KR20130012290A - 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용차량의 리프스프링을 받쳐주는 러버스프링내에 압전소자 및 스페이서를 내설하여, 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력을 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 한 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 상용차량의 리프스프링을 받쳐주는 러버스프링내에 다수의 압전소자 및 스페이서를 등간격으로 내설하여, 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력을 전기에너지로 변환시키는 발전 효율을 크게 증가시킬 수 있고, 압전소자 등이 러버스프링에 의하여 감싸여짐에 따라 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치{Self-generator using rubber spring of vehicle}

본 발명은 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용차량의 리프스프링을 받쳐주는 러버스프링내에 압전소자 및 스페이서를 내설하여, 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력을 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 한 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 관한 것이다.

최근에는 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등 배기가스를 절감할 수 있는 친환경 차량이 출시되고 있으며, 승용차량을 비롯하여 버스와 같은 상용차량에도 엔진 및 모터를 포함하는 하이브리드 시스템이 탑재되고 있다.

이러한 전기자동차 및 하이브리드 차량은 고전압 배터리를 탑재하여 주전원으로 사용하고 있고, 회생제동을 통하여 얻어진 발전 전력 등을 충전하여 보조 전원으로 사용하고 있다.

따라서, 전기자동차 및 하이브리드 차량은 어떠한 방법으로든지 자체적인 전기를 발전 생산하여 배터리에 충전하거나 각종 보기류 전장부품의 전원으로 사용할 수 있는 방법이 필요하다 하겠다.

물론, 일반 가솔린 및 디젤 차량에서도 전장품의 과부하를 방지하기 위하여 메인배터리 전원 외에 보조 전원으로 사용할 수 있는 발전 전기가 필요하다 하겠다.

종래기술의 일례로서, 공개특허(2010-0027479, 2010,03,11)에는 주행 중 차량의 바퀴에 인가되는 압력을 이용해 전기를 생산함으로써 전기자동차 또는 하이브리드 자동차와 같이 전기를 이용해 구동하는 차량의 동력원으로 제공하는 차량용 발전장치가 개시되어 있으나, 타이어가 1회전하는 동안 전압을 발생시키는 압전 소자의 비율이 전체 비율중에서 소량이 작동하기에 효율이 매우 안 좋은 단점이 있고, 또한 상용차 경우 타이어와 휠(드럼브레이크)부분에서 열이 발생되어 내구성에도 문제가 생길 가능성이 있다.

종래기술의 다른 예로서, 공개특허(2007-0014328, 2007,02,01)에는 차량의 에어 서스펜션의 에어백 내부에 압전소자 어셈블리를 장착하여, 주행중 발생하는 바운싱 및 피칭 에너지에 의하여 압전 소자 어셈블리의 발전 작용이 이루어지도록 한 차량 진동을 이용한 발전장치가 개시되어 있는 바, 에어백 내부에 압전소자를 넣게 되면 이물질이나 파손에 대한 우려는 적은 장점은 있으나, 에어백을 통해 하중이 완화되어 작은 전압을 생성할 수 밖에 없고, 일정한 작은 단면적 안에서의 발전 동작이 이루어지기 때문에 발전 효율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

종래기술의 또 다른 예로서, 공개특허(2005-0041022, 2005,05,04)에는 엔진등과 같은 진동원을 지지하는 마운트에 가해지는 엔진 진동을 전기에너지로 변환시켜 차량내 발열 엘이디(LED)의 전원 공급을 위해 사용할 수 있는 에너지 변환을 통한 차량 진동 소거 장치가 개시되어 있는 바, 엔진과 차량의 구동으로 인한 진동으로 인해 매우 잦은 진동을 통해 많은 양의 전압을 얻을 수 있지만, 이물질 유입으로 인한 내구성에 큰 문제점이 있고, 엔진마운트의 작은 면적 활용으로는 좋은 발전 효율을 낼 수 없는 단점이 있다.

따라서, 보다 발전 효율이 우수한 자가 발전장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 상용차량의 리프스프링을 받쳐주는 러버스프링내에 다수의 압전소자 및 스페이서를 내설하여, 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력을 전기에너지로 변환시키는 발전 효율을 크게 증가시킬 수 있고, 압전소자 등이 러버스프링에 의하여 감싸여짐에 따라 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 상용차량의 후륜 현가장치에 탑재된 러버스프링내에 상하방향으로 등간격으로 이루는 압전소자 어셈블리를 일체로 성형하여서 된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 압전소자 어셈블리는: 스페이서와; 스페이서의 상하면에 밀착되는 제1 및 제2플레이트와; 제1 및 제2플레이트의 외면에 적층되는 제1 및 제2압전소자와; 제1 및 제2압전소자의 외면에 적층되는 제3 및 제4플레이트; 각 압전소자들을 도전 가능하게 연결하는 코일; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스페이서와 제1 내지 제4플레이트에는 각 압전소자들을 도전 가능하게 연결하는 코일이 지나가도록 안내홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 상기 압전소자 어셈블리는: 한 쌍의 스페이서 또는 단일판 스페이서와; 한 쌍의 스페이서 사이에 배치되거나, 단일판 스페이서의 일면에 배치되는 압전소자와; 상기 각 압전소자들을 도전 가능하게 연결하는 코일; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스페이서에는 각 압전소자들을 도전 가능하게 연결하는 코일이 지나가도록 안내홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 상용차량의 리프스프링을 받쳐주는 러버스프링내에 다수의 압전소자 및 스페이서를 내설하여, 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력을 기존에 타이어, 엔진 마운트, 서스펜션 에어백 등에 설치되던 압전소자에 비하여 더 많이 받을 수 있도록 함으로써, 전기에너지로 변환시키는 발전 효율을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 채택된 압전소자 어셈블리들이 러버스프링내에 일체로 성형되어 감싸여지는 구조를 가짐에 따라, 내구성을 향상시킬 수 있다.

이렇게 자가발전된 전력은 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 보기류 전장품 전원으로 사용하거나, 일반 가솔린 및 디젤 차량의 에어컨 또는 히터 작동으로 차량 전력 시스템의 과부하가 발생할 경우 대체 전력으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 대한 일 실시예를 나타내는 개략적 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 대한 다른 실시예를 나타내는 개략적 단면도,
도 3 및 도 4는 차량의 후륜 현가장치에 러버스프링이 설치된 위치를 설명하는 개략도,
도 5는 차량의 후륜 현가장치에 설치된 러버스프링의 주행중 압축 변형율을 설명하는 도면,
도 6은 압전소자의 전기 생성 원리를 설명하는 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 대형 트럭과 같은 상용차량의 후륜 현가장치에 대한 구성을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 3축 리어액슬(1)과 4축 리어액슬(2)을 구비하고 있고, 3축 리어액슬(1)과 4축 리어액슬(2)은 레디어스 로드(3)에 의해 차체의 전후 방향 움직임이 구속된다.

또한, 레디어스 로드(3)의 일단이 결합된 트러니언 베이스(4)에는 차체의 좌우 방향으로 트러니언 샤프트(미도시됨)가 관통하여 설치되고, 트러니언 샤프트의 양단의 바깥 둘레면에는 새들(6)이 설치되며, 특히 도 4에서 잘 볼 수 있듯이 새들(6) 위쪽에는 다수개의 겹판으로 이루어진 리프스프링(7)의 센터부가 위치하게 되는데, 새들(6)과 리프스프링(7)은 한 쌍의 유볼트(8)에 의해 서로 결합된다.

이때, 차체의 전후 방향으로 배치된 리프스프링(7)의 양단은 각각 러버스프링(9)을 매개로 3축 리어액슬(1) 및 상기 4축 리어액슬(2)과 결합되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 후륜 현가장치의 구성중, 러버스프링(9)내에 압전소자를 이용한 자가 발전장치를 일체로 성형하여 내장시킨 점에 주된 특징이 있다.

즉, 본 발명의 압전소자를 이용한 자가 발전장치는 넓은 단면적 확보와 잦은 변위를 통한 발전 효율을 증가시킬 수 있는 후륜 현가장치의 러버스프링내에 일체로 내장된 점에 특징이 있다.

본 발명의 압전소자를 이용한 자가 발전장치가 높은 발전 효율을 낼 수 있는 이유는 첨부한 도 4의 ①~⑥ 점에서의 진동에 의한 실제 변위량(실차)을 나타내는 파형도에서 보듯이, 러버스프링의 높이 150mm에서 최대 변위는 20mm를 나타내고 있고, 상용차의 특성상 1축에 최대하중 10ton이 작용하되, 양쪽 2개의 러버스프링 장착으로 최소 4ton이상의 하중으로 인하여, 높은 전압 발생이 가능하여 발전 효율성을 증가시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 상용차량의 후륜 현가장치에 탑재된 러버스프링(9)내에 상하방향으로 등간격으로 이루는 압전소자 어셈블리(10)를 일체로 가류 성형하여서 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 어셈블리(10)는 압전소자의 수는 적지만 압전소자를 지지하는 스페이서 및 플레이트를 결부시켜서 보다 안정적인 구조로 제작된다.

즉, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 어셈블리(10)는 스페이서(13)의 상하면에 제1 및 제2플레이트(11,12)가 밀착되고, 제1 및 제2플레이트(11,12)의 외면에 각각 제1 및 제2압전소자(14,15)가 적층 배치되며, 또한 제1 및 제2압전소자(14,15)의 외면에 제3 및 제4플레이트(16,17)가 적층되어, 제1 및 제2압전소자(14,15)에 대한 내구 확보 및 안정성을 갖는 구조로 제작되고, 스페이서 위 아래에 적층되는 각 플레이트(11,12,16,17)들은 러버스프링의 형상유지를 위한 보완 구조물로서 적용된다.

이때, 각 압전소자 어셈블리(10)의 각 압전소자(14,15)들은 코일(18)에 의하여 도전 가능하게 연결된다.

보다 상세하게는, 상기 스페이서(13)와 제1 내지 제4플레이트(11,12,16,17)에 관통 형성된 안내홀(19)을 통하여 코일(18)이 지나가게 하면서 각 압전소자(14,15)들이 코일(18)에 의하여 도전 가능하게 연결되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자 어셈블리(10)는 압전소자의 수를 증가시키는 동시에 큰 크기를 갖는 압전소자를 적용하여 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있는 구조로 제작된다.

즉, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자 어셈블리(10)는 한 쌍의 스페이서(13) 또는 단일판 스페이서(13)를 포함하고, 또한 한 쌍의 스페이서(13) 사이에 또는 단일판 스페이서(13)의 일면에 압전소자(20)가 적층 배치되며, 각 압전소자(20)들은 코일(18)에 의하여 도전 가능하게 연결된다.

마찬가지로, 상기 스페이서(13)에 형성된 안내홀(19)을 통하여 코일(18)이 지나가도록 하면서 각 압전소자(20)들이 코일(18)에 의하여 도전 가능하게 연결되도록 한다.

상기한 본 발명의 각 실시예에 따른 압전소자 어셈블리(10)는 러버스프링(9)내에 내장되는 식으로 가류 성형하여 제작된다.

즉, 본 발명의 러버스프링을 이용한 자가 발전장치 제작 방법을 보면, 러버스프링(9)의 제작시 금형에 스페이서를 장착한 상태에서 고무를 주입하여 가류시켜 제작하고 있는데, 금형에 스페이서를 장착할 때 압전소자 및 플레이트 등을 함께 배치하여 함께 가류 성형함으로써, 본 발명의 러버스프링을 이용한 자가 발전장치로 제작될 수 있고, 이렇게 압전소자가 가류 성형되는 러버스프링(9)의 고무재로 둘러싸이게 됨에 따라 이물질 유입 및 기타 변형 가능성을 배제할 수 있다.

한편, 러버스프링(9)의 구성부품 절반 이상의 소재가 러버로 이루어 졌기 때문에 상하 운동뿐만 아니라, 앞뒤 좌우의 운동의 발생으로 인한 전압 생성이 가능하고, 이러한 운동에도 각 압전소자 상호간의 연결이 끊기지 않도록 적당한 권선의 스프링 형태의 코일(18)을 사용하는 것이다.

또한, 각 압전소자들의 전기적으로 직렬 연결이 가능하도록 스프링 형태의 코일(18)을 사용하는 바, 스프링 형태의 코일(18)의 권수는 코일의 조건에 따라 조절 가능하고, 스프링 형태의 코일(18)을 통해 러버스프링(9)의 상하좌우 운동에 의한 전단변형이 발생하더라도 단선이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 첨부한 도 5는 주행시 러버스프링의 0.8mm 압축시와 0.8mm압축과 1.1도의 회전으로 통한 변형률을 나타낸 데이터로서, 내측과 외측에서의 상하 이외에 앞뒤 좌우로 인한 변형율이 크게 발생되는 부분이 있기 때문에 이러한 곳에 압전 소자를 장착하여 더 많은 전압이 생성할 수 있고, 물론 파손 가능성도 높아질 가능성이 있지만 충분한 시험으로 재질 선정 및 압전소자의 위치를 선정하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치에 대한 발전 작용을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 6의 압전소자 특성 그래프에서 보는 바와 같이 가속도와 힘에 의한 변위 발생이나 압력차를 주면 기전력(전압)이 발생하고, 기계적으로 응력을 받으면 전하를 생성하는 특성이 있다.

따라서, 차량의 주행시 차량의 하중 및 도로조건에 의해 발생되는 진동 및 압력이 러버스프링(9)에 작용하게 되면, 러버스프링(9)을 비롯한 그 내부의 압전소자에 주행 가속도 및 힘에 의한 변위 및 압력차가 작용하는 동시에 기계적인 응력이 작용하게 되므로, 압전소자의 발전이 이루어진다.

상기 압전소자들에서 생성된 전압은 코일(18)과 연결된 정류기를 통하여 승압된 후, 배터리에 충전될 수 있고, 결국 충전된 전력은 자가발전된 전력은 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 보기류 전장품 전원으로 사용하거나, 일반 가솔린 및 디젤 차량의 에어컨 또는 히터 작동으로 차량 전력 시스템의 과부하가 발생할 경우 대체 전력으로 사용할 수 있게 된다.

9 : 러버스프링
10 : 압전소자 어셈블리
11 : 제1플레이트
12 : 제2플레이트
13 : 스페이서
14 : 제1압전소자
15 : 제2압전소자
16 : 제3플레이트
17 : 제4플레이트
18 : 코일
19 : 안내홀
20 : 압전소자

Claims (5)

1. 상용차량의 후륜 현가장치에 탑재된 러버스프링(9)내에 상하방향으로 등간격으로 이루는 압전소자 어셈블리(10)를 일체로 성형하여서 된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 압전소자 어셈블리(10)는:
   스페이서(13)와;
   스페이서(13)의 상하면에 밀착되는 제1 및 제2플레이트(11,12)와;
   제1 및 제2플레이트(11,12)의 외면에 적층되는 제1 및 제2압전소자(14,15)와;
   제1 및 제2압전소자(14,15)의 외면에 적층되는 제3 및 제4플레이트(16,17)와;
   각 압전소자(14,15)들을 도전 가능하게 연결하는 코일(18);
   로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스페이서(13)와 제1 내지 제4플레이트(11,12,16,17)에는 각 압전소자(14,15)들을 도전 가능하게 연결하는 코일(18)이 지나가도록 안내홀(19)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 압전소자 어셈블리(10)는:
   한 쌍의 스페이서(13) 또는 단일판 스페이서(13)와;
   한 쌍의 스페이서(13) 사이에 배치되거나, 단일판 스페이서(13)의 일면에 배치되는 압전소자(20)와;
   상기 각 압전소자(20)들을 도전 가능하게 연결하는 코일(18);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 스페이서(13)에는 각 압전소자(20)들을 도전 가능하게 연결하는 코일(18)이 지나가도록 안내홀(19)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 러버스프링을 이용한 자가 발전장치.

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