KR20140049715A - 자동차용 브레이크 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 브레이크 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 디스크 브레이크에 브레이크 페달의 작동시 연동하면서 발전을 수행하는 발전기를 설치하여, 발전 전력을 주행 및 보조에너지로 활용할 수 있도록 한 자동차용 브레이크 발전기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 자동차의 브레이크 디스크의 외면에 가공된 평기어와; 평상시에는 평기어에 맞물려 공회전하고, 브레이크 작동시 슬립 회전하는 평기어의 회전력을 제2클러치 기어로 전달하는 제1클러치 기어와; 브레이크 작동시 제1클러치 기어의 회전력을 전달받아 회전하는 제2클러치 기어와; 브레이크 작동시 제1클러치 기어의 회전동력을 제2클러치 기어에 전달하는 마크네틱 클러치와; 브레이크 작동시 마그네틱 클러치에 작동 전류를 인가하는 스위치수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기를 제공한다.

Description

자동차용 브레이크 발전기{Brake generator for vehicle}

본 발명은 자동차용 브레이크 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 디스크 브레이크에 브레이크 페달의 작동시 연동하면서 발전을 수행하는 발전기를 설치하여, 발전 전력을 주행 및 보조에너지로 활용할 수 있도록 한 자동차용 브레이크 발전기에 관한 것이다.

최근, 대기오염에 심각한 영향을 주고 있는 화석연료(가솔린이나 경유 등)를 주연료로 사용하는 자동차를 대신하여, 배기가스 배출이 없는 친환경 전기자동차의 출시 및 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

상기 전기자동차의 동력원은 고전압배터리로서, 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등과 같은 이차 전지가 채택되고 있다.

전기자동차의 동력전달 구성 및 동작을 간략하게 살펴보면, 배터리로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터와, 인버터로부터의 교류 전력을 공급받아 회전력을 발생시키는 모터와, 모터로부터 연장된 입력축에 연결되어 회전력을 구동휠 측으로 전달하거나 차단하며 변속 역할을 하는 감속기을 포함하여 구성되고, 감속기의 출력기어를 갖는 출력축이 구동휠을 갖는 구동축으로 동력을 전달하여 전기자동차의 주행이 이루어진다.

전기자동차의 주행시 브레이크가 작동되면, 모터의 역토크에 의한 회생제동이 이루어지고, 회생제동에 따른 발전 전력이 배터리에 충전된다.

이렇게 회생제동에 따른 발전 전력이 배터리에 충전되더라도, 전기자동차의 주행시 소모되는 전력이 크므로, 일정 주행거리 이상에서는 충전소 등에서 충전을 해야만 한다.

따라서, 전기자동차의 회생제동에 따른 발전 뿐만 아니라 다각도로 배터리를 충전시키기 위한 방안이 연구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전기자동차의 브레이크 작동시 즉, 감속 또는 정지시, 마찰식 브레이크에서 차량의 운동에너지를 마찰에너지로 바꾸어줄 때 소멸되는 에너지를 발전기의 발전을 위한 에너지로 활용하여, 전기자동차의 감속제동시 소멸되는 운동에너지를 전기에너지로 변환 충전시킬 수 있도록 한 자동차용 브레이크 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 자동차의 브레이크 디스크의 외면에 가공된 평기어와; 평상시에는 평기어에 맞물려 공회전하고, 브레이크 작동시 슬립 회전하는 평기어의 회전력을 제2클러치 기어로 전달하는 제1클러치 기어와; 브레이크 작동시 제1클러치 기어의 회전력을 전달받아 회전하는 제2클러치 기어와; 브레이크 작동시 제1클러치 기어의 회전동력을 제2클러치 기어에 전달하는 마크네틱 클러치와; 제2클러치 기어와 맞물리는 입력기어 포함하는 구조로서, 차체의 소정 위치에 고정 장착되는 발전기와; 브레이크 작동시 마그네틱 클러치에 작동 전류를 인가하는 스위치수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 마그네틱 클러치는: 일측면에는 제1클러치 기어의 회전축과 연결되고, 타측면에는 차체면에 베어링을 매개로 회전지지되는 지지축이 연결된 클러치판과; 클러치판이 인입되어 동력전달 가능하게 접촉되도록 제2클러치 기어의 일면에 형성된 마찰면과; 제2클러치 기어의 타면에 이격 배치되어 전원 인가시 자력을 띠면서 클러치판을 마찰면쪽으로 당겨주는 마크네틱 코일; 로 구성된 것임을 특징으로 한다.

특히, 상기 스위치수단은 브레이크 페달의 이면에 장착되어, 브레이크 페달이 밟히는 각도에 따라 순차적으로 스위칭되는 1단 및 2단 스위치로 채택되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스위치수단의 1단 스위치가 온되면 전륜 양쪽의 마크네틱 코일로 전류가 인가되고, 2단 스위치가 온되면 전륜 양쪽 이외의 후륜 양쪽의 마크네틱 코일에 전류가 인가되는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명에 따르면, 전기자동차의 브레이크 작동에 따라 주행 중 운동에너지가 마찰에너지로 변환되어 소멸될 때, 브레이크 디스크와 클러치에 의하여 연결되는 발전기의 발전이 이루어질 수 있도록 함으로써, 브레이크 작동시 소멸되는 에너지를 발전기의 발전을 위한 에너지로 회수하여 배터리에 충전시킬 수 있고, 전기자동차의 배터리 충전효율을 증대시킬 수 있으며, 결국 보다 에너지 효율이 좋은 친환경 전기자동차를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 발전기를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 발전기의 설치 배치상태를 나타내는 개략적 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 발전기의 작동 전 상태를 나타내는 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 발전기의 작동 상태를 나타내는 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 발전기를 공회전 드럼으로 감싼 구조를 설명하는 개략도.

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

본 발명은 전기자동차의 브레이크 작동시, 브레이크에서 차량의 운동에너지를 마찰에너지로 바꾸어줄 때 소멸되는 에너지를 발전기의 발전을 위한 에너지로 활용하여, 배터리에 충전 가능한 에너지를 회수할 수 있도록 한 브레이크 발전기를 제공하고자 한 것이다.

즉, 본 발명은 전기자동차의 주행 시 동력원으로 전기를 사용하는데 한 번의 충전으로 얼마나 오래 주행 하느냐가 관건인 점을 감안하여, 차량의 서행 및 제동을 위해 브레이크 페달을 밟을 때 바퀴에 부착된 브레이크 발전기에서 전력을 생산하여 주행 및 보조 에너지로 사용할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 자동차의 브레이크 디스크(10)의 외면에 평기어(12)가 가공된다.

또한, 상기 평기어(12)에는 제1클러치 기어(14)가 맞물리는 바, 이 제2클러치 기어(14)는 평상시에는 평기어(12)에 맞물려 공회전하고, 브레이크 작동시 슬립 회전하는 평기어(12)의 회전력을 제2클러치 기어(16)로 전달하는 역할을 한다.

또한, 상기 제1클러치 기어(14)에는 제2클러치 기어(16)가 동축으로 연결되되, 마그네틱 클러치(20)를 매개로 동력 전달 또는 단절 가능하게 연결되고, 브레이크 작동시 제1클러치 기어(14)의 회전력이 마크네틱 클러치(20)를 통해 제2클러치 기어(16)로 전달된다.

이때, 브레이크 작동시 제1클러치 기어(14)의 회전동력을 제2클러치 기어(16)에 전달하는 마크네틱 클러치(20)는 스위치수단(30) 즉, 브레이크 페달의 이면에 부착되어 있는 브레이크 스위치의 온 작동시 작동 전류를 인가받아 제1클러치 기어(14)와 제2클러치 기어(16)를 동력 전달 가능하게 연결하게 된다.

또한, 상기 제2클러치 기어(16)는 발전기(28)의 입력기어(27)와 연결되는 바, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 전륜 좌우에 부착되는 발전기는 주행자의 덜컹거림을 방지하고 서행 시 작동해야 하므로 용량이 작은 것으로 적용하고, 후륜 좌우에 부착되는 발전기는 제동시 작동되므로 용량이 전륜보다 큰 것으로 적용하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 첨부한 도 5에서 보듯이 상기 발전기(28)의 외경에는 발전기(28)의 회전력을 일정기간 유지하기 위한 공회전 드럼(풀리)이 장착된다.

여기서, 본 발명에 따른 마그네틱 클러치(20)의 구성을 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

상기 마그네틱 클러치(20)의 일 구성인 클러치판(24)이 제1클러치 기어(14)의 회전축(21)과 일체로 연결된다.

이때, 상기 클러치판(24)의 타면에는 차체면에 베어링(22)을 매개로 회전지지되는 지지축(23)이 연결된다.

또한, 상기 제2클러치 기어(16)의 일면에는 제1클러치 기어(14)와 일체로 연결된 클러치판(24)의 타면이 인입되어 동력전달 가능하게 접촉되도록 한 마찰면(25)이 형성된다.

특히, 상기 제2클러치 기어(16)의 타면에는 브레이크 작동에 따른 스위치수단이 온될 때, 전류를 인가받아 자력을 띠면서 클러치판(24)을 마찰면(25)쪽으로 당겨주는 마크네틱 코일(26)이 배치된다.

한편, 상기 스위치수단(30)은 브레이크 페달의 이면에 장착되어, 브레이크 페달이 밟히는 각도에 따라 순차적으로 스위칭되어 전륜쪽의 마그네틱 코일(26)에 12V 배터리 전류를 인가하는 1단 스위치(31)와, 후륜쪽의 마그네틱 코일(26)에 12V 배터리 전류를 인가하는 2단 스위치(32)로 채택된다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 브레이크 발전기에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

전기자동차의 주행 시, 배터리의 방전 전류가 인버터를 통해 모터에 인가됨에 따라 모터 구동에 따른 차량 주행이 이루어지고, 이때 브레이크 작동시 모터의 역토크에 의한 회생제동에 의하여 배터리에 대한 충전이 이루어진다.

본 발명은 회생제동에 따른 배터리 충전 뿐만 아니라, 브레이크 작동시 마찰에너지로 소모되는 에너지를 전기에너지로 회수할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 스위칭수단(30)의 1단 스위치(31)가 온되고, 이와 동시에 12V 배터리 전원이 전륜쪽의 마그네틱 코일(26)로 인가된다.

더욱이, 운전자가 브레이크 페달을 더 깊숙히 밟음에 따라 스위칭수단(30)의 2단 스위치(32)가 온되고, 이에 전륜 뿐만아니라 후륜 양쪽의 마크네틱 코일(26)에 도 전류가 인가된다.

연이어, 마그네틱 코일(26)로 전류가 인가됨에 따라 마그네틱 코일이 자화되어, 제1클러치 기어(14)의 회전축(21)과 일체로 연결된 클러치판(24)이 마그네틱 코일(26)의 자력에 의하여 제2클러치 기어(16)의 마찰면(25)쪽으로 당겨지게 되어, 클러치판(24)과 제2클러치 기어(16)의 마찰면(25)이 동력전달 가능하게 마찰 접촉되는 상태가 된다.

따라서, 브레이크 디스크(10)는 브레이크 작동에 따라 슬립 회전을 하는 바, 슬립 회전시의 회전력이 제1클러치 기어(14)로 전달되고, 이때 제1클러치 기어(14)의 회전축(21)과 일체로 연결된 클러치판(24)이 마그네틱 코일(26)의 자력에 의하여 제2클러치 기어(16)의 마찰면(25)에 붙은 상태이므로, 제1클러치 기어(14)의 회전동력이 제2클러치 기어(16)로 전달된다.

이와 동시에 제2클러치 기어(16)로 전달된 회전동력이 발전기(28)의 입력기어(27)로 전달됨으로써, 발전기(28)의 발전이 이루어진다.

이렇게 발전기(28)에서 발전된 전력은 통상의 전기자동차에 탑재된 인버터(미도시됨)를 통해 배터리(미도시됨)로 충전된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 브레이크 작동시 소멸되는 에너지를 발전기의 발전을 위한 에너지로 회수하여 배터리에 충전시킬 수 있고, 전기자동차의 배터리 충전효율을 증대시킬 수 있으며, 결국 보다 에너지 효율이 좋은 친환경 전기자동차를 제공할 수 있다.

10 : 브레이크 디스크 12 : 평기어
14 : 제1클러치 기어 16 : 제2클러치 기어
30 : 스위치수단 20 : 마크네틱 클러치
21 : 회전축 22 : 베어링
23 : 지지축 24 : 클러치판
25 : 마찰면 26 : 마크네틱 코일
27 : 입력기어 28 : 발전기
30 : 스위치수단 31 : 1단 스위치
32 : 2단 스위치 34 : 공회전 드럼

Claims (4)

1. 자동차의 브레이크 디스크(10)의 외면에 가공된 평기어(12)와;
   평상시에는 평기어(12)에 맞물려 공회전하고, 브레이크 작동시 슬립 회전하는 평기어(12)의 회전력을 제2클러치 기어(16)로 전달하는 제1클러치 기어(14)와;
   브레이크 작동시 제1클러치 기어(14)의 회전력을 클러치를 통해 전달받아 회전하는 제2클러치 기어(16)와;
   브레이크 작동시 제1클러치 기어(14)의 회전동력을 제2클러치 기어(16)에 전달하는 마크네틱 클러치(20)와;
   제2클러치 기어(16)와 맞물리는 입력기어(27)를 포함하는 구조로서, 차체의 소정 위치에 고정 장착되는 발전기(28)와;
   브레이크 작동시 마그네틱 클러치(20)에 작동 전류를 인가하는 스위치수단(30);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기,
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네틱 클러치(20)는:
   일측면에는 제1클러치 기어(14)의 회전축(21)과 연결되고, 타측면에는 차체면에 베어링(22)을 매개로 회전지지되는 지지축(23)이 연결된 클러치판(24)과;
   클러치판(24)이 인입되어 동력전달 가능하게 접촉되도록 제2클러치 기어(16)의 일면에 형성된 마찰면(25)과;
   제2클러치 기어(16)의 타면에 이격 배치되어 전원 인가시 자력을 띠면서 클러치판(24)을 마찰면(25)쪽으로 당겨주는 마크네틱 코일(26);
   로 구성된 것임을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기,
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위치수단(30)은 브레이크 페달의 이면에 장착되어, 브레이크 페달이 밟히는 각도에 따라 순차적으로 스위칭되는 1단 스위치(31) 및 2단 스위치(32)로 채택되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 스위치 수단(30)의 1단 스위치(31)가 온되면 전륜 양쪽의 마크네틱 코일(26)로 전류가 인가되고, 2단 스위치(32)가 온되면 전륜 양쪽 뿐만아니라 후륜 양쪽의 마크네틱 코일(26)에 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 발전기.

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