KR20050076903A - 차량 제동시 배터리 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 제동시 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 자동차의 구동 휠과 함께 회전하는 구동축의 외부 원주면 상에 원둘레 방향으로 접촉 형성되어 있는 영구자석과 상기 구동축 주위에 위치한 외부원통에 철심을 형성하고 상기 철심에 권선코일을 감아 차량 제동시 영구자석과 권선코일간에 자속의 변화에 따라 유도되는 유도 기전력을 발생시키는 것이다. 이와 같이 발생된 유도 기전력을 이용하여 차량의 배터리 충전에 이용하도록 하는 차량 제동시 배터리 충전 장치에 관한 것이다.

Description

차량 제동시 배터리 충전 장치{Device for battery charging when braking of a vehicle}

본 발명은 차량 제동시 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 구동 휠과 함께 회전하는 구동축의 외부 원주면 상에 원둘레 방향으로 접촉 형성되어 있는 영구자석과 상기 구동축 주위에 위치한 외부원통에 철심을 형성하고 상기 철심에 권선코일을 감아 차량 제동시 영구자석과 권선코일간에 자속의 변화에 따라 유도되는 유도 기전력을 발생시키는 것이다. 이와 같이 발생된 유도 기전력을 이용하여 차량의 배터리 충전에 이용하도록 하는 차량 제동시 배터리 충전 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 발전이 가능한 자동차용 브레이크의 구성을 보인 개략도이다. 도 1은 대한민국 등록특허공보 등록번호 특0130143(발전이 가능한 자동차용 브레이크)에 공개된 내용이다.

차축(1)과 함께 회전하도록 축설되며, 브레이크 유압에 의하여 제동을 거는 브레이크 라이닝이 내설된 브레이크 드럼(2)에 있어서, 브레이크 드럼(2)의 내축면에 대응되는 극성이 서로 마주하도록 부착된 영구자석(3)과; 차축(1)과 영구자석(3) 사이에 고정상태로 설치되는 권선코일(5)과; 권선코일(5)의 일단은 브레이크유압에 의해 작동하는 스위치부(6)를 통해 정류기(7)에 연결되고, 권선코일(5)의 타단은 직접 정류기에 연결시킨 발전기구(4);로 구성하여서 브레이크에 제동력을 걸었을 때 상기 스위치부(6)가 작동되어 회전상태에 있는 영구자석(3)의 자계를 끊는 권선코일(5)이 발전할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 발전이 가능한 자동차용 브레이크이다.

그러나 종래의 발전이 가능한 자동차용 브레이크 장치에서 권선코일은 차축과 영구자석 사이에 고정상태로 설치 되어야 하는데 이와 같이 권선코일을 고정시키기 위한 구체적인 수단이 제공되지 않았다.

또한, 권선코일을 고정시키는 데에는 상대적으로 회전하고 있는 브레이크 드럼과 영구자석에 대하여 권선코일로부터 정류기로 이어지는 전선이 얽히는 것을 방지하는 수단을 강구하여야 하는데, 이와 같은 수단을 강구함에 있어서 설계시 구조적으로 많은 제약이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 자동차의 구동 휠과 함께 회전하는 구동축의 외부 원주면 상에 원둘레 방향으로 접촉 형성되어 있는 영구자석과 상기 구동축 주위에 위치한 외부원통에 철심을 형성하고 상기 철심에 권선코일을 감아 차량 제동시 영구자석과 코일간에 자속의 변화에 따라 유도되는 유도 기전력을 발생시키는 것이다. 이와 같이 발생된 유도 기전력을 이용하여 차량의 배터리 충전에 이용하도록 하는 차량 제동시 배터리 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

권선코일 또는 일반적인 회로가 있는 곳에서 자기장이 변하면, 즉 자기력 선속(이하 '자속'이라 한다)이 변하면 그 회로에 기전력이 생기고 전류가 흐른다. 이 현상을 전자기 유도라고 하며 이 때의 기전력을 유도 기전력이라 한다. 회로 내의 자속(자기력 선속)이 변할 때, 회로 자속의 변화를 방해하는 방향으로 유도 기전력이 생기고 그 크기는 단위시간에 대한 자속의 변화율과 같다. 이것을 패러데이(Faraday)의 법칙이라고 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량의 구동 휠을 구동하는 구동축에 원주상으로 다수개의 N 극과 S 극이 상호 교호하도록 고정 형성된 영구자석; 상기 구동축에 대향하도록 조향너클에 고정 형성되며, 상기 영구자석과 대향하도록 다수 개의 권선코일이 형성된 외부원통; 브레이크 페달의 유격을 감지하여 출력하는 작동감지센서; 상기 권선코일과 상기 영구자석의 상대적인 회전에 따라 유도되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기와 상기 직류 전류를 충전하는 배터리로 이루어진 충전회로; 상기 권선코일과 상기 충전회로 사이에 형성되어 상기 권선코일과 상기 충전회로 사이의 전류흐름을 단속하는 스위치부; 및 상기 작동감지센서로부터 상기 브레이크 페달의 유격을 감지하여 차량 제동시에는 상기 스위치부를 온상태로 유지하고, 차량 제동 해제시에는 상기 스위치부를 오프 상태로 유지하도록 상기 스위치부를 제어하는 전자제어유니트로 이루어진 차량 제동시 배터리 충전장치를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

자동차의 각 전기장치를 작동하게 하는 전원으로는 배터리(battery)와 발전기(alternator)의 두 계통이 있다. 엔진이 구동되고 있을 때에는 발전기가 각 전기장치에 전력을 공급하지만 엔진이 정지하고 있거나 시동할 때에는 발전기에서는 전력을 얻을 수 없으므로 필요한 전원을 배터리에 의존하게 된다. 또한 배터리는 엔진이 구동되고 있을때에는 발전기의 출력부족이나 전압 변동 등을 보상하여 전력의 공급을 안정되게 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 제동시 배터리 충전 장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

차량의 구동축(70)과 함께 회전하는 디스크(30)의 상측에 디스크(30)의 일부 양측면을 감싸는 형태로 캘리퍼(20)가 일정거리만큼 떨어져서 장착되고, 이 캘리퍼(20)의 내부에는 한쪽에 피스톤(미도시)이 유압을 받아서 이동되게 설치되며, 상기 피스톤과 인접해서 패드(25)를 부착한 백 플레이트(미도시)가 전후로 이동가능하게 설치되어 있다.

디스크(30)의 고정 수단으로서 볼트(40)와 너트(10)를 구성하고 있다. 그러나 다른 일실시예에서는 다른 연결부재에 의한 고정 수단으로 구성 할 수도 있다.

조향너클(knuckle)(50)은 너클암(knukle-arm)(미도시)과 연결되어 있으며 타이어를 좌우로 이동할 수 있게 만들어 준다. 이와 같은 동작 과정을 자세히 살펴보면, 운전자가 조향 휠(미도시)을 조작하여 생기는 회전운동이 기어박스(미도시)에 전달되어 랙과 피니언의 작용으로 회전운동에서 좌우운동의 동력으로 변화되는데, 이와 같은 좌우운동으로 변화된 동력이 타이로드(미도시)를 거쳐 타이로드 말단에 전달된다. 이와 같이 타이로드 말단과 너클암은 연결되어 있는데 타이로드 말단에 전달된 동력이 너클암에 전달되고 너클암과 연결된 조향너클(50)에 다시 전달되어 타이어를 이동 할 수 있게 된다.

구동축(70)은 자동차의 동력원으로써 회전 동력을 발생시키는 회전운동을 하게 되며, 디스크(30)는 구동축(70)의 회전운동과 함께 회전하게 된다.

구동축(70)과 조향너클(50)사이에는 베어링(60)이 삽입되어, 구동축(70)의 회전운동에 의하여 조향너클(50)이 회전되는 것을 방지해 준다.

영구자석(75)은 구동축(70)의 외부 원주면상에 원둘레 방향으로 접촉 형성되어 있는데, 이와 같은 영구자석(75)은 일정한 거리를 두면서 N극-S극-N극-S극 순으로 교호로 순차적으로 형성되어 있다.

외부원통(80)은 내부가 비어있는 일정한 두께의 원통형상으로 구동축(70)을 감싸고 있고, 외부원통(80)의 일측면은 조향너클(50)에 고정되어 있다.

외부원통(80)는 조향너클(50)에 연결되어 있고 고정되어 있는 고정자(Stator)의 역할을 한다. 차량 제동시 배터리 충전이 가능한 전자석 이용 비접촉식 브레이크 장치에서 외부원통(80)은 비자성체의 물체로 형성하는데 이는 차량의 제동시 이물질이 외부원통(80)에 엉겨 붙는 것을 방지하기 위함이다. 또한 자동차의 다른 구성 부분이 외부원통(80)에 의하여 자성체의 영향을 받지 않도록 하기 위함이다.

철심(85)은 외부원통(80)의 내부 표면상에 일정한 원둘레 방향으로 다수개가 돌출 형성되어 있다. 이와 같은 철심(85)은 일정한 거리를 두면서 형성되어 있는데, 철심(85)의 위치는 구동축(70) 표면상에 형성된 영구자석(75)의 위치와 동일하게 형성 할 수 있다. 또한, 나아가 철심(85)의 위치는 영구자석(75)의 위치와 상이하게 형성 할 수도 있다.

권선코일(90)은 철심(85) 주위를 수회 감아서 형성되어 있으며, 전선을 통하여 전자제어유니트(100)와 전기적으로 연결되어 있다.

차속센서(110)는 차량의 구동시 구동속도를 감지하는 센서로서 리드 스위치 형식으로 스피드 미터(미도시)속에 설치되어 있는 타입과 트랜스 액슬(미도시)의 스피드 미터 드리븐 기어(미도시)에 설치된 것이 있다.

브레이크 페달(120)은 운전자에 의하여 차량의 제동 동작 수행시 브레이크 페달(120)의 유격 거리에 따라 적게 눌려 질수도 있으며 깊게 눌려 질수도 있는 부분이다.

작동감지센서(125)는 브레이크 페달(120)과 연결되어 있는데, 이와 같이 연결되어 있는 브레이크 페달(120)의 유격 거리를 판단하여 그에 대한 전압의 변화를 측정함으로써 나타나는 전압변화신호를 전자제어유니트(100)에 보내주는 역할을 한다.

충전회로(140)는 정류기(142)와 배터리(144)로 구성되어 있다.

정류기(142)는 교류 전류를 자동차에서 사용하기에 알맞은 직류 전류로 바꿔어 주는 역할을 하는데, 정류기(142)에는 주로 다이오드(Diode)가 이용된다.

배터리(144)는 충전과 방전과정을 교대로 수행하면서 차량의 시동시 또는 차량의 주행시에 각종 전기기기에 전원을 공급하는 장치이다. 여기에서 방전이란 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 사용하는 것을 말하며, 충전이란 전기 에너지를 화학에너지로 변환시키는 것으로서 방전의 역반응을 말한다.

스위치부(130)는 전자제어유니트(100)의 제어에 의해 본발명의 일실시예에 따른 유도기전력에 의한 충전회로(140)를 온상태 또는 오프상태로 바꾸는 역할을 한다. 즉, 권선코일(90)과 충전회로(140) 사이에 형성되어 권선코일(90)과 충전회로(140) 사이의 전류흐름을 단속하는 역할을 한다.

전자제어유니트(100)와 각종 부품의 전원 공급을 위하여 전원공급부(미도시)를 두는데, 이는 차량의 내부에 구비되어 차량의 전기/전자부품들을 동작시키는 역할을 하는 것으로 자동차의 주행중 즉 엔진이 회전하고 있는 상태에서 전원공급은 발전기에서 담당하게 되며 배터리(144)는 발전기에서 남는 전기를 저장하였다가 엔진의 시동을 걸 때 시동모터를 회전시키기 위해 이용된다.

전자제어유니트(ECU: Electronical Control Unit)(100)는 각종 센서로부터 받은 차량정보를 기초로 하여 여러 가지 작동 조건을 구해 해당되는 차량의 전체적인 제어, 특히 본 발명과 관련하여 차량의 제동 시스템을 제어/담당하는 역할을 한다. 구체적으로, 전자제어유니트(100)는 작동감지센서(125)로부터 브레이크 페달(120)의 유격을 감지하여 차량 제동시에는 스위치부(130)를 온상태로 유지하고, 차량 제동 해제시에는 스위치부(130)를 오프상태로 유지하도록 제어한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 차량 제동시 배터리 충전 장치의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.

운전자가 차량의 주행중에 제동상황이 발생하게 되어 브레이크 페달(120)을 밝는 경우, 브레이크 페달(120)과 연결되어 있는 작동감지센서(125)가 이를 감지하게 된다. 이와 같이 감지된 브레이크 페달 작동감지신호는 전자제어유니트(100)에 입력되게 된다.

브레이크 페달 작동 감지신호가 전자제어유니트(100)에 입력되게 되면 전자제어유니트(100)는 스위치부(130)를 온상태로 만들어 본발명의 일실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 충전회로(140)를 작동시키게 된다.

나아가 차량 제동시가 아닌 정상적인 운전시에는 전자제어유니트(100)는 본발명의 일실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 배터리(144)의 충전회로(140)를 작동시키지 않는다. 왜냐하면 차량의 정상 주행시에 충전회로(140)를 작동하는 경우에는 부하(저항)가 발생하여 차량 엔진의 구동 동력을 소모 시키게 되기 때문이다. 다만, 여기에서 유도 기전력에 의한 배터리(144) 충전은 이루어지지 않으나 일반적으로 이루어지는 발전기에 의한 배터리(144) 충전은 이루어진다.

또한, 차속센서(110)로부터 측정되는 차량 속도 정보는 실시간으로 전자제어유니트(100)에 보내지게 된다.

이와 같이 차량 속도 정보등을 포함한 자동차 상태 정보를 입력받은 전자제어유니트(100)는 마스터 실린더(미도시)에서 발생된 유압이 캘리퍼(20)에 전달되며, 압력을 증가시키면 피스톤이 패드(25)를 디스크(30)에 압착시켜 제동력을 발생한다.

디스크(30)에 제동이 가해지는 경우 구동축(70)의 회전량은 감속하게 되는데, 이에 따라 영구자석(75)의 회전량도 변화하게 된다. 이 때 제동을 가함으로 인하여 소모되는 제동 에너지는 영구자석(75)과 권선코일(90)의 자속 변화에 의한 유도 기전력으로 나타나 권선코일(90)에 교류 전기가 발생한다.

교류 전기는 플러스(+)극과 마이너스(-)극이 교대로 발생하는 것으로 이와 같은 상태로는 자동차의 각종 전기장치와 배터리(144)에 바로 사용할 수 없다. 그래서 일반적으로 다이오드(Diode)라고 불리는 부품을 사용하여 교류 전기를 직류 전기로 교환하는 정류기(142)를 사용한다. 교류 전기는 정류기(142)를 거친 후 직류 전기로 바뀌어 배터리(144)에 충전되게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명인 차량 제동시 배터리 충전 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

구동축의 외부 원주면 상에 원둘레 방향으로 접촉 형성되어 있는 다수개의 영구자석과 상기 구동축 주위에 위치한 외부원통에 다수개의 철심을 형성하고 상기 철심에 권선코일을 감아 차량 제동시 발생된 유도 기전력을 이용하여 차량의 배터리 충전에 이용함으로써 차량의 발전기를 통해서 배터리를 충전하는 빈도가 줄어들게되어 차량의 연비가 향상 될 수 있다. 그리고 차량의 제동시 발생하는 에너지를 회수하여 충전에 이용함으로써 각종 차량의 전기/전자 기기가 점차 증가함에 따라 필요한 배터리의 용량과 안정된 전원을 확보 할 수 있다.

또한 차량의 조향너클에 외부원통을 고정함으로써 이 외부원통에 권선코일을 고정시킬 수 있는바 차량 제동시 배터리 충전 장치를 구성함에 있어서 설치상의 이점을 가질 수 있다.

도 1은 종래의 발전이 가능한 자동차용 브레이크의 구성을 보인 개략도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 제동시 배터리 충전 장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10: 너트, 20: 캘리퍼,

25: 패드, 30: 디스크,

40: 볼트, 50: 조향너클,

60: 베어링, 70: 구동축,

75: 영구자석, 80: 외부원통,

85: 철심, 90: 권선코일,

100: 전자제어유니트, 110: 차속센서,

120: 브레이크 페달, 125: 작동감지센서,

130: 스위치부, 140: 충전회로,

142: 정류기, 144: 배터리.

Claims (1)

1. 차량의 구동 휠을 구동하는 구동축에 원주상으로 다수개의 N 극과 S 극이 상호 교호하도록 고정 형성된 영구자석;

   상기 구동축에 대향하도록 조향너클에 고정 형성되며, 상기 영구자석과 대향하도록 다수 개의 권선코일이 형성된 외부원통;

   브레이크 페달의 유격을 감지하여 출력하는 작동감지센서;

   상기 권선코일과 상기 영구자석의 상대적인 회전에 따라 유도되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기와 상기 직류 전류를 충전하는 배터리로 이루어진 충전회로;

   상기 권선코일과 상기 충전회로 사이에 형성되어 상기 권선코일과 상기 충전회로 사이의 전류흐름을 단속하는 스위치부 및

   상기 작동감지센서로부터 상기 브레이크 페달의 유격을 감지하여 차량 제동시에는 상기 스위치부를 온상태로 유지하고, 차량 제동 해제시에는 상기 스위치부를 오프 상태로 유지하도록 상기 스위치부를 제어하는 전자제어유니트로 이루어진 차량 제동시 배터리 충전장치.