KR102169735B1

KR102169735B1 - 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터

Info

Publication number: KR102169735B1
Application number: KR1020190092331A
Authority: KR
Inventors: 송민수
Original assignee: 송민수
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-10-26

Abstract

본 발명은 샤프트가 없는 원통형 회전자와 그 내부에 위치한 양방향 고정자를 이용하여 발전기와 모터의 역할을 모두 수행할 수 있으며 원통형 회전자에 풍력이 작용할 경우에는 전기를 생산하여 배터리에 저장하고 더 큰 출력이 요구되는 경우에는 배터리의 전력에 의해 원통형 회전자가 회전되어 유도모터의 출력을 강화시킬 수 있도록 한 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 관한 것으로,
프레임부재(100)와; 내측에 회전자요크(12)가 구비된 원통 형상으로 형성되며 상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치되는 외부회전자(10)와; 고정자 코일이 구비되어 상기 외부회전자(10)의 내측에 배치되며 상기 프레임부재(100)에 고정 설치되어 상기 외부회전자(10)의 회전에 따라 전기를 생산하여 저장하고, 외부 전원이 인가될 경우 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 제1 고정자코어(21)와; 상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치되는 메인샤프트(50)에 구비되는 내부회전자(30)와; 상기 제1 고정자코어(21)와 내부회전자(30) 사이에 배치되어 외부 전원이 인가될 경우 상기 내부회전자(30)를 회전시키는 제2 고정자코어(22)와; 상기 메인샤프트(50)의 출력부와 상기 외부회전자(10) 사이에 구비되어 상기 외부회전자(10)의 회전력을 상기 메인샤프트(50)로 전달하고 상기 메인샤프트(50)의 회전력은 외부회전자(10)로 전달되지 않도록 하는 원웨이클러치(40)와; 상기 외부회전자(10)의 일측에 구비된 링기어(15)에 치합되며, 풍력에 의해 회전되어 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 피니언 기어(60)와; 필요에 따라 상기 피니언 기어(60)로 전달되는 풍력을 단속할 수 있도록 구성되어 상기 피니언 기어(60)를 회전 구동하는 풍력 구동부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터{Bidrectional Magnetomotive Force Form Aerogenerator Motor}

본 발명은 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트와 자성체의 코어 및 도체 바(bar) 등이 없는 원통형 회전자와 그 내부에 위치한 양방향 고정자를 이용하여 발전기와 모터의 역할을 모두 수행할 수 있으며 원통형 회전자에 풍력이 작용할 경우에는 전기를 생산하여 배터리에 저장하고 더 큰 출력이 요구되는 경우에는 배터리의 전력에 의해 원통형 회전자가 회전되어 유도모터의 출력을 강화시킬 수 있도록 한 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써 모터에 의해 자동차가 움직이도록 구성되고 있다. 따라서, 전기자동차는 바퀴를 회전시키기 위한 모터와 전력 공급을 위한 배터리를 필수 구성으로 하고 있다.

그리고, 전기자동차를 운행할 경우 배터리의 전력을 지속적으로 소모하게 되므로, 전기자동차의 운행에 따라 배터리는 방전될 수밖에 없고, 배터리가 완전히 방전되면 전기자동차는 더 이상 운행할 수 없게 된다. 따라서, 배터리가 완전히 방전되기 전에 지정된 충전시설을 찾아 충전해야 하며, 충전이 불가능할 경우 전기자동차는 작동을 멈추고 장애물이 될 수밖에 없다.

이에 따라, 전기자동차를 운행하면서 배터리를 충전하는 방법이 연구되고 있는데, 그 중에서도 전기자동차의 제동 과정에서 전기를 생산하는 회생제동발전이 널리 알려져 있다. 회생제동발전은 모터의 회전자가 회전하는 힘을 이용하여 고정자에서 전기가 생산하여 배터리를 충전하는 것을 의미한다. 즉, 전기자동차의 타력주행으로 인한 운동에너지에 의해 회전자가 회전하고 고정자가 전기를 생산하는 과정에서 회전자의 회전에 대한 저항으로 모터의 회전속도가 줄어들면서 제동력이 발생하게 되므로, 전기자동차의 가속페달로부터 발을 떼는 순간 브레이크를 밟은 듯 차량의 속도가 감소하고 전기가 생산되는 것이다. 따라서, 회생제동발전을 이용하게 되면 전기자동차의 제동에 따른 에너지의 손실이 감소하고 배터리의 사용시간이 증가하게 된다.

하지만, 회생제동발전만으로는 전기자동차의 배터리를 충전하기는 어려울 뿐만 아니라, 안전의 측면에서 볼 때 제동거리가 짧을수록 유리하고 제동거리가 짧으면 발전량이 감소하는 것을 감안하면 전기자동차의 주행 중 배터리를 충전하는 것은 전기자동차에 있어서 매우 중요하다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 반경방향으로 다단 배치되고 반경방향을 따라 서로 대향하는 외주면 및 내주면에 축방향으로 형성된 홈을 원주방향으로 복수개 구비한 원통형 코어(Core)와, 상기 각 단의 코어의 홈에 삽입된 복수의 도체 바(bar)를 구비하는 회전자와; 상기 코어의 홈이 형성된 원주면에 대향하도록 반경방향으로 적어도 1단 이상 배치된 전기자 철심과, 상기 각단의 도체 바에 대응하도록 상기 전기자 철심에 권선된 복수의 전기자 코일을 구비하는 고정자;를 포함하며, 적은 부피로 큰 토크를 발생시킬 수 있고 적은 분당 회전수에도 큰 전력을 생산할 수 있도록 한, 발전기로 사용이 가능한 다단 회전자를 구비한 유도모터를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 프레임의 중앙에서 회전하는 회전축; 상기 회전축을 지지하기 위해 내부에 베어링이 장착되는 회전축받침대L 및 회전축받침대R; 상기 회전축의 바깥에서 자성체 코어에 권선된 권선코일로 형성되며, 좌측은 모터용고정자측판L의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축 받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 모터용고정자측판R의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합되는 자성체 코어에 코일이 권선된 모터용고정자; 상기 모터용고정자의 바깥에서 좌측은 회전자측판L의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축 받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 회전자측판R이 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합되는 양방향 마그네트로 성형된 회전자; 상기 회전자를 감싸며, 복합연성물질 또는 비자성체 코어로 성형되어 좌측은 발전용고정자측판L의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 발전용고정자측판R의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합되는 복합연성물질 또는 비자성체 코어에 권선된 권선코일을 가진 발전용고정자; 상기 발전용고정자를 감싸며, 좌측은 사이드하우징L의 결합베어링과 결속체를 이용하여 상기 회전축받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 사이드하우징R이 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합되는 전도체성의 로터하우징; 상기 모터용고정자의 자성체 코어에 권선된 권선코일 및 상기 발전용고정자의 복합연성물질 또는 비자성체 코어에 권선된 권선코일이 상기 모터용고정자측판L의 결합베어링, 상기 회전자측판L의 결합베어링, 상기 발전용고정자측판L의 결합베어링, 사이드하우징L의 결합베어링의 측면 또는 슬리브(Sleeve)를 이용해서 배선관통구를 성형하여 외부로 안전하게 도출되는 모터용 입력배선 및 발전용 출력배선; 및 상기 회전자와 상기 로터하우징 및 상기 회전축이 함께 동일한 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 모터와알터네이터를 융합한 구동기계를 개시하고 있다.

KR

10-2009-0052224

A

KR

10-2018-0080059

A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내부회전자의 외측에 양방향 고정자를 배치한 후 양방향 고정자의 외측에 샤프트와 코어 및 도체 바(bar)가 없는 원통형의 외부회전자를 배치함으로써 발전기와 모터의 역할을 모두 수행할 수 있도록 하며 발전기로 작용할 경우 풍력에 의해 외부회전자가 반대 방향으로 회전되어 전기를 생산하고 필요에 따라 양방향 회전자에 전기를 공급하여 외부회전자를 회전시킴으로써 모터의 출력을 증강시킬 수 있도록 한 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임부재와; 내측에 회전자요크가 구비된 원통 형상으로 형성되며 상기 프레임부재에 회전 가능하게 설치되는 외부회전자와; 고정자 코일이 구비되어 상기 외부회전자의 내측에 배치되며 상기 프레임부재에 고정 설치되어 상기 외부회전자의 회전에 따라 전기를 생산하여 저장하고, 외부 전원이 인가될 경우 상기 외부회전자를 회전시키는 제1 고정자코어와; 상기 프레임부재에 회전 가능하게 설치되는 메인샤프트에 구비되는 내부회전자와; 상기 제1 고정자코어와 내부회전자 사이에 배치되어 외부 전원이 인가될 경우 상기 내부회전자를 회전시키는 제2 고정자코어와; 상기 메인샤프트의 출력부와 상기 외부회전자 사이에 구비되어 상기 외부회전자의 회전력을 상기 메인샤프트로 전달하고 상기 메인샤프트의 회전력은 외부회전자로 전달되지 않도록 하는 원웨이클러치와; 상기 외부회전자의 일측에 구비된 링기어에 치합되며, 풍력에 의해 회전되어 상기 외부회전자를 회전시키는 피니언 기어와; 필요에 따라 상기 피니언 기어로 전달되는 풍력을 단속할 수 있도록 구성되어 상기 피니언 기어를 회전 구동하는 풍력 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 풍력 구동부는 풍력날개가 회전 가능하게 설치되는 쉬라우드와, 상기 풍력날개의 축에 연결되어 회전되는 제1 샤프트와, 상기 쉬라우드를 지지하며 상기 제1 샤프트가 내장된 제1 서포트와, 상기 피니언 기어로의 동력 전달을 단속하기 위한 일방향클러치와, 상기 피니언 기어로 전달되는 동력을 안정화시키는 유성기어세트와, 일측 단부는 상기 제1 샤프트에 연결되고 타측 단부는 상기 유성기어세트의 선기어에 연결되어 상기 제1 샤프트의 회전력을 유성기어세트의 캐리어로 전달하는 제2 샤프트와, 상기 유성기어세트의 링기어에 고정되며 상기 제2 샤프트가 내장되고 상기 제1 서포트가 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트와, 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트를 축 연결하는 유니버셜 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명이 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 제1 샤프트와 제1 서포트, 제2 샤프트 및 제2 서포트는 길이 조절이 가능하도록 안테나형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 제1 고정자코어와 제2 고정자코어는 일체로 연결되어 양방향 고정자코어를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 외부회전자는 풍력에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되고, 보조 배터리모듈로부터 제1 고정자코어에 인가된 전원에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자의 회전 방향과 동일 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 외부회전자는 샤프트와 코어 및 도체 바(bar)를 사용하지 않고 양단부가 각각 상기 프레임부재에 설치된 베어링에 의해 지지되어 회전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 외부회전자는 회전자요크의 내측에 C 타입 마그네트가 일체로 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 내부회전자는 제1 고정자코어에 전원이 인가됨에 따라 회전되어 상기 메인샤프트의 출력을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 따르면, 상기 메인샤프트를 회전 구동하도록 상기 제2 고정자코어에 전원을 인가하는 메인 배터리모듈과; 풍력에 의한 상기 외부회전자의 회전에 따라 상기 제1 고정자코어에서 생산된 전기가 충전됨과 아울러 필요시 상기 외부회전자를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 고정자코어에 전원을 인가하는 보조 배터리모듈과; 상기 원웨이클러치와 풍력 구동부 및 보조 배터리모듈의 작동 상태를 제어하기 위한 지능형 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 내부회전자와 고정자코어를 통해 일반적인 유도모터의 기능을 수행함과 아울러 풍력을 이용하여 외부회전자를 회전시킴으로써 전기를 생산하여 배터리모듈을 충전하고 필요에 따라 배터리모듈의 전기를 고정자코어에 공급하여 외부회전자를 회전시킨 후 그 회전력을 메인샤프트에 전달함으로써 메인샤프트의 출력을 증강시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 안테나형 샤프트와 서포트를 구비하고, 제1 서포트와 제2 서포트가 회전 가능하게 연결되며, 제1 샤프트와 제2 샤프트가 유니버셜조인트로 연결됨에 따라 풍력날개의 높이나 위치를 자유롭게 조절하여 지속적인 풍력 발전을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 전기자동차에 적용되어 주행 중 배터리 충전이 자동으로 이루어지도록 함과 아울러 주행 모드에 따라 출력을 증강시킬 수 있고 운행중은 물론 주차중에도 충전이 가능하여 전기자동차의 운행에 따른 충전 문제와 불편을 해소할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 전기자동차를 높은 산이나 해안가 등 바람이 많은 지역에 위치시켜 배터리를 충전할 수 있음은 물론 주차 중에도 발전이 가능하여 전기자동차의 배터리 방전이 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터의 내부 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 구동부를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 구동부의 변형 형태를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에서 외부회전자를 이용하여 발전을 실시할 때의 전류 흐름 및 동력전달 방향을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에서 외부회전자를 이용하여 발전을 실시할 때 회전자들의 회전 방향을 나타낸 측단면도.
도 6은 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터를 이용하여 메인샤프트의 출력을 강화시킬 때의 전류 흐름 및 동력전달 방향을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터를 이용하여 메인샤프트의 출력을 강화시킬 때 회전자들의 회전 방향을 나타낸 측단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한, 도 1은 본 발명에 따른 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터의 내부 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 구동부를 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 풍력 구동부의 변형 형태를 나타낸 구성도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에서 외부회전자를 이용하여 발전을 실시할 때의 전류 흐름 및 동력전달 방향을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터에서 외부회전자를 이용하여 발전을 실시할 때 회전자들의 회전 방향을 나타낸 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터를 이용하여 메인샤프트의 출력을 강화시킬 때의 전류 흐름 및 동력전달 방향을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터를 이용하여 메인샤프트의 출력을 강화시킬 때 회전자들의 회전 방향을 나타낸 측단면도이다.

본 발명에 따른 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 프레임부재(100)와, 외부회전자(10), 양방향 고정자코어(20), 내부회전자(30), 원웨이클러치(40), 메인샤프트(50), 링기어(15) 및 피니언 기어(60), 풍력 구동부(70), 배터리부(80) 및 지능형 컨트롤러(90)를 포함하여 이루어진다.

상기 프레임부재(100)는 육면체 형상으로 형성되는 것으로, 내측에 위치한 상기 외부회전자(10)와 메인샤프트(50)를 회전 가능하게 지지하고, 상기 양방향 고정자코어(20)를 고정하게 된다.

상기 외부회전자(10)는 내측에 회전자요크(12)가 구비된 원통 형상으로 형성되며, 상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치된다. 구체적으로, 상기 외부회전자(10)는 회전자요크(12)의 내측에 C 타입 마그네트(11)가 일체로 결합되어 이루어진다. 그리고, 상기 외부회전자(10)는 샤프트와 코어 및 도체 바(bar)를 사용하지 않고 양단부가 각각 상기 프레임부재(100)에 설치된 베어링(110)에 의해 지지되어 회전된다. 또, 상기 외부회전자(10)의 일측에는 상기 피니언 기어(60)가 치합되는 링기어(15)가 구비되어, 풍력에 의해 회전되는 상기 피니언 기어(60)에 의해 회전하게 된다.

이때, 상기 외부회전자(10)는 풍력에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되고, 보조 배터리모듈(82)로부터 제1 고정자코어(21)에 인가된 전원에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자(30)의 회전 방향과 동일 방향으로 회전되도록 구성된다.

상기 양방향 고정자코어(20)는 외측의 제1 고정자코어(21)와 내측의 제2 고정자코어(22)가 일체로 결합되어 상기 프레임부재(100)에 고정 설치되는 것으로, 상기 제1 고정자코어(21)는 일정 간격으로 이격되게 배치된 상기 외부회전자(10)와의 상호관계를 통해 전기를 생산하거나 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 역할을 수행하고, 상기 제2 고정자코어(22)는 일정 간격으로 배치된 상기 내부회전자(30)를 회전시키는 역할을 수행한다.

구체적으로, 상기 제1 고정자코어(21)는 보조 배터리모듈(82)에 전기적으로 연결된 고정자 코일을 구비하여 상기 외부회전자(10)의 내측에 배치되며, 상기 외부회전자(10)의 회전에 따라 전기를 생산하여 상기 보조 배터리모듈(82)에 저장하고, 상기 보조 배터리모듈(82)로부터 전원이 인가될 경우 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 제2 고정자코어(22)는 메인 배터리모듈(81)에 전기적으로 연결된 고정자 코일을 구비하여 상기 제1 고정자코어(21)와 내부회전자(30) 사이에 배치되며, 상기 메인 배터리모듈(81)로부터 전원이 인가될 경우 상기 내부회전자(30)를 회전시키는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 내부회전자(30)는 일반적인 유도모터의 회전자와 마찬가지로 상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치되는 상기 메인샤프트(50)에 일체로 결합되어 함께 회전됨으로써 상기 메인샤프트(50)의 출력을 형성하게 된다. 이에 따라, 상기 내부회전자(30)는 양단에 각각 엔드링(35)이 구비되어 있다.

상기 원웨이클러치(40)는 메인샤프트(50)의 출력부와 상기 외부회전자(10) 사이에 구비되어 상기 외부회전자(10)의 회전력을 상기 메인샤프트(50)로 전달하고 상기 메인샤프트(50)의 회전력은 외부회전자(10)로 전달되지 않도록 하게 된다. 이에 따라, 상기 메인샤프트(50)의 출력부에는 상기 원웨이클러치(40)가 결합되는 기어부(55)가 형성되어 있다.

상기 피니언 기어(60)는 풍력에 의해 회전되는 것으로, 상기 외부회전자(10)의 일측에 구비된 링기어(15)에 치합되어 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 상기 피니언 기어(60)에 의해 외부회전자(10)가 회전됨으로써 상기 제1 고정자코어(21)에서 전기가 생산되어 보조 배터리모듈(82)에 저장된다.

상기 풍력 구동부(70)는 풍력을 이용하여 상기 피니언 기어(60)를 회전시키기 위한 것으로, 필요에 따라 상기 피니언 기어(60)로 전달되는 풍력을 단속할 수 있도록 구성된다.

구체적으로, 상기 풍력 구동부(70)는 풍력날개(71)가 회전 가능하게 설치되는 쉬라우드(72)와, 상기 풍력날개(71)의 축에 연결되어 회전되는 제1 샤프트(73)와, 상기 쉬라우드(72)를 지지하며 상기 제1 샤프트(73)가 내장된 제1 서포트(74)와, 상기 피니언 기어(60)로의 동력 전달을 단속하기 위한 일방향클러치(75)와, 상기 피니언 기어(60)로 전달되는 동력을 안정화시키는 유성기어세트(76)와, 일측 단부는 상기 제1 샤프트(73)에 연결되고 타측 단부는 상기 유성기어세트(76)의 선기어에 연결되어 상기 제1 샤프트(73)의 회전력을 유성기어세트(76)의 캐리어로 전달하는 제2 샤프트(77)와, 상기 유성기어세트(76)의 링기어에 고정되며 상기 제2 샤프트(77)가 내장되고 상기 제1 서포트가 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트(77)와, 상기 제1 샤프트(73)와 제2 샤프트(77)를 축 연결하는 유니버셜 조인트(79)를 포함한다.

이에 따라, 전기자동차를 운행할 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 풍력날개(71)가 연결된 제1 샤프트(73)와 유성기어세트(76)에 연결된 제2 샤프트(77)를 직선상으로 배치하여 전기자동차의 운행에 따른 맞바람에 의해 상기 풍력날개(71)가 회전하면서 상기 피니언 기어(60)를 회전시키도록 할 수도 있고, 전기자동차가 정지하거나 주차중인 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 풍력날개(71)가 연결된 제1샤프트(73)와 제2 샤프트(77)를 수직으로 배치하여 자연풍에 의해 풍력날개(71)가 회전하면서 상기 피니언 기어(60)를 회전시키도록 할 수도 있다. 물론, 바람에 따라 상기 제1 서포트(74)와 제2 서포트(78) 사이의 각도를 변화시켜 상기 풍력날개(71)를 적절한 위치로 배치할 수도 있다.

이때, 상기 제1 샤프트(73)와 제1 서포트(74), 제2 샤프트(77) 및 제2 서포트(78)는 길이 조절이 가능하도록 안테나형 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 풍력날개(71)의 높이와 위치를 자유롭게 변경할 수 있도록 하는 것이다.

상기 배터리부(80)는 메인샤프트(50)를 회전 구동하도록 상기 제2 고정자코어(22)에 전원을 인가하는 메인 배터리모듈(81)과, 풍력에 의한 상기 외부회전자(10)의 회전에 따라 상기 제1 고정자코어(21)에서 생산된 전기가 충전됨과 아울러 필요시 상기 외부회전자(10)를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 고정자코어(21)에 전원을 인가하는 보조 배터리모듈(82)로 이루어진다.

마지막으로, 상기 지능형 컨트롤러(90)는 외부회전자를 이용하여 전기를 생산하거나 상기 메인샤프트(50)의 출력을 강화시킬 수 있도록 상기 원웨이클러치(40)와 풍력 구동부(70) 및 보조 배터리모듈(82)의 작동 상태를 제어하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터는 전기자동차의 구동모터에 적용되어 운행 중은 물론 정차나 주차 중에도 풍력을 이용하여 배터리모듈을 충전하고 필요에 따라 배터리모듈의 전기를 이용하여 외부회전자를 회전시킴으로써 출력을 증강시키게 된다.

전기자동차의 운행이나 바람에 의해 풍력 구동부(70)에 풍력이 작용하게 되면, 상기 풍력 구동부(70)에 의해 피니언 기어(60)가 회전하게 되고, 동시에 상기 피니언 기어(60)에 치합된 링기어(15)가 구비된 외부회전자(10)가 시계반대방향으로 회전하게 된다. 이에 따라, 상기 외부회전자(10)와 양방향 고정자코어(20)의 제1 고정자코어(21) 사이에서 기전력이 발생하고, 상기 제1 고정자코어(21)에서 전기가 생산되어 보조 배터리모듈(82)에 충전된다. 이때, 메인 배터리모듈(81)의 전기는 상기 양방향고정자코어(20)의 제2 고정자코어(22)에 공급됨으로써 상기 제2 고정자코어(22)와 내부회전자(30) 사이의 기자력에 의해 내부회전자(30)가 시계방향으로 회전되도록 한다. 이때, 상기 내부회전자(30)와 함께 메인샤프트(50)가 회전되어 출력이 발생하게 되므로. 상기 메인샤프트(50)의 출력을 이용하여 전기자동차를 구동할 수 있게 된다.

만약, 언덕 등반과 같이 모터의 출력이 더 필요할 경우에는 지능형 컨트롤러(90)가 상기 풍력 구동부(70)로부터 피니언 기어(60)에 작용하는 힘을 차단함으로써 상기 피니언 기어(60)가 자유회전되도록 함과 아울러, 상기 보조 배터리모듈(82)의 전기가 제1 고정자코어(21)로 공급되도록 한다. 이에 따라, 상기 외부회전자(10)와 제1 고정자코어(21) 사이에서 기자력이 발생하여 상기 외부회전자(10)가 시계방향으로 회전된다. 이때, 상기 메인 배터리모듈(81)로부터 상기 제2 고정자코어(22)에 공급되는 전기에 의해 상기 내부회전자(30)가 시계방향으로 회전되고 있으므로, 상기 외부회전자(10)와 메인샤프트(50) 사이에 구비된 원웨이클러치(40)를 통해 상기 외부회전자(10)의 회전력이 메인샤프트(50)로 전달되어 상기 메인샤프트(50)의 출력이 증강된다.

이상에서는 상기 외부회전자(10)가 하나만 설치되는 것으로 설명하였으나, 상기 외부회전자(10)가 메인샤프트(50)를 중심으로 하는 동심원 형태로 다수개 배치되도록 함으로써 상기 메인샤프트(50)의 출력을 더욱 향상시킬 수도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명 및 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...외부회전자
11...C 타입 마그네트
12...회전자요크
15...링기어
20...양방향 고정자코어
21...제1 고정자코어
22...제2 고정자코어
30...내부회전자
40...원웨이클러치
50...메인샤프트
55..기어부
60...피니언 기어
70...풍력 구동부
71...풍력날개
72...쉬라우드
73...제1 샤프트
74...제1 서포트
75...일방향클러치
76...유성기어세트
77...제2 샤프트
78...제2 서포트
79...유니버셜조인트
80...배터리부
81...메인 배터리모듈
82...보조 배터리모듈
90...지능형 컨트롤러
100...프레임부재

Claims

프레임부재(100)와;
내측에 회전자요크(12)가 구비된 원통 형상으로 형성되며 상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치되는 외부회전자(10)와;
고정자 코일이 구비되어 상기 외부회전자(10)의 내측에 배치되며 상기 프레임부재(100)에 고정 설치되어 상기 외부회전자(10)의 회전에 따라 전기를 생산하여 저장하고, 외부 전원이 인가될 경우 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 제1 고정자코어(21)와;
상기 프레임부재(100)에 회전 가능하게 설치되는 메인샤프트(50)에 구비되는 내부회전자(30)와;
상기 제1 고정자코어(21)와 내부회전자(30) 사이에 배치되어 외부 전원이 인가될 경우 상기 내부회전자(30)를 반대 방향으로 회전시키는 제2 고정자코어(22)와;
상기 메인샤프트(50)의 출력부와 상기 외부회전자(10) 사이에 구비되어 상기 외부회전자(10)의 회전력을 상기 메인샤프트(50)로 전달하고 상기 메인샤프트(50)의 회전력은 외부회전자(10)로 전달되지 않도록 하는 원웨이클러치(40)와;
상기 외부회전자(10)의 일측에 구비된 링기어(15)에 치합되며, 풍력에 의해 회전되어 상기 외부회전자(10)를 회전시키는 피니언 기어(60)와;
상기 피니언 기어(60)로 전달되는 풍력을 단속할 수 있도록 구성되어 상기 피니언 기어(60)를 회전 구동하는 풍력 구동부(70);를 포함하고,
상기 풍력 구동부(70)는 풍력날개(71)가 회전 가능하게 설치되는 쉬라우드(72)와, 상기 풍력날개(71)의 축에 연결되어 회전되는 제1 샤프트(73)와, 상기 쉬라우드(72)를 지지하며 상기 제1 샤프트(73)가 내장된 제1 서포트(74)와, 상기 피니언 기어(60)로의 동력 전달을 단속하기 위한 일방향클러치(75)와, 상기 피니언 기어(60)로 전달되는 동력을 안정화시키는 유성기어세트(76)와, 일측 단부는 상기 제1 샤프트(73)에 연결되고 타측 단부는 상기 유성기어세트(76)의 선기어에 연결되어 상기 제1 샤프트(73)의 회전력을 유성기어세트(76)의 캐리어로 전달하는 제2 샤프트(77)와, 상기 유성기어세트(76)의 링기어에 고정되며 상기 제2 샤프트(77)가 내장되고 상기 제1 서포트가 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트(77)와, 상기 제1 샤프트(73)와 제2 샤프트(77)를 축 연결하는 유니버셜 조인트(79)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 샤프트(73)와 제1 서포트(74), 제2 샤프트(77) 및 제2 서포트(78)는 길이 조절이 가능하도록 안테나형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
제1항에 있어서,
상기 제1 고정자코어(21)와 제2 고정자코어(22)는 일체로 연결되어 양방향 고정자코어(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
제1항에 있어서,
상기 외부회전자(10)는 풍력에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되고, 보조 배터리모듈(82)로부터 제1 고정자코어(21)에 인가된 전원에 의해 회전할 경우에는 상기 내부회전자(30)의 회전 방향과 동일 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
제1항에 있어서,
상기 외부회전자(10)는 샤프트와 코어 및 도체 바(bar)를 사용하지 않고 양단부가 각각 상기 프레임부재(100)에 설치된 베어링(110)에 의해 지지되어 회전되는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인샤프트(50)를 회전 구동하도록 상기 제2 고정자코어(22)에 전원을 인가하는 메인 배터리모듈(81)과; 풍력에 의한 상기 외부회전자(10)의 회전에 따라 상기 제1 고정자코어(21)에서 생산된 전기가 충전됨과 아울러 상기 외부회전자(10)를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 고정자코어(21)에 전원을 인가하는 보조 배터리모듈(82)과; 상기 원웨이클러치(40)와 풍력 구동부(70) 및 보조 배터리모듈(82)의 작동 상태를 제어하기 위한 지능형 컨트롤러(90);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부회전자(10)가 메인샤프트(50)를 중심으로 하는 동심원 형태로 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 기자력 형성용 풍력발전기 모터.