KR20100117491A - 연속적 배터리 작동 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)은 화석연료나 외부 에너지원을 이용하지 않고 전기에너지와 운동에너지를 발생하여 재충전하는 것이다. 본 발명은 회전 토크 발생수단(15)에 파워를 인가하기 위한 선택적인 2 세트의 에너지 저장수단(11, 12)을 이용한다. 회전 토크 발생수단(15)은 운동에너지를 저장하고 증가시키는 자이로스코프(35)에 결합된 플라이휠(31)의 회전 운동을 일으킨다. 교류발전기(16)는 회전 토크 발생수단(15)에 의하여 구동되어 운동에너지를 전기에너지로 전환한다. 플라이휠(31)은 트랜스미션 샤프트(44)를 매개하여 운동에너지를 차량이나 기구적인 트랜스미션 시스템과 같은 수동시스템에 전달하는 트랜스미션 롤러(43)에 관계한다. 발생된 전기에너지의 일부는 동작시간보다 짧은 충전시간을 가진 에너지 저장수단(11, 12)을 재충전하는데 이용될 수 있다. 부하센서(19), 전압센서(13) 및 주파수센서(14)에 접속된 콘트롤러(10)는 회전 토크 발생수단(15)에 공급되는 파워를 제어함으로써 에너지 효율을 향상시키는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)이 제공된다.

발전, 에너지, 운동에너지, 배터리, 플라이휠, 트랜스미션

Description

연속적 배터리 작동 발전 시스템{Uninterrupted battery operated generator system}

본 발명은 프라이휠(flywheel)과 자이로스코프를 이용하여 운동에너지를 저장하거나 증가시킨 후 전기에너지로 전환하는 연속적 배터리 작동 발전시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명의 연속적 배터리 작동 발전 시스템은 전기에너지로부터 운동에너지를 발생시킨다. 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템은 전기 자동차, 오토바이, 보트 및 비행기 등과 같은 다양한 기계와 전기적 기술 분야에 적용하기 위한 전기에너지와 운동에너지를 발생시키기 위한 수단을 제공한다.

종래에 다른 비용구조와 장단점을 가지는 여러가지의 발전 방법이 있다. 종래 발전 방법은 열 발전소, 가스터빈과 수력 발전소를 가지고 있다. 열 발전소는 원료로서 화석 연료나 석탄을 사용하지만 화석연료는 연소에 따른 공해를 발생시킨다. 가스터빈은 계획부터 운전까지 매우 짧은 리드 타임(lead time)을 가지고 있지만, MVA에 대한 비용과 운전비용이 상대적으로 높다. 또한, 메탄과 같은 탄화수소 가스의 연소로부터 공해물질을 방출하는 문제점이 있다. 수력발전을 이용하는 발전기에 의하면, 일반적으로 원격지에서 민간 엔지니어들이 근무해야 하는 대규모의 프로젝트 특성으로 인하여 리드 타임이 길며 비용도 많이 든다. 말레이시아에서는 사락왁 주를 제외하고 수력발전소 플랜트의 건설과 관련하여 필요한 10년 연속의 수문학 데이터를 가지고 있지 않고 있다. 수력발전 플랜트의 다른 단점은 원격지의 정글에 일반적으로 위치되어야 하며, 그에 따른 긴 전송선로를 요하며 비용을 증가시키는 문제점이 있다.

또한, 풍력과 태양광과 같은 친환경적인 발전기가 활용될 수 있다. 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 광전 기술의 적용에 의하면 광전소자의 고비용으로 인한 단점을 가지고 있다. 전기를 생산하는 풍력발전의 이용은 지역에 따라 적용될 수 없는 문제점이 있다. 해당 지역이 풍력을 이용하기에 적합한지를 결정하기 위하여 먼저 윈드 매핑(wind mapping)이 이루어져야 한다. 풍력을 이용하기에 적합한 것으로 판정된 지역은 때때로 전력이 필요로 하는 장소와 일치하지 않을 수 있다.

다양한 발전기가 종래 기술에서 알려져 있다. 종래 가솔린이나 디젤 발전기는 화석연료의 사용을 필요로 하며, 그에 따른 부정적인 환경문제를 가지고 있다. 운전에 있어서 종래 발전기는 연소로 인한 공기오염과 소음을 일으키며, 그에 따라 그러한 발전기와 관련된 환경적인 문제를 발생시킨다. 배터리로 작동되는 발전기는 이러한 문제를 해결하기 위하여 발명되었다. 예를 들면, 미국 공개특허공보 제2007/0216247 A1호에 의하면 모터 발전기와 케이스속의 집적회로 유닛을 구비한 자동 모터발전 충전기를 개시하고 있다. 상기 발명의 모터 발전기는 배터리로부터 전 력을 얻는다. 회로 유닛은 선택적으로 전력을 모터 발전기의 모터 와이딩(motor winding)에 공급한다. 배터리는 모터 발전기의 전력 생산 작동에 따라 충전된다. 상기 인용된 발명은 화석연료의 사용을 필요로 하지 않지만 배터리로부터 모터발전기에 연속적인 전력의 공급을 필요로 한다. 그것은 자동차의 트랜스미션과 다른 장치를 구동하기에 충분한 역학적 에너지를 공급하지 못한다. 또한 입력 에너지를 배가시키기 위한 수단을 제공하지 못하며 그에 따라 에너지 효율의 제한이 따른다.

본 발명의 목적은 화석연료나 탄화수소 기체를 이용하지 않음으로써 환경오염을 방지할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 분산된 부하 센터를 가진 원격지로(특히 부하 센터(load center)로 전력을 전송하는 간접비용이 경제적으로 큰 경우) 전력을 저비용으로 공급할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 정전 없이 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 회전하는 플라이 휠(flywheel) 상의 회전 토크를 증가시키는 자이로스코프를 이용하여 운동 에너지를 저장하고 증가시킴으로써 전기에너지로 전환될 수 있도록 할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 차량을 포함하여 다양한 전기 기구에 전력을 공급하기 위한 종래 발전기를 대체할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 운동에너지를 발생시켜 차량의 트랜스미션 시스템이나 다른 장치에 이용할 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적들은 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전시스템에 의하여 이루어질 수 있다. 연속적 배터리 작동 발전시스템은 적어도 두 개의 에너지 저장 수단, 회전 토크 발생 수단, 플라이휠, 다수의 자이로스코프, 레일, 플레이트, 트랜스미션 롤러, 교류발전기, 전압 센서, 저항 센서, 주파수 센서, 충전 수단, 콘트롤러, 스위치 세트 및 온/오프 스위치를 포함한다. 회전 토크 발생수단은 에너지 저장수단에 의하여 구동되어 플라이휠과 자이로스코를 회전시킴으로써 운동에너지를 저장하고 증가시킨다. 운동에너지는 교류발전기의 회전자의 회전에너지로 전환되어 전력을 발생시킨다. 자이로스코프는 자이로스코프와 플라이휠이 운동중에 있는 동안 플라이휠의 관성력을 증가시킴으로써 플라이휠의 회전속도를 증가시켜 교류발전기의 회전자에 전달될 수 있는 운동에너지의 양을 증가시킨다. 이렇게 함으로써 회전 토크 발생 수단에 전력을 공급하는 에너지 저장수단에서 소모되는 화학 에너지의 양을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명의 특징은 플라이휠이 운동중에 있을 때 플 라이휠의 회전 속도를 증가시킬 수 있는 자이로스코프와 결합된 플라이휠에 있다. 플라이휠의 림에 고정된 레일은 회전하는 플라이휠의 운동에너지를 트랜스미션 롤러로 전달하며, 그 후 트랜스미션 롤러는 운동에너지를 차량 트랜스미션 시스템과 같은 수동시스템(receiving system)에 전달한다. 제1 에너지 저장 수단의 에너지가 동작 후 소진되면 제2 에너지 저장수단이 이어서 에너지를 회전 토크 발생수단에 공급한다. 이 때 제1 에너지 저장 수단의 에너지는 교류 발전기에 의하여 발전되는 에너지를 끌어오는 충전수단에 의하여 회복된다. 따라서 본 발명의 다른 특징은 에너지 저장수단들이 동작시간 보다 매우 짧은 충전시간을 가진다는 데에 있다. 콘트롤러는 연속적 배터리 작동 발전 시스템의 동작을 제어하기 위하여 장착된다. 콘트롤러는 제어 스위치 세트의 온오프를 통하여 에너지 저장수단들 사이의 스위칭과 충전수단의 동작을 제어한다. 콘트롤러는 또한 에너지 충전수단으로부터 필요에 따라 회전 토크 발생수단으로 공급되는 에너지의 온/오프를 제어한다. 전압센서, 저항센서 및 주파수 센서는 콘트롤러의 스위칭 로직 결정에 필요한 신호를 제공한다.

본 발명에 의하면, 화석연료나 탄화수소 기체를 이용하지 않음으로써 환경 오염을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 정전 없이 전력을 안정적으로 공급할 수 있으며, 회전하는 플라이 휠(flywheel) 상의 회전 토크를 증가시키는 자이로스코프를 이용하여 운동 에너지를 저장하고 증가시킴으로써 전기에너지로 전환될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 운동에너지를 발생시켜 차량의 트 랜스미션 시스템이나 다른 장치에 이용할 수 있는 발전시스템이 제공된다.

본 발명에 의하면 연속적 배터리 작동 발전 시스템(50)이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)은 교류발전기(16), 교류발전기(16)의 회전자를 구동하기 위한 회전 토크 발생수단(15), 전기 입력을 회전 토크 발생수단(15)에 공급하기 위한 에너지 저장수단(11, 12), 에너지 저장수단(11, 12)에 대하여 전압을 모니터링하기 위한 전압센서(13), 교류발전기(16)의 회전자에 대한 회전속도를 측정하기 위한 주파수센서(14), 에너지 저장수단(11, 12)을 충전하기 위한 충전수단(17), 부하 상태를 검출하기 위한 부하센서(19), 부수적인 동작 제어 스위치(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 함께 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(10) 및 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)에 대한 사용자의 스위치 온/오프를 제공하기 위한 온오프 스위치(30)를 포함한다.

에너지 저장수단(11, 12)은 암페어-아우어(ampere-hour)로 용량 등이 미리 결정되는 DC 배터리인 것이 바람직하다. 특히 DC 배터리는 동작 시간보다 재충전되는 시간이 훨씬 더 짧은 타입인 것이 바람직하다. 에너지 저장수단(11, 12)은 울트라 커패시터나 슈퍼 커패시터와 같이 전기에너지를 저장할 수 있는 다른 장치이어도 좋다. 에너지 저장수단(11, 12)은 회전 토크 발생수단(15)의 동작에 대하여 전 기적 입력을 제공한다.

전압센서(13)는 제1이나 제2 에너지 저장수단(11, 12)에 대한 전압을 모니터링하기 위하여 회전 토크 발생수단(15)에 대한 입력전압을 검출하도록 에너지 저장수단(11, 12)에 접속된다. 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 전압센서(13)의 바람직한 실시예는 언더 볼티지 릴레이(under voltage relay)이다. 회전 토크 발생수단(15)은 DC 모터나 인버터를 가진 AC 모터이어도 좋다.

주파수센서(14)는 교류발전기(16)의 회전자에 대한 회전속도를 측정한다. 부하센서(19)는 충전수단(17)에 의하여 인가되는 부하를 제외하고 부하(18)에 의하여 인가되는 부하전류를 측정한다. 부하센서(19)는 전류 트랜스포머이어도 좋다.

전압센서(13), 주파수센서(14) 및 부하센서(19)의 출력은 콘트롤러(10)의 입력단에 접속되어 콘트롤러(10)가 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작을 제어하도록 적정 장치에 보내져야 하는 명령을 결정하도록 한다.

입력단에서 수신된 신호에 의하여, 콘트롤러(10)는 후술되는 다양한 스위치들의 온오프에 대하여 필요한 명령을 실행함으로써 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작을 제어한다. 콘트롤러(10)는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 온오프와 관련하여 사용자로부터 명령어를 입력 받는 온오프 스위치(30)에 전기적 으로 접속된 하나의 입력포트를 가진다. 또한 콘트롤러(10)는 전압센서(13), 주파수센서(14) 및 부하센서(19)로부터 각각의 출력을 수신하도록 접속된 세 개의 입력포트를 가진다. 콘트롤러(10)는 콘트롤러(10)에 미리 정의되거나 프로그램된 전압 조건에 대하여 전압센서(13)에 의하여 측정된 전압을 모니터링하거나 비교하도록 되어 있다. 또한, 콘트롤러(10)는 콘트롤러(10)에 미리 정의되거나 프로그램된 주파수 조건에 대하여 주파수센서(14)에 의하여 측정된 회전속도를 모니터링하거나 비교하도록 되어 있다. 또한 콘트롤러(10)는 콘트롤러(10)에 미리 정의되거나 프로그램된 전류 조건에 대하여 부하센서(19)에 의하여 측정된 전류를 모니터링하거나 비교하도록 되어 있다. 콘트롤러(10)는 독립된 디지털회로, 독립된 아날로그 회로, 독립된 아날로그/디지털 회로의 하이브리드, 디지털 마이크로프로세서나 디지털 마이크로콘트롤러일 수도 있다. 콘트롤러(10)는 전압센서(13)에 의하여 측정된 전압을 미리 정의된 언더 볼티지 조건(under voltage condition)과 비교하는 비교기를 포함한다. 콘트롤러(10)는 스위치(21 내지 26)의 온오프를 제어하는 복수개의 출력포트를 가진다. 콘트롤러는 DC 배터리와 같은 내부 전원을 가질 수도 있으며, 에너지 저장수단(11, 12)으로부터 콘트롤러(10)를 동작시키기 위한 전원을 얻을 수도 있다.

에너지 저장수단(11, 12)은 공급 스위치(21, 22)를 각각 경유하여 회전 토크 발생수단(15)의 입력단자에 병렬 접속된다. 콘트롤러(10)에 의하여 제어되는 공급 스위치(21, 22)는 바람직하게 서로 전기적으로 인터락(interlock)하도록 디자인되 거나 미리 프로그램되어 에너지 저장수단(11, 12)이 회전 토크 발생수단(15)에 대하여 동시에 접속되지 않도록 된다. 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)는 기계적으로 벨트와 풀리로 이루어진 트랜스미션 시스템이나 기어 구동 시스템에 의하여 교류발전기(16)의 회전자에 결합된다. 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40) 일단은 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)이 동작 중에 있을 때 안정성을 제공하도록 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)을 에워싸는 케이스(41)의 상부에 고정되는 것이 바람직하다. 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)와 케이스(41)의 결합은 플라이휠(31)의 회전축에 대한 피벗(pivot) 포인트가 되며 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)이 동작 중에 있을 때 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)의 회전 운동이 가능하도록 하는 베어링의 사용을 포함하여도 좋다. 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40) 타단은 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)의 안정성을 제공하면서 회전하도록 하는 방식으로 케이스(41)의 하면에 고정되어도 좋다.

교류발전기(16)는 벨트와 풀리로 이루어진 트랜스미션 시스템이나 기어 구동 시스템을 가지는 적당한 트랜스미션 시스템을 통하여 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 결합되는 회전자를 가진 단상 또는 3상 교류발전기나 영구자석 교류발전기일수도 있다. 또한, 회전 토크 발생수단(15)의 정격(定格) 출력(horse power)은 교류발전기(16)보다 상대적으로 작다.

충전수단(17)은 충전 스위치(26)에 의하여 교류발전기(16)의 출력단자에 결 합된다. 충전 스위치(26)의 온오프는 콘트롤러(10)에 의하여 제어된다. 콘트롤러(10)는 풀 로드(full load)가 필요할 때 충전 스위치(26)를 온하는 명령을 보낸다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 토크 발생수단(15)은 회전 토크 발생수단(15)으로부터 수직하게 연장된 샤프트에 의하여 플라이휠(31)에 결합된다. 플라이휠(31)은 림(33)에 부착된 복수개의 스포크(spoke)를 포함한다. 적어도 두 개의 브라켓(34)은 대칭적으로 대향되도록 림(33)에 고정된다. 각 브라켓(34)은 자이로스코프(35)에 결합된다. 자이로스코프(35)는 자이로코프 샤프트(37)의 말단에 부착된 휠(36)과 자이로코프 샤프트(37)의 대향단에 부착된 롤러(38)를 구비한다.

자이로코프 샤프트(37)는 브라켓(34)의 슬롯(slot)에 있는 베어링에 장착된다. 브라켓(34)의 슬롯에 있는 베어링에는 자이로스코프(35)의 밸런스, 회전 및 동작의 상승하강을 위한 현가 수단이 제공된다. 자이로스코프(35)의 포지션닝을 위한 현가 수단은 베어링의 하우징을 브라켓(34)에 결합하는 한 쌍의 핀인 것이 바람직하다. 플라이휠(31)이 정지 중에 있을 때, 휠(36)은 수평축 아래로 10ㅀ 이하의 각도로 정지됨으로써 롤러(38)를 들어올려 정지면(39)에 대하여 정지된다. 따라서 휠(36)의 밸런스는 자이로스코프(35)의 정확한 기능을 보장하기 위하여 중요하다.

레일(42)은 플라이휠(31)의 림(33)에 고정되어도 좋다. 레일(42)은 회전축이 레 일(42)의 회전축을 바람직하게는 90ㅀ로 가로지르는 트랜스미션 롤러(43)와 접한다. 트랜스미션 샤프트(44)는 베어링을 매개하여 트랜스미션 롤러(43)에 결합되며, 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)을 차량이나 기계적 트랜스미션, 예를 들면 차량 트랜스미션 시스템과 같은 수동 시스템(receiving system)에 결합시킨다.

도 1 내지 도 7을 참조하면서 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

연속적 배터리 작동 발전시스템(50)을 구동시키기 위하여 사용자는 콘트롤러(10) 상의 온오프 스위치(30)를 작동시킨다. 온오프 스위치(30)가 작동되기 전에 에너지 저장수단(11, 12)은 완전히 충전된다. 온오프 스위치(30)가 작동되면 콘트롤러(10)는 콘트롤러(10)에 프로그램된 모드 세트에 따라 공급 스위치(21 또는 22)를 온시킨다.

설명의 편의를 위하여, 공급 스위치(21)는 초기에 온되도록 세팅되었다고 가정하자. 공급 스위치(21)는 콘트롤러(10)에 의하여 모터 스위치(25)와 충전 스위치(24)의 온후에 즉시 온된다. 전원을 공급 받을 때, 회전 토크 발생수단(15)은 활성화되어 에너지 저장수단(11)으로부터 입력된 전기에너지를 운동에너지로 전환, 즉, 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 대한 회전 운동에너지를 출력한다. 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40) 회전은 플라이휠(31)로 하여금 회전하도록 한 다. 플라이휠(31)의 회전은 정지면(39)에 대하여 정지된 롤러(38)로 하여금 회전시킴으로써 자이로스코프(35)를 회전을 유도한다. 자이로스코프(35)가 회전함에 따라 휠(36)은 회전하고 상승되어 롤러(38)로 하여금 하강하도록 하여 정지면(39)과 관계하지 않게 된다. 휠(36)의 회전은 플라이휠(31)에게 회전 운동중에 있을 때 보다 큰 모멘텀을 제공함으로써 플라이휠(31)로 하여금 운동에너지를 증가시킨다. 운동에너지의 저장과 증가로 인하여 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)이 에너지 저장수단(11, 12)으로부터 입력된 파워보다 큰 출력 파워를 발생시킬 수 있다.

플라이휠(31)에 의하여 저장되고 증가된 운동에너지는 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40) 회전을 매개하여 교류발전기(16)의 회전자의 회전 역학적 에너지로 전환된다. 바람직하게는, 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)는 풀리와 벨트 트랜스미션 시스템에 의하여 교류발전기(16)의 회전자에 결합된다. 바람직하게는, 교류발전기(16)의 회전자에 결합된 풀리의 직경은 회전 토크 발생수단(15)에서에 결합된 풀리의 직경보다 3배정도 크다. 따라서 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)의 회전속도는 교류발전기(16)의 회전자의 회전속도보다 3배정도 크게 되어 교류발전기(16)로 하여금 보다 큰 토크를 발생시킨다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 반대의 정렬도 가능하다 함은 자명하며, 그에 따라 교류발전기(16)의 회전자가 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)보다 큰 속도로 회전할 수 있다는 사실이 사용되는 교류발전기(16)와 회전 토크 발생수단(15)의 선택에 따라 본 발명에서도 적용될 수 있다. 교류발전기(16)는 회전자로부터 운동에너지를 전기적 에너지로 전환하여 부하(18)에 공급되거나 충전수단(17)으로 공급된다.

본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)은 운동에너지를 발생시키는 경우에도 적용될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 플라이휠(31)이 림(33)의 원주연을 따라 레일(42)에 장착된다. 레일(42)은 트랜스미션 롤러(43)의 회전축이 레일(42)의 축을 가로지르도록 트랜스미션 롤러(43)에 관계한다. 바람직한 실시예에 의하면, 트랜스미션 롤러(43)의 회전축은 레일(42)의 회전축에 대하여 직각을 이룬다. 레일(42)과 트랜스미션 롤러(43)는 베벨기어로 이루어지는 것이 바람직하다. 트랜스미션 샤프트(44)는 베어링을 매개하여 트랜스미션 롤러(43)에 결합된다. 플라이휠(31)이 동작중에 있을 때, 그렇게 생산된 운동에너지는 레일(42)에 의하여 트랜스미션 롤러(43)로 전달된다. 트랜스미션 롤러(43)의 회전 운동은 트랜스미션 샤프트(44)로 하여금 회전하게 한다. 트랜스미션 샤프트(44)는 그 후 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)에 의하여 생산된 운동에너지를 차량이나 기계적인 트랜스미션 시스템과 같은 수동 시스템에 전달한다. 예를 들면, 트랜스미션 샤프트(44)는 운동에너지를 차량 트랜스미션 시스템에 전달한다.

주파수센서(14)는 교류발전기(16)의 회전자의 회전속도를 모니터하도록 교류발전기(16) 상에 장착된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 주파수센서(14)는 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 대한 회전속도를 측정하기 위하여 회전 토크 발생수단(15)에 장착될 수 있음이 자명하다할 것이다. 주파수센 서(14)의 출력은 모터 스위치(25)의 온오프를 조절하는 콘트롤러(10)의 입력포트에 접속된다. 따라서 주파수센서(14)에 의하여 검출된 회전속도가 규정된 값을 초과할 경우, 콘트롤러는 모터 스위치(25)를 오프하여 회전 토크 발생수단(15)을 비활성화(de-energize)시킨다. 반대로 주파수센서(14)에 의하여 검출된 회전속도가 규정된 값 이하일 경우, 콘트롤러는 모터 스위치(25)를 온하여 회전 토크 발생수단(15)을 활성화(energize)시킨다. 따라서 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작에 필요한 입력 에너지가 효율적으로 콘트롤러(10), 모터 스위치(25) 및 주파수센서(14)에 의하여 조절된다.

시간이 지남에 따라 제1 에너지 저장수단(11)에 저장된 에너지는 감소되며 제1 에너지 저장수단(11)의 출력에 대한 전압, 즉, 전압센서(13)에 의하여 측정되는 전압이 저하될 것이다. 제1 에너지 저장수단(11)의 출력에 대한 전압이 소정의 전압 레벨로 떨어지면 콘트롤러(10)는 공급 스위치(22)와 충전 스위치(23)로 하여금 온되도록 하며, 그와 동시에 콘트롤러는 공급 스위치(21)와 충전 스위치(24)로 하여금 오프되도록 하여 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작에 필요한 전력이 제2 에너지 저장수단(12)으로부터 공급된다. 제1 에너지 저장수단(11)이 차단되기 전에 제2 에너지 저장수단(12)이 접속되기 때문에 부하(18)에 공급되는 전력은 차단되지 않고 연속적으로 공급된다. 공급 스위치(22)의 온 직후, 콘트롤러(10)는 충전 스위치(26)로 하여금 온되도록 하여 충전수단(17)의 입력으로 교류발전기(16)의 출력을 접속시킨다. 동시에 콘트롤러(10)는 충전 스위치(23)를 온한다. 이렇게 하여 제2 에너지 저장수단(12)으로부터 전환된 전력의 일부분은 부하(18)에 공급되는데 이용되며 일부분은 제1 에너지 저장수단(11)을 충전하는데 이용된다. 본 실시예에 의하면 제1 에너지 저장수단(11)은 동작시간보다 짧은 재충전시간을 가진 DC 배터리 뱅크(DC battery banks)이다. 따라서 제1 에너지 저장수단(11)은 제2 에너지 저장수단(12)의 전력이 소멸되기 전에 충분히 재충전된다. 제1 에너지 저장수단(11)이 완전히 충전되면, 콘트롤러(10)는 충전 스위치(26)로 하여금 오프되도록 한다. 마찬가지로 제2 에너지 저장수단(12)의 전력이 소멸되면 공급 스위치(21) 대신에 공급 스위치(22)와 충전 스위치(23) 대신에 충전 스위치(24)를 포함한 프로세스가 진행된다. 따라서 회전 토크 발생수단(15)으로의 에너지 공급은 필요에 따라 제1 에너지 저장수단(11)과 제2 에너지 저장수단(12) 사이에서 스위칭되어 이루어진다.

부하센서(19)는 부하(18)에 의하여 소모되는 부하전류를 측정한다. 전술한 바와 같이, 부하센서(19)의 출력은 콘트롤러(10)의 입력단자에 접속된다. 콘트롤러(10)가 부하전류에 대한 소정(所定)의 하한값을 검출하면, 콘트롤러(10)는 이 때 회전 토크 발생수단(15)에 에너지를 공급하지 않은 아이들링(idling) 에너지 충전 수단, 즉, 에너지 저장수단(11 또는 12)과 관계되는 충전 스위치(26)와 충전 스위치(23 또는 24)를 온시킨다. 이렇게 함으로써 부하에 작은 전류가 흐를 때 아이들링 상태에 있는 에너지 저장수단(11 또는 12)을 충전하게 한다. 콘트롤러(10)가 소정의 큰 부하전류를 검출하면, 콘트롤러(10)는 이 때 충전되고 있는 에너지 저장수 단(11 또는 12)과 관계되는 충전 스위치(26)와 충전 스위치(23 또는 24)를 오프시킴으로써 부하(18)에 충분한 용량의 전력을 제공한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 에너지 발생기의 어떤 구성에 기능 장애가 발생되어 에너지 발생기의 전체적인 기능 장애가 발생되면, 콘트롤러(10)는 기능 장애가 있는 에너지 발생기를 바이패스하여 에너지 저장수단(11, 12)으로부터 부하(18)로 에너지 공급이 이루어지게 한다. 이렇게 함으로써, 에너지 발생기의 구성에 장애가 발생되더라도 부하(18)는 에너지 저장수단(11, 12)으로부터 에너지를 계속해서 공급받게 된다.

상기 동작은 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 구성요소가 수명이 다하여 그 구성요소가 선택적으로 치환되어 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)이 재작동될 때까지 친환경적인 에너지를 반복해서 발생시킨다.

이상의 설명은 두 개의 에너지 저장수단(11, 12)과 관련하여 이루어졌다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 단지 하나의 에너지 저장수단이 포함되더라도 본 발명이 동작될 수 있음은 자명하다. 또한 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 세 개 이상의 에너지 저장수단이 본 시스템에 포함되어 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작 시간과 수명을 연장할 수 있음은 자명하다할 것이다. 에너지 저장수단(11, 12)은 직렬 또는 병렬로 배열된 에너지 저장 수단의 형태일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 이상에서 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 치환이 가능하다함이 자명할 것이다. 예를 들면 자이로스코프(35)와 플라이휠(31)의 크기, 중량 및 형태에 대한 변경이 가능하다 할 것이다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 의하면 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)에 의하여 생산된 운동에너지는 도 4에 도시된 바와 같이 CVT 트랜스미션 시스템과 같이 작동하는 트랜스미션 롤러(43)와 트랜스미션 샤프트(44)에 의하여 이용될 수 있음이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 자명하다 할 것이다. 이 실시예에 의하면, 플레이트(46)는 플라이휠(31)의 베이스에 고정되어 플라이휠(31)의 회전에 의하여 플레이트(46)가 회전된다. 트랜스미션 롤러(43)는 플레이트(46)와 접촉하여 플라이휠(31)의 회전운동에 의해 트랜스미션 롤러(43)도 회전하게 된다. 트랜스미션 샤프트(44)와 결합된 액츄에이터(45)는 트랜스미션 롤러(43)로 하여금 플레이트(46)의 중심을 향하거나 멀어지도록 플레이트(46)의 반경을 따라 횡방향으로 이동하게 한다. 플레이트(46)의 중심 주위의 원주가 플라이휠(31)의 외주보다 작아질 때, 트랜스미션 롤러(43)의 회전속도는 플레이트(46)의 반경을 따라서 이동하는 것에 의하여 변경된다. 따라서 플라이휠(31)로부터의 운동에너지는 트랜스미 션 롤러(43)로 가변적으로 전달되어 트랜스미션 샤프트(44)에 전달된다. 플라이휠(31), 트랜스미션 롤러(43) 및 플레이트(46)의 직경비는 시스템의 다양성에 맞게 조절될 수 있다. 이렇게 함으로써 트랜스미션 롤러(43)와 트랜스미션 샤프트(44)는 다른 차량의 버라이어티(variety)를 위한 CVT 트랜스미션 시스템으로서 동작할 수 있게 된다.

당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 여기서 기술되는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)에 의하여 생산된 운동에너지를 전송하는 방법은 많은 가능한 구성 중의 하나라는 것이 자명하다 할 것이다. 예를 들면, 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 벨트와 풀리 시스템을 장착하여 샤프트(40)의 회전운동에 의하여 생산된 운동에너지를 수동시스템으로 전달하는 것도 가능하다. 따라서 그러한 모두 수정은 본 발명의 청구범위에서 정의되는 기술적 사상의 범위를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템에 있어서 운동에너지를 수동시스템에 전달하는 수단을 포함하는 에너지 발생 수단의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템에 있어서 운동에너지를 수동 시스템에 전달하는 다른 수단을 포함하는 에너지 발생 수단의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템에 있어서 운동에너지를 수동 시스템으로 전달하는 수단을 포함하는 플라이휠과 자이로스코프의 측면도로서 플라이휠이 정지되었을 때의 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템에 있어서 운동에너지를 수동 시스템으로 전달하는 수단을 포함하는 플라이휠과 자이로스코프의 측면도로서 플라이휠이 동작중에 있을 때의 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 연속적 배터리 작동 발전 시스템에 있어서 운동에너지를 수동 시스템으로 전달하는 수단을 포함하는 플라이휠과 자이로스코프의 평면도이다.

Claims (25)

1. 에너지 저장수단(11, 12);

   콘트롤러(10)에 접속되어 에너지를 출력하기 위한 부하(18) 수단;

   공급 스위치(21, 22)와 모터 스위치(25)를 매개하여 에너지 저장수단(11, 12)에 대한 입력 접속과 콘트롤러(10)에 대한 입력 접속을 가지는 회전 토크 발생수단(15);

   회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 결합된 회전자와 부하(18)에 접속되는 출력단(output)을 가지는 교류발전기(16);

   운동에너지를 저장하고 증가시키기 위하여 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 결합된 플라이휠(31);

   트랜스미션 롤러(43)에 운동에너지를 전달하기 위하여 플라이휠(31)의 림(33)에 결합된 레일(42) 수단;

   트랜스미션 롤러(43)에 운동에너지를 전달하기 위하여 플라이휠(31)의 베이스에 장착된 플레이트(46);

   플라이휠(31)의 회전운동에 의하여 생산된 운동에너지를 전달 받기 위하여 레일(42)이나 플레이트(46)에 관계(關係;engaging)하는 트랜스미션 롤러(43);

   수동시스템에 회전 운동에너지를 전달하기 위하여 트랜스미션 롤러(43)에 결합된 트랜스미션 샤프트(44) 수단;

   회전 중 플라이휠(31)에 보다 큰 모멘텀을 제공하기 위하여 플라이휠(31)에 결합된 적어도 한 쌍으로 이루어진 자이로스코프(35);

   자이로스코프(35)의 서스펜션을 위하여 플라이휠(31) 상에 장착된 브라켓(34);

   회전 토크 발생수단(15)의 입력 단자에서 전압을 모니터링하기 위한 전압센서(13);

   회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)나 교류발전기(16)의 회전자의 회전 속도를 모니터링하기 위한 주파수센서(14);

   부하(18)에 공급되는 부하전류를 측정하기 위한 부하센서(19);

   교류발전기(16)의 출력단에 결합되는 입력단과 충전 스위치(23, 24)를 매개하여 에너지 저장수단(11, 12)에 접속되는 출력단을 가지는 충전수단(17);

   공급 스위치(21, 22), 모터 스위치(25) 및 충전 스위치(23, 24 26)의 온오프 제어에 의하여 연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(10); 및

   연속적 배터리 작동 발전시스템(50)의 온오프를 스위칭하기 위한 온오프 스위치(30)를 포함하며,

   플라이휠(31)에 의하여 저장되며 자이로스코프(35)에 의하여 증가된 운동에너지가 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 의하여 교류발전기(16)의 회전자에 전달됨으로써, 교류발전기(16)로 하여금 운동에너지를 전기에너지로 전환하게 하며, 플라이휠(31)에 의하여 발생된 운동에너지가 레일(42), 트랜스미션 롤러(43) 및 트랜스미션 샤프트(44)를 경유하여 수동 시스템에 전달되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
2. 제1항에 있어서, 에너지 저장수단(11, 12)은 제1 에너지 저장수단(11)과 제2 에너지 저장수단(12)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서 에너지 저장수단(11, 12)은 재충전 시간이 러닝 시간(running time)보다 짧은 DC 배터리 뱅크(DC battery banks)로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 적어도 하나의 에너지 저장수단(11, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
5. 제1항에 있어서, 에너지 저장수단(11, 12)은 슈퍼 캐퍼시터 뱅크나 울트라 커패시터 뱅크인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
6. 제1항에 있어서, 교류발전기(16)의 회전자는 풀리와 벨트로 이루어진 트랜스미션 시스템에 의하여 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 결합되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
7. 제1항에 있어서, 교류발전기(16)의 회전자는 스텝 업다운 기어의 구동에 의하여 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 결합되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
8. 제1항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)에 대한 속도는 적어도 교류발전기(16)의 회전자 속도의 3배이거나 1/3 배인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
9. 제8항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40) 속도에 대한 교류발전기(16)의 회전자 속도비는 회전자와 샤프트(40)에 각각 결합되는 풀리나 기어의 직경비에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
10. 제1항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)은 플라이휠(31)에 결합되어 플라이휠(31)이 규정된 속도에 도달할 때 운동에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
11. 제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 있어서, 적어도 한 쌍의 자이로스코프(35)가 플라이휠(31)에 결합되어 회전 운동중 플라이휠(31)에 보다 큰 모멘텀을 제공함으로써 플라이휠(31)의 운동에너지를 증가시키는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
12. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 브라켓(34)의 슬롯 내에 장착된 베어링을 가지는 브라켓(34)이 자이로스코프(35)의 포지션닝과 밸런싱을 위하여 플라이휠(31)에 결합되어 자이로스코프(35)의 회전과 승하강을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
13. 제1항에 있어서, 레일(42)과 트랜스미션 롤러(43)는 그 회전축이 서로 수직하게 위치되어 트랜스미션 샤프트(44)에 의하여 수동 시스템으로 운동에너지를 전달하는 베벨 기어인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
14. 제1항에 있어서, 레일(42)은 기어로 이루어져 트랜스미션 롤러(43)의 회전운동을 가이드하기에 적당한 수단인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
15. 제1항에 있어서, 레일(42), 트랜스미션 롤러(43) 및 트랜스미션 샤프트(44)는 회전운동에너지를 전달하기 위한 종래 트랜스미션 수단으로 치환되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
16. 제1항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)나 교류발전기(16)에 장착되어 회전 토크 발생수단(15)의 샤프트(40)나 교류발전기(16)의 회전자에 대한 회전속도를 각각 모니터링하고 콘트롤러(10)에 입력하여 모터 스위치(25)의 온오프를 제어함으로써 회전 토크 발생수단(15)의 작동과 비작동 제어에 의하여 발전에 있어서 회전 토크 발생수단(15)으로 입력되는 파워를 감소시키는 주파수센서(14)가 더 제공되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
17. 제1항 내지 제18항의 어느 한 항에 있어서, 부하(18)에 공급되는 부하전류를 측정하며, 출력단은 콘트롤러(10)의 입력단에 접속되어 콘트롤러(10)로 하여금 부하가 작을 때 아이들링 상태의 에너지 저장수단(11, 12)을 충전하도록 하거나 부하(18)가 필요에 따라 풀 파워(full power)를 이용하기 위한 적당한 명령어를 보내도록 하는 부하센서(19)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
18. 제1항에 있어서, 교류발전기(16)는 단상 교류발전기인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
19. 제1항에 있어서, 교류발전기(16)는 3상 교류발전기인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
20. 제1항에 있어서, 교류발전기(16)는 영구자석 교류발전기인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
21. 제1항에 있어서, 콘트롤러(10)는 독립된 디지털 회로, 독립된 아날로그 회로, 독립된 아날로그와 디지털 회로의 하이브리드 회로, 디지털 마이크로 프로세서 또는 디지털 마이크로 콘트롤러인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
22. 제1항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)은 인버터가 제공된 DC 모터 또는 AC 모터인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
23. 제1항에 있어서, 회전 토크 발생수단(15)은 영구자석 모터 또는 인덕션 모터인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
24. 제1항에 있어서, 콘트롤러(10)에 접속된 전압센서(13)는 에너지 저장수단의 출력단에 대한 전압을 측정하여 전압이 소정의 값 또는 콘트롤러(10)에 사전 프로그램된 값 이하로 강하되는 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).
25. 제1항에 있어서, 콘트롤러(10)에 공급되는 전원은 DC 배터리와 같은 내부전 원이거나 동작 중에 있는 에너지 저장수단(11, 12)으로부터 공급받는 전원인 것을 특징으로 하는 연속적 배터리 작동 발전시스템(50).

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