KR102453424B1 - 전기차의 자가발전장치 - Google Patents

전기차의 자가발전장치 Download PDF

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Abstract

전기차의 자가발전장치는 전기차의 구동축마다 한 쌍이 배속되어 설치되며, 구동축의 회전에 따라 전력을 생성하는 적어도 한 쌍의 구동축발전부, 적어도 한 쌍의 구동축발전부에서 생성된 전력을 저장하는 전력저장부, 전력저장부의 전단 및 후단에 배치되어 전력저장부로 인입 및 인출되는 전력을 단속하는 전력단속밸브 및 전력저장부의 저장률이 충만한 상태인 충만저장률을 설정하여 저장하며, 전력저장부의 저장률이 충만저장률과 동일해지면 전력저장부 전단의 전력단속밸브를 제어하며, 전기차의 전력공급지시가 있는 경우 전력저장부 후단의 전력단속밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전기차의 자가발전장치{Self-Generation Device for Electric Vehicle}
본 발명은 전기차의 자가발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기차의 주행 중 전력을 생산할 수 있는 전기차의 자가발전장치에 관한 것이다.
전세계적으로 탄소배출로 인한 환경문제가 대두된 지 많은 시간이 흐르고 있으며 이로 인한 환경문제가 커지고 있음에 따라 탄소배출비율이 낮고 효율이 개선된 전기차를 개발하고 있다. 더불어 전기차를 주행하고 있는 중에 전기를 생산하여 충전부를 통해 배터리에 저장함으로써 전력비효율을 향상시키고자 하고 있다.
그러나 전기차는 4륜, 전륜 및 후륜 중 어느 하나의 방식으로 구동하고 있으며 각 방식의 구동축에 발전부를 설치하여 전기를 생산하고 있으나 배터리에 전기저장률이 충만한 상태가 되어도 생산된 전력을 배터리로 보내어 저장하려는 경우 과열되는 문제로 인하여 배터리의 수명이 현저히 감소하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전기차의 전력생산에 대한 전력저장을 효율적으로 관리할 수 있는 전기차의 자가발전장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차의 자가발전장치는, 상기 전기차의 구동축마다 한 쌍이 배속되어 설치되며, 상기 구동축의 회전에 따라 전력을 생성하는 적어도 한 쌍의 구동축발전부; 상기 적어도 한 쌍의 구동축발전부에서 생성된 전력을 저장하는 전력저장부; 상기 전력저장부의 전단 및 후단에 배치되어 상기 전력저장부로 인입 및 인출되는 전력을 단속하는 전력단속밸브; 및 상기 전력저장부의 저장률이 충만한 상태인 충만저장률을 설정하여 저장하며, 상기 전력저장부의 저장률이 상기 충만저장률과 동일해지면 상기 전력저장부 전단의 상기 전력단속밸브를 제어하며, 상기 전기차의 전력공급지시가 있는 경우 상기 전력저장부 후단의 상기 전력단속밸브를 제어하는 제어부를 포함한다. 전기차를 구동하는 구동축의 양단에 한 쌍의 구동축발전부를 설치하여 주행 중 회전되는 구동축으로 인하여 전력을 생산하여 저장하며, 생산된 전력을 배터리의 저장률이 충만저장률이 되면 배터리로의 인입전력을 단속하며 전기차의 전력공급지시에 따라 배터리에서의 인출전력을 단속하여 배터리의 저장에 대한 저장효율성이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 전기차의 바퀴에 설치되어 회전에 따라 전력을 생성하는 바퀴발전부를 더 포함하면 4륜이 아닌 전륜과 후륜의 경우 구동축이 없는 부분에서는 바퀴에 바퀴발전부를 설치하여 전력생산을 할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 바퀴발전부는, 상기 전기차의 바퀴 림의 내측면에 소정 간격을 두고 배치되며 복수의 내향 자석이 배치된 바퀴회전부; 및 상기 전기차 바퀴의 고정축에 고정 지지되며, 상기 복수의 내향 자석의 배치형태에 대응하여 대향 배치되는 바퀴고정코일체를 갖는 바퀴고정부를 포함하면 바퀴회전부와 바퀴고정부의 대향 대면 면적이 증가되므로 전력생산효율이 향상될 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 구동축과 평행하게 배치되는 보조구동축, 상기 구동축과 상기 보조구동축을 회전 연동되도록 결합시키는 회전연동부 및 상기 보조구동축에 설치되며 상기 구동축의 회전에 따라 회전되는 상기 보조구동축의 회전에 따라 전력을 생산하는 보조구동축발전부를 포함하는 보조발전부를 더 포함하면 구동축의 회전력을 활용하여 추가의 전력을 보조발전부를 통하여 획득할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 보조발전부는, 상기 회전연동부가 상기 구동축 및 상기 보조구동축 중 적어도 하나와 회전 연동되도록 결합시키는 회전연동위치와 상기 구동축 및 상기 보조구동축 중 적어도 하나와 회전 연동되지 않도록 결합을 해제시키는 회전연동해제위치 간을 이동하도록 하는 연동결합이동부를 더 포함하면 구동축의 회전에 따라 보조구동축이 회전되어 전력을 생산하다가 구동축의 회전 감소하는 경우 연동결합이동부를 통해 보조구동축의 회전은 관성에 의해 계속되도록 하여 전력생산효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 전기차를 구동하는 구동축의 양단에 한 쌍의 구동축발전부를 설치하여 주행 중 회전되는 구동축으로 인하여 전력을 생산하여 저장하며, 생산된 전력을 배터리의 저장률이 충만저장률이 되면 배터리로의 인입전력을 단속하며 전기차의 전력공급지시에 따라 배터리에서의 인출전력을 단속하여 배터리의 저장에 대한 저장효율성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 4륜이 아닌 전륜과 후륜의 경우 구동축이 없는 경우에도 바퀴의 회전을 이용하여 전력을 생산할 수 있으므로 전력생산효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 4륜 전기차의 자가발전장치의 간략 예시도이다.
도 2는 전륜 전기차의 자가발전장치의 간략 예시도이다.
도 3은 후륜 전기차의 자가발전장치의 간략 예시도이다.
도 4는 바퀴발전부의 상세도이다.
도 5는 보조발전부의 상세도 및 동작도이다.
도 6은 전력생산 및 전력공급 동작에 대한 전력단속밸브의 동작 예시도이다.
도 7은 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차의 자가발전장치(1)를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 4륜 전기차의 자가발전장치(1)의 간략 예시도이고, 도 2는 전륜 전기차의 자가발전장치(1)의 간략 예시도이며, 도 3은 후륜 전기차의 자가발전장치(1)의 간략 예시도이다.
전기차(2)도 내연기관차량과 동일하게 구동을 제공하는 방식이 4륜, 전륜 및 후륜으로 구분될 수 있는데, 4륜은 바퀴 4개(2-5)에 구동 회전을 위한 힘을 동일하게 25%씩 전달하는 방식이며, 전륜은 전방의 2개의 바퀴에만 구동 회전을 위한 힘을 동일하게 50%씩 전달하는 방식이고, 후륜은 후방의 2개의 바퀴에만 구동 회전을 위한 힘을 동일하게 50%씩 전달하는 방식이다.
이러한 힘 전달방식을 위해서 4륜은 앞바퀴와 뒷바퀴와 연결된 구동축이 2개 마련된다. 전륜은 앞바퀴는 구동축(2-2)으로 연결되고 뒷바퀴는 바퀴축(2-4)으로 연결되며 고정축 양단에 바퀴가 회전 가능하게 연결된다. 이와 유사하게 후륜은 구성되며, 뒷바퀴는 구동축으로 연결되고 앞바퀴는 고정축으로 연결되며 고정축 양단에 바퀴가 회전 가능하게 연결된다.
이러한 구조를 가지고 구동되므로 4륜에는 구동축 2개에 발전기를 설치하여 전력을 생산하지만 전륜과 후륜은 구동축에 발전기를 설치하지만 구동축이 없는 부분에는 바퀴에 발전기를 설치하여 발전을 할 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 바퀴발전부(40)의 상세도이고, 도 5는 보조발전부(50)의 상세도 및 동작도이며, 도 6은 전력생산 및 전력공급 동작에 대한 전력단속밸브(30)의 동작 예시도이고, 도 7은 제어블록도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 전기차의 자가발전장치(1)의 구성을 설명한다.
전기차의 자가발전장치(1)는 구동축발전부(10), 전력저장부(20), 전력단속밸브(30), 바퀴발전부(40), 보조발전부(50), 속도감지센서(60), 충전부(70) 및 제어부(80)를 포함한다.
구동축발전부(10)는 전기차(2)의 구동축마다 한 쌍이 배속되어 설치되며, 구동축(2-2)의 회전에 따라 전력을 생성한다. 구동축발전부(10)는 구동회전부(11)와 구동고정부(12)를 포함한다.
구동회전부(11)는 구동축(2-2)에 고정 결합되어 구동축(2-2)의 회전에 따라 회전된다. 구동회전부(11)는 자석으로 마련될 수 있다.
구동고정부(12)는 전기차(2) 차체에 대하여 고정 설치되어 회전되지 않으며, 구동회전부(11)가 자석을 포함하여 이루어지면 구동고정코일체(121)로 이루어질 수 있다. 자석과 코일체는 회전하는 중에도 상호 대면하여 대향 배치될 수 있다.
전력저장부(20)는 적어도 한 쌍의 구동축발전부(10)에서 생성된 전력을 저장할 수 있다. 전력저장부(20)는 고전압배터리(21), 저전압배터리(22) 및 컨버터(23)으로 이루어진다. 고전압배터리(21)는 구동축발전부(10)에서 생성된 고전압의 전력을 저장할 수 있으며, 구동축모터(2-1)로 전달하여 전기차(2)를 구동한다. 저전압배터리(22)는 차량의 제어를 위한 전력공급, 편의시설을 위한 전력공급 등을 담당하며 고전압배터리(21)와 컨버터(22)에 의해 연결되고, 컨버터(22)는 상호 다른 전압의 전력을 변환하여 고전압배터리(21)와 저전압배터리(22) 중 어느 하나로 이동시킬 수 있다.
전력단속밸브(30)는 전력저장부(20)의 전단 및 후단에 배치되어 전력저장부(20)로 인입 및 인출되는 전력을 단속한다. 전력단속밸브(30)는 인입단속밸브(31)와 인출단속밸브(32)로 이루어질 수 있다.
바퀴발전부(40)는 전기차(2)의 바퀴(2-5)에 설치되어 회전에 따라 전력을 생성한다. 바퀴발전부(40)는 구동축(2-2)에 연결된 바퀴(2-5)에도 설치될 수 있다. 바퀴발전부(40)는 바퀴회전부(41)와 바퀴고정부(42)로 이루어진다.
바퀴회전부(41)는 전기차(2)의 바퀴(2-5) 림의 내측면에 소정 간격을 두고 배치되며 복수의 내향 자석이 배치될 수 있다.
바퀴고정부(42)는 전기차(2) 바퀴(2-5)의 고정축에 고정 지지되며, 복수의 내향 자석의 배치형태에 대응하여 대향 배치되는 바퀴고정코일체(421)를 갖는다.
보조발전부(50)는 구동축(2)의 회전력을 이용하여 추가로 전력을 생성할 수 있도록 할 수 있다. 보조발전부(50)는 보조구동축(51), 회전연동부(52), 보조구동축발전부(53) 및 연동결합이동부(54)를 포함한다.
보조구동축(51)은 구동축(2-2)과 평행하게 배치되면 전기차(2)에 회전 가능하게 설치된다.
회전연동부(52)는 구동축(2-2)과 보조구동축(51)을 회전 연동되도록 결합시킨다. 회전연동부(52)는 컨베이어벨트의 형상으로 마련될 수 있다.
보조구동축발전부(53)는 보조구동축(51)에 설치되며 구동축(2-2)의 회전에 따라 회전되는 보조구동축(51)의 회전에 따라 전력을 생산한다. 보조구동축발전부(53)는 보조회전부(531)와 보조회전부(532)를 포함할 수 있다.
보조회전부(531)는 보조구동축(51)에 고정 결합되어 보조구동축(51)의 회전에 따라 회전된다. 보조회전부(531)는 자석으로 마련될 수 있다.
보조고정부(532)는 전기차(2) 차체에 대하여 고정 설치되어 회전되지 않으며, 보조회전부(531)가 자석을 포함하여 이루어지면 보조고정코일체(532-1)로 이루어질 수 있다. 자석과 코일체는 회전하는 중에도 상호 대면하여 대향 배치될 수 있다.
연동결합이동부(54)는 회전연동부(52)가 구동축(2-2) 및 보조구동축(51) 중 적어도 하나와 회전 연동되도록 결합시키는 회전연동위치와 구동축(2-2) 및 보조구동축(51) 중 적어도 하나와 회전 연동되지 않도록 결합을 해제시키는 회전연동해제위치 간을 이동하도록 한다. 연동결합이동부(54)는 경로안내부(541), 슬라이딩슬롯(542), 모터구동축(543) 및 회전모터(544)를 포함할 수 있다.
경로안내부(541)는 벨트로 형성된 회전연동부(52)의 경로를 안내한다.
슬라이딩슬롯(542)은 경로안내부의 슬라이딩이동경로를 제공하며, 슬롯의 일측을 따라 랙(542-1)이 형성된다.
모터구동축(543)은 랙(542-1)에 맞물리는 피니언(543-1)이 결합된다.
회전모터(544)는 모터구동축(543)을 회전 구동한다.
속도감지센서(60)는 구동축(2-2) 및 보조구동축(51)의 회전속도를 감지한다. 속도감지센서(60)는 구동축센서(61)와 보조구동축센서(62)로 이루어진다.
충전부(70)는 구동축발전부(10)와 전력저장부(20) 사이에 배치되어 구동축발전부(10)에성 생성된 전력을 전력저장부(20)에 충전되도록 한다. 충전부(70)는 외부로부터의 전력을 전력저장부(20)에 충전되도록 할 수도 있다. 충전부(70)는 완속충전기(71)와 급속충전기(72)로 이루어질 수 있다. 충전부(70)는 제공되는 전력에 따라서 완속충전기(71)와 급속충전기(72)를 선택하여 충전의 속도를 제어할 수 있다.
제어부(80)는 전력저장부(20)의 저장률이 충만한 상태인 충만저장률을 설정하여 저장하며, 전력저장부(20)의 저장률이 충만저장률과 동일해지면 전력저장부(20) 전단의 전력단속밸브(30)를 제어하며, 전기차(2-2)의 전력공급지시가 있는 경우 전력저장부(20) 후단의 전력단속밸브(30)를 제어한다.
제어부(80)는 전기차(2)의 속도가 증속되는 경우 회전연동부(52)가 회전연동위치가 되도록 하며, 전기차(2)의 속도가 감속되는 경우 회전연동부(52)가 회전연동해제위치가 되도록 연동결합이동부(54)를 제어한다.
제어부(80)는 구동축(2-2)의 회전속도가 보조구동축(51)의 회전속도보다 적어도 더 큰 경우 회전연동부(52)가 회전연동위치가 되도록 연동결합이동부(54)를 제어한다.
도 4는 바퀴발전부(40)의 상세도이다.
바퀴회전부(41)의 자석이 바퀴(2-5)에 고정 결합되어 있으므로 회전되면서 바퀴고정부(42)의 바퀴고정코일체(421)에 대하여 대면 상태에서 대향하게 되므로 전력이 생성되어 충전부(70)로 전달되게 되며, 전력저장부(20)로 저장될 수 있다. 바퀴회전부(41)의 자석과 바퀴고정부(42)의 바퀴고정코일체(421)는 상호 대면하는 면적이 증가되도록 하기 위하여 바퀴(2-5)의 림을 따라 배치되어 내향 형성된 복수의 자석과 이에 대하여 복수의 바퀴고정코일체(421)가 대면하도록 배치시킨다.
전력생성이 향상될 수 있는 자석 및 바퀴고정코일체(421)의 두께와 상호 간의 간격은 조정될 수 있다.
도 5는 보조발전부(50)의 상세도 및 동작도이다.
도 5 (a) 회동연동부(52)는 구동축(2-2)과 보조구동축(51)을 연결하며 결합되어 있다. 이에 의해 구동축(2-2)의 회전에 따라 보조구동축(51)이 따라서 회전된다.
도 5 (b) 제어부(80)의 제어에 따라 회전모터(544)가 모터구동축(543)을 회전시키며, 이에 의해 모터구동축(543)의 피니언(543-1)에 맞물려 있는 슬라이딩슬롯(542)의 랙(542-1)이 이동시켜 결국 경로안내부(541)가 상측으로 이동된다. 이에 따라 회전연동부(52)는 구동축(2-2)에서 이격되어 구동축(2-2)의 회전력이 보조구동축(51)으로 전달되지 않게 된다.
도 6은 전력생산 및 전력공급 동작에 대한 전력단속밸브(30)의 동작 예시도이다.
도 6 (a) 구동축발전부(10)와 보조발전부(50)가 전력저장부(20)로 전력을 보내는 것으로 되어 있으나 상기의 설명에서 충전부(70)를 거쳐 전력저장부(20)에 저장되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 전력저장부(20)의 저장률이 충만저장률에 못미치는 경우로 구동축발전부(10)와 보조발전부(50)에서 생성된 전력이 전력저장부(20)에 저장된다.
도 6 (b) 전력저장부(20)의 저장률이 충만저장률에 다다르게 되면 구동축발전부(10)와 보조발전부(50)에서 생성된 전력이 전력저장부(20)로 이동되는 것을 전력단속밸브(30)가 차단하게 된다. 여기서, 전력저장부(20)는 복수의 배터리로 마련되어 어느 하나의 배터리가 충만되는 경우 충만되지 않은 다른 배터리로 구동축발전부(10)와 보조발전부(50)에서 생성된 전력이 이동되도록 전력단속밸브(30)가 제어될 수 있다.
상기의 실시 예 이외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.
보조구동축(51)에는 관성력이 오래도록 유지될 수 있도록 하는 무게뭉치가 더 결합되어 있을 수 있다. 구동축(2-2)이 감속 및 정지되는 경우 연동결합이동부(54)에 의해 회동연동부(52)가 구동축(2-2) 또는 보조구동축(51)의 연동 연결이 해제되어 보조구동축(51)은 계속 서서히 감속되면서 회전되는데 더욱 오랫동안 관성력을 갖고 회전되도록 하기 위해서는 보조구동축(51)에 연결된 무게가 무거워야 한다. 무게뭉치에 의해 보조구동축(51)의 관성력을 향상시킬 수 있다.
상기의 연동결합이동부(54)는 회동연동부(52)를 이동시켜 구동축(2-2) 또는 보조구동축(51)과의 결합을 해제시키는 것이나 연동결합이동부(54)가 보조구동축(51)을 이동시켜 회동연동부(52)와 구동축(2-2) 또는 보조구동축(51)의 회동결합을 해제시킬 수도 있다.
상기의 전기차의 자가발전장치(1)로 인하여, 전기차(2)를 구동하는 구동축의 양단에 한 쌍의 구동축발전부(10)를 설치하여 주행 중 회전되는 구동축(2-2)으로 인하여 전력을 생산하여 저장하며, 생산된 전력을 배터리(20)의 저장률이 충만저장률이 되면 배터리(20)로의 인입전력을 단속하며 전기차(2)의 전력공급지시에 따라 배터리(20)에서의 인출전력을 단속하여 배터리(20)의 저장에 대한 저장효율성이 향상될 수 있다. 또한, 4륜이 아닌 전륜과 후륜의 경우 구동축(2-2)이 없는 경우에도 바퀴(2-5)의 회전을 이용하여 전력을 생산할 수 있으므로 전력생산효율이 향상될 수 있다.
1: 전기차의 자가발전장치 2: 전기차
2-1: 구동축모터 2-2: 구동축
2-3: 인버터 2-4: 바퀴축
2-5: 바퀴
10: 구동축발전부 11: 구동회전부
12: 구동고정부 121: 구동고정코일체
20: 전력저장부 21: 고전압배터리
22: 저전압배터리 23: 컨버터
30: 전력단속밸브 31: 인입단속밸브
32: 인출단속밸브
40: 바퀴발전부
41: 바퀴회전부 42: 바퀴고정부
421: 바퀴고정코일체
50: 보조발전부 51: 보조구동축
52: 회전연동부 53: 보조구동축발전부
531: 보조회전부 532: 보조고정부
54: 연동결합이동부 541: 경로안내부
542: 슬라이딩슬롯 543: 모터구동축
544: 회전모터
60: 속도감지센서 61: 구동축센서
62: 보조구동축센서
70: 충전부 71: 완속충전기
72: 급속충전기
80: 제어부

Claims (5)

  1. 전기차의 자가발전장치에 있어서,
    상기 전기차의 구동축마다 한 쌍이 배속되어 설치되며, 상기 구동축의 회전에 따라 전력을 생성하는 적어도 한 쌍의 구동축발전부;
    상기 적어도 한 쌍의 구동축발전부에서 생성된 전력을 저장하는 전력저장부;
    상기 전력저장부의 전단 및 후단에 배치되어 상기 전력저장부로 인입 및 인출되는 전력을 단속하는 전력단속밸브; 및
    상기 전력저장부의 저장률이 충만한 상태인 충만저장률을 설정하여 저장하며, 상기 전력저장부의 저장률이 상기 충만저장률과 동일해지면 상기 전력저장부 전단의 상기 전력단속밸브를 제어하며, 상기 전기차의 전력공급지시가 있는 경우 상기 전력저장부 후단의 상기 전력단속밸브를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 구동축과 평행하게 배치되는 보조구동축, 상기 구동축과 상기 보조구동축을 회전 연동되도록 결합시키는 회전연동부 및 상기 보조구동축에 설치되며 상기 구동축의 회전에 따라 회전되는 상기 보조구동축의 회전에 따라 전력을 생산하는 보조구동축발전부를 포함하는 보조발전부를 더 포함하며,
    상기 보조발전부는,
    상기 회전연동부가 상기 구동축과 상기 보조구동축이 회전 연동되도록 결합시키는 회전연동위치와 상기 구동축과 상기 보조구동축이 회전 연동되지 않도록 결합을 해제시키는 회전연동해제위치 간을 이동하도록 하는 연동결합이동부를 포함하는 전기차의 자가발전장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전기차의 바퀴에 설치되어 회전에 따라 전력을 생성하는 바퀴발전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전가차의 자가발전장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 바퀴발전부는,
    상기 전기차의 바퀴 림의 내측면에 소정 간격을 두고 배치되며 복수의 내향 자석이 배치된 바퀴회전부; 및
    상기 전기차 바퀴의 고정축에 고정 지지되며, 상기 복수의 내향 자석의 배치형태에 대응하여 대향 배치되는 바퀴고정코일체를 갖는 바퀴고정부를 포함하는 전기차의 자가발전장치.
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