 중심축(210)에 서로 직각을 이루며 연결되는 회전날개(220); 상기 중심축(210)의 양단부 및 상기 회전날개(220)의 양단부와 연결되어 상기 중심축(210)과 상기 회전날개(220)를 고정하는 고정플레이트(230);를 포함하며, 상기 회전날개(220)의 끝단에는 미리 지정한 각을 형성하며 돌출되는 돌출날개(222);를 더 포함할 수 있다. 즉 중심축(210)의 주변에 회전날개(220)가 형성되고, 회전날개(220)의 끝단에는 회전날개(220)와 미리 지정한 각을 가지며 돌출 형성되는 돌출날개(222)가 형성된다. 돌출날개(222)는 회전날개(220)의 회전을 원활히 하기 위해 형성되는 것으로, 돌출날개(222)와 회전날개(220)가 감싸는 면에 바람을 맞아 회전날개(220)가 회전하게 된다. 상기 미리 지정한 각 즉 회전날개(220)와 돌출날개(222)가 이루는 내각은 약 90도 내지 150도가 될 수 있을 것이다. 이는 통상의 프로펠러와 유사한 것으로 돌출날개(222)와 회전날개(220)가 바람을 잘 받도록 하기 위한 것이다.
상기 중심축(210)은 각 회전날개(220)의 중심에 위치하여 연결되어 회전날개(220)를 고정하는 역할과 회전날개(220)의 회전 중심의 역할을 수행한다. 양 단부는 공기통로부(100)가 형성되는 부분의 상,하측 면에 삽입 연결된다. 상기 중심측은 또한 공기통로부(100)의 유속이 빠른 배기구측 공기통로부(100)에 연결되게 되는데, 이는 공기의 유속이 빠를수록 회전날개(220)의 회전 속도는 상승하게 되고, 그에 따라 발전량도 많아지게 되므로 효과적인 발전을 위한 것이다. 즉 공기통로부(100)의 흡기구측의 단면적보다 배기구측의 단면적이 작으므로 공기의 유속은 빨라지게 되며, 따라서 회전날개(220)가 흡기구측에 설치되는 것보다 배기구측에 설치되는 것이 발전에 효과적이므로 상기 중심축(210)을 배기구 측에 치우치도록 공기통로부(100)의 상하면에 삽입 설치하게 된다.
상기 회전날개(220)는, 유동하는 공기에 의해 회전력을 발생시키는 역할을 수행하는 것으로 통상의 프로펠러와 반대되는 것이다. 즉 프로펠러는 장치를 회전하여 추진력을 얻는 것인데 비해 상기 회전날개(220)는 유동하는 공기에 의해 장치를 회전시키는 것이다. 회전날개(220)는 상기 중심축(210)에 연결되며, 서로 직각을 이루며 4개의 회전날개(220)가 각각 중심축(210)에 연결될 수 있다. 상기 회전날개(220)의 끝단에는 미리 지정한 각을 형성하며 돌출 형성되는 돌출날개(222)가 더 형성될 수 있다. 상기 돌출날개(222)는 상술한 바와 같다.
상기 고정플레이트(230)는, 상기 회전날개(220)의 상하 양단부를 고정하기 위한 장치로서, 상기 중심축(210)의 양단과 중앙부가 연결되며, 상기 회전날개(220) 양단부와 각각 연결된다. 즉 도 8에 도시된 바와 같이, 원형 플레이트 형상으로 한 쌍으로 이루어지며, 각각이 각 중심축(210)과 회전날개(220)의 양 단부측에 연결되어짐으로써 상기 회전날개(220)의 안정성을 줄 수 있다. 이러한 고정플레이트(230)가 없으면, 회전날개(220)가 휘는 등의 변화를 초래할 수 있고, 이러한 변화는 발전의 효율에 영향을 미칠 수 있기 때문에 회전날개(220)의 고정 및 안정을 요하고 있는 것이다.
상기 발전부(300)는, 회전날개부(200)에서 제공되는 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 역할을 수행한다. 이러한 발전부(300)에서 생산되는 전기는 차량의 배터리에 연결되어 축전될 수 있으며, 또한 곧바로 차량에서 필요한 전기장치로 곧바로 공급될 수도 있음으로써, 전기차량, 하이브리드 차량의 경우 운행거리를 늘이거나 배터리의 효율을 높일 수 있으며, 일반차량의 경우에도 보조적인 전력 공급장치로서의 효과를 제공할 수 있다. 상기 발전부(300)는 상기 회전날개부(200)와 연결되어 상기 회전날개부(200)의 회전력을 전달받아 회전하는 기어부(310); 및 상기 기어부(310)의 이의 두부와 전면부가 접촉되어 기계적 응력을 전달받아 전압을 발생시키는 압전소자부(320);를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 기어부(310)는, 회전날개부(200)의 회전력을 전달받아 기계적 응력으로 변환하는 역할을 수행한다. 즉 회전날개부(200)에 연결되어 같이 회전하면서 기어의 이가 압전소자부(320)에 압력을 가하는 방식이다. 정확히는 회전날개부(200)의 중심축(210)과 상기 기어부(310)의 기어 중심축(210)이 연결되게 된다. 상기 기어부(310)는, 전기를 발생시키는 압전소자부(320)에 접촉되게 되는데, 이때 접촉되는 부분간에 마찰이 발생하고, 진동 및 소음이 발생할 수 있다. 이러한 소음 등을 최소화하면서 압력만을 전달하기 위해, 상기 기어부(310)는, 이의 두부가 곡면을 가지되, 회전방향의 전방부가 후방부보다 더 완만한 곡면을 가지도록 형성하며, 상기 압전소자부(320)의 후면부는 압축스프링(322)과 연결되도록 할 수 있다.
기어부(310)의 이의 두부가 각을 이루고 있는 경우 압전소자부(320)와 접촉되는 면에서 마찰음, 진동 등이 심해질 수 있으므로 두부의 모를 깎아 완만하게 형성하되, 여기에 더하여 회전방향의 전방부 즉 회전될 때 먼저 압전소자부(320)와 맞닿는 부분이 나중에 닿는 부분보다 더욱 완만하도록 경사지게 곡면처리를 하도록 할 수 있다. 이러한 경우 상기 압전소자부(320)에 압력은 전달하면서도 마찰음이나 기타 다른 소음 및 장치에 충격이 가지 않아 내구성에서도 효과적이게 된다.
또한 여기에 더해 상기 압전소자부(320)의 후면부에 압축스프링(322)을 연결함으로써, 상기 기어부(310)와 상기 압전소자부(320)의 기계적 응력 전달을 보다 명확히 하도록 하고 상술한 바와 같은 소음 등을 더욱 줄일 수 있게 된다. 즉 상기 압전소자부(320) 후면부에 압축스프링(322)을 연결하면 상기 기어부(310)의 기어의 이가 상기 압전소자부(320) 전면에 맞닿으면서 압력을 전달하고 그 전달압력이 상기 압축스프링(322)을 압축하게 된다. 물론 압축스프링(322)에 의해 상기 압전소자부(320)에 전달되는 압력이 발전을 일으킬 정도의 압력 수준을 유지하여야 할 것이다. 즉 상기 압축스프링(322)은 상기 기어부(310)와 상기 압전소자부(320)의 접촉 시 충격을 줄일 수 있으며, 압축된 압축스프링(322)은 다시 탄성력에 의해 다음 기어의 이 두부와 접촉 할 때 까지 상기 압전소자부(320)를 원위치 되게 한다. 즉 압축스프링(322)이 없는 경우 압력 전달은 명확하나 기어부(310)에서 전달되는 충격량이 고스란히 상기 압전소자부(320)로 전달되어 상기 압전소자부(320)가 손상될 우려가 크며, 그렇지 않다 하더라도 그 소음과 마찰의 발생이 심해 내구성에 심각한 문제가 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 압축스프링(322)을 포함하도록 하여 기어부(310)에서 상기 압전소자부(320)로 전달되는 충격을 줄이면서도 발전 가능한 압력을 전달받을 수 있도록 하고 있는 것이다.
상기 압전소자부(320)는 기계적 응력을 받아 전압을 발생시키는 압전소자를 이용하여 발전하는 역할을 수행한다. 즉 상기 압전소자부(320)는 상기 기어부(310)의 이의 두부와 전면부가 접촉되어 기계적 응력을 전달받아 전압을 발생시키게 된다. 상기 압전소자는 통상의 압전소자를 이용할 수 있다. 이러한 압전소자를 이용한 압전소자부(320)는 상기 기어부(310)의 기어의 이와 접촉하는 부분에 다수 개를 설치할 수 있고, 이러한 다수 개의 설치로 발전량을 증가시킬 수도 있다.
상기 압전소자부(320)와 기어부(310)는 상기 공기통로부(100)의 공기 통로인 공동에 설치될 수도 있고, 공기 통로가 설치되는 사이드 미러(10) 등의 내부에 함입하여 설치될 수도 있을 것이다. 내부에 함입하는 경우 외부 공기에 섞여 있는 불순물(먼지 등)에 침범을 받지 않게 할 수 있으므로 보다 효과적일 수 있다.
상기 압전소자부(320)의 후면부는 압축스프링(322)과 연결될 수 있고, 이는 상술한 바와 같이 기어부(310)의 압력전달을 원활히 하면서도, 기어 두부와의 마찰음의 감소, 마찰로 인한 내구성의 감소 등을 줄일 수 있도록 하고 있다.
상기 도어는, 상기 공기통로부(100)의 흡입구를 개폐하는 역할을 수행한다. 흡입구를 개폐하는 것은 공기통로부(100)에 이물질이 흡입되는 것을 방지하고, 정차 또는 주차 시에는 공기통로부(100)를 폐쇄하여 외관상 미감을 해치지 않게 하기 위함이다. 이러한 이유로, 배기구를 개폐하도록 배기구 측에도 도어를 부가할 수도 있을 것이다. 상기 도어는 주행풍에 의해 회전날개부(200)가 작동을 시작하는 주행풍의 세기에서 주행풍에 의해 개방되도록 할 수 있는데, 이러한 작동을 가능하게 하기 위한 구조로서, 먼저 토션 스프링을 이용하는 방법이 있다.
토션 스프링을 이용하는 방법은, 다음과 같다.
상기 공기통로부(100)를 안쪽면과 바깥면으로 구분하면, 안쪽면과 바깥면의 수평거리는 상기 공기통로부(100)의 폭이 된다. 안쪽면이라 함은 바람을 직접적으로 받는 면이 되고, 바깥면은 상기 공기통로부(100)의 폭을 유지하기 위한 면이 된다. 즉 도 6에서 공기통로부(100)의 윗면을 안쪽면이라 칭할 수 있고, 도 6에서 아랫면을 바깥면이라 칭할 수 있다.
상기 공기통로부(100)의 안쪽면과 이어지는 흡기구의 수직측면에 토션스프링을 흡기구의 상하로 고정하고, 고정된 토션 스프링에 상기 도어의 일측을 연결하는 방식이며, 상기 도어는 흡기구의 형상과 동일한 형상을 한다. 상기 도어는 토션 스프링의 탄성력에 의해 폐쇄된 상태로 있다가 차량의 주행이 시작되면 도어에 발생하는 주행풍력이 토션 스프링의 탄성력을 초과하는 때 도어가 개방되게 되도록 할 수 있다. 이때 토션 스프링의 탄성력 세기에 따라 도어가 개방되는 주행풍의 세기가 결정된다. 따라서 토션 스프링의 탄성력 세기는 상기 회전날개부(200)의 회전날개(220)가 회전할 수 있는 주행풍의 세기와 동일 또는 유사하게 하여 회전날개(220)가 회전가능한 주행풍력이 발생하는 속도가 될 때 상기 도어가 개방되게 된다. 상기 회전날개부(200)는 상기 기어부(310)와 연결되고, 상기 기어부(310)는 압전소자부(320)와 접촉이 이루어지게 되어 기계적인 접촉으로 인한 에너지의 손실이 발생하게 되는데 이러한 손실되는 에너지 만큼의 주행풍의 에너지가 있어야 상기 회전날개(220)가 회전을 시작하게 되기 때문에 상술한 바와 같이 주행풍력에 의해 회전날개(220)가 회전을 시작하는 때 도어가 개방될 수 있도록 하였다.
또한 통상적으로 도로 상에는 쓰레기나 휴지, 비닐 종이 등의 이물질이 존재할 수 있는데 이러한 부피가 큰 이물질이 상기 공기통로부(100)로 흡입되는 경우 본 발명의 고장을 초래하거나 발전에 지장을 줄 수 있는 것은 자명하다. 따라서 이러한 이물질의 침범을 방지하기 위한 장치로 상기 흡입구의 전면에 그물 모양의 메시 등을 부가 설치할 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 주행풍력을 이용한 발전장치는, 차량의 주행중 발생하는 주행풍력을 이용하여 발전하면서도 사이드 미러의 전면부 내부에 설치된 공기통로와 회전날개를 이용함으로써, 공기 저항에 의한 에너지 손실을 최소화시킬 수 있도록 하고 있고, 전기자동차의 경우 한정된 배터리의 용량으로 잦은 충전주기, 긴 충전시간 및 주행거리가 짧은 문제점이 발생되는데, 주행풍력을 이용하여 상술한 배터리에 계속적인 충전을 함으로써 충전의 시기를 늦출수 있고, 그에 따라 주행거리를 종전보다 연장할 수 있으며, 종래 주행풍을 이용하는 풍력발전 시스템은 차량의 상부에 위치하는 등으로 외관상 좋지 못하고, 공기 저항이 크게 발생하여 오히려 차량의 연비를 떨어뜨리는 문제점이 있었는데, 본 발명은 사이드 미러의 전면부를 이용하고, 정차시에는 발전장치가 내재된 부위를 도어로 폐쇄하도록 하여 외관을 해치지 않으면서도, 공기저항을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 공기통로부 200: 회전날개부
210: 중심축 220: 회전날개
222: 돌출날개 230: 고정플레이트
300: 발전부 310: 기어부
320: 압전소자부 322: 압축스프링

Claims (5)

  1. 차량의 주행시 발생하는 주행풍력을 이용한 발전장치에 있어서,
    상기 주행풍력을 이용한 발전장치는,
    사이드 미러에 공기 저항을 최소화할 수 있도록 위치하되,
    차량의 주행시 발생하는 주행풍이 흡입, 배출되는 공기통로부(100);
    상기 공기통로부(100)에 배치되어 주행풍에 의해 회전되어 회전력을 얻는 회전날개부(200); 및
    상기 회전날개부(200)와 연결되어 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전부(300);를 포함하며,
    상기 공기통로부(100)는 흡입구에서부터 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지도록 구성되고, 상기 흡입구에서 배출구까지 곡선을 이루도록 형성되되 상기 곡선은 포물선의 일부가 되도록 형성되고,
    상기 회전날개부(200)는,
    상기 공기통로부(100)의 배출구측 상하측면에 연결되는 중심축(210);
    상기 중심축(210)에 서로 직각을 이루며 연결되는 회전날개(220);
    상기 중심축(210)의 양단부 및 상기 회전날개(220)의 양단부와 연결되어 상기 중심축(210)과 상기 회전날개(220)를 고정하는 고정플레이트(230);를 포함하며,
    상기 회전날개(220)의 끝단에는 미리 지정한 각을 형성하며 돌출되는 돌출날개(222);를 더 포함하며,
    상기 중심축(210)을 배기구 측에 치우치도록 공기통로부(100)의 상하면에 삽입 설치하고,
    상기 공기통로부(100)는 사이드 미러(10) 전방부의 내부공간에 형성되며, 사이드 미러(10)가 차량에 연결되는 측과 접하는 사이드 미러(10)의 양 측면 중 차량의 전방에 더 가까운 측면을 구성하는 차량 폭 방향의 두 개의 반 부분 중에서 상기 차량에 연결되는 측에 더 가까운 반 부분에 흡입구가 형성되고, 사이드 미러(10)가 연결되는 측과 대향되는 최외측면에 배출구가 형성되며,
    상기 흡입구의 전면에 그물 모양의 메시를 부가 설치하고,
    상기 미리 지정한 각은 90도 내지 150도가 되며,
    상기 공기통로부(100)의 흡입구 등을 도어로 개폐할 수 있도록, 상기 공기통로부(100)의 안쪽면과 이어지는 흡기구의 수직측면에 토션스프링을 흡기구의 상하로 고정하고, 고정된 토션 스프링에 상기 도어의 일측을 연결하는 방식이며, 상기 도어는 흡기구의 형상과 동일한 형상을 하고, 상기 도어는 토션 스프링의 탄성력에 의해 폐쇄된 상태로 있다가 차량의 주행이 시작되면 도어에 발생하는 주행풍력이 토션 스프링의 탄성력을 초과하는 때 도어가 개방되게 되도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기통로부(100)는, 화물차량 두부의 상부에 연결되어 전방측에 흡입구를 형성하고, 후방측 상부에 배출구를 형성하여 화물칸의 전방 상부로 공기가 배출되는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발전부(300)는,
    상기 회전날개부(200)와 연결되어 상기 회전날개부(200)의 회전력을 전달받아 회전하는 기어부(310); 및
    상기 기어부(310)의 이의 두부와 전면부가 접촉되어 기계적 응력을 전달받아 전압을 발생시키는 압전소자부(320);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기어부(310)는,
    이의 두부가 곡면을 가지되, 회전방향의 전방부가 후방부보다 더 완만한 곡면을 가지도록 형성하며,
    상기 압전소자부(320)의 후면부는 압축스프링(322)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡입구는 도어로 개폐되며, 상기 도어는 주행풍에 의해 회전날개부(200)가 작동을 시작하는 주행풍의 세기에서 주행풍에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는, 주행풍력을 이용한 발전장치.
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