KR20150130837A - 공기저항을 이용한 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치 및 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력장치에 관한 것으로서, 외부의 구동력(10)을 전달 받는 입력축과 연결되는 선기어 샤프트(20), 상기 선기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 선기어(21), 상기 선기어에 치합하며 자전을 하는 유성기어(30), 상기 유성기어를 구속하며 선기어 샤프트를 축으로 회동하는 유성기어 캐리어(31), 상기 유성기어 캐리어에 내륜이 고정되고 외륜은 기어박스 하우징(90)에 고정되면서 한 방향으로만 회전이 가능한 원웨이베어링(32), 상기 유성기어 캐리어에 고정되고, 풍력터빈(50)의 동력을 받아 유성기어 캐리어를 회동시키는 유성기어 캐리어 인풋기어(33), 상기 유성기어에 치합하여 출력을 갖는 링기어(40)와 상기 링기어에 고정되어 일체로 회동하는 링기어 하우징(41), 자동차의 주행 시 공기 유입구를 통하여 유입되는 바람(U1)으로 동력을 얻는 풍력터빈(50), 상기 풍력터빈의 출력을 전달하는 풍력터빈 샤프트(51), 상기 풍력터빈 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 풍력터빈 아웃풋기어(52), 상기 풍력터빈 아웃풋기어에 치합하는 제1감속기어(60), 상기 제1감속기어에 고정되어 일체로 회동하는 감속기어 샤프트(61) 및 상기 감속기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하고 유성기어 캐리어 인풋기어와 치합하는 제2감속기어(62)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기저항을 이용한 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치{Infinitely-variable automatic power transmitter for automobiles}

본 발명은 공기저항을 이용한 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속 시 변속 기어의 충격 없이 변속 가능하고 1단으로 출발하여 자동차의 속도 증가에 의한 증가된 공기저항을 동력으로 활용하여 무한변속하는 동력전달장치에 관한 것이며, 또한 동력으로 활용된 공기로 다시 발전기를 가동시켜 발전에 의한 충전을 하는 동력전달장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관 자동차 및 전기 자동차는 속도가 증가될수록 공기저항도 증가되어 자동차의 주행성능을 저하시키고 이로 인한 에너지 소비량도 증가되는 문제점을 가지고 있다.

에너지 소모를 줄이기 위하여 단순하게 높은 성능의 엔진이나 모터를 개발하거나, 공기저항을 낮추기 위하여 자동차의 형상을 유선형에 가깝게 하여 공기저항에 의한 손실을 최소화하는 노력이 있었다.

한편, 전기자동차에서 사용하는 고정비를 가진 감속기 방법은 변속기 없이 모터 직접구동 방식으로 매우 간단한 구조를 가졌으나 모터의 저RPM 구간에서는 높은 토오크를 발휘하고 RPM이 증가될수록 토오크는 현저하게 낮아지는 특성으로 인해 가속 시 공기저항이 주행 성능저하의 문제점으로 작용한다.

종래 기술에서 엔진 또는 모터와 바퀴 사이에 위치하는 동력전달장치의 입력구동은 수동변속기에서는 운전자에 의해 행하여지고, 자동변속기에서는 유압에 의한 토크컨버터에서 행하여지는데, 모두 엔진에 의존하는 복잡한 입력 구동장치가 설치되어야 하는 문제점이 있다.

한편, 다단 변속장치는 변속충격이 발생하여 운전자의 최적 주행에 방해를 주며 전기 자동차의 감속기 방법은 출발 시 토오크가 가장 크게 작용하여 급출발등의 안전문제가 생긴다.

종래의 기술로서 특허문헌 1에 레이스 사이에 위성운동을 하는 회전체로 변속하는 무한 가변 변속장치가 제안되어 있다.

1. 한국 등록특허 제10-0908098호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 1단으로 주행을 시작하여 자동차의 속도 증가에 따라 자동차에 미치는 공기저항을 이용하여 무한변속을 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치를 제공하고자 한다.

또한, 상기 무한변속 동력전달장치에 발전기를 조합함으로써 내리막길이나 감속 시에 공기저항을 에너지로 재생하는 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치를 제공하고자 한다.

또한, 상기 발전기에 장착한 플라이휠은 불규칙한 발전기의 축 회전을 고르게 하여 발전효율을 높이며, 풍력터빈에서 사용된 공기를 재사용하여 별도의 발전기 터빈을 돌려 전기발생을 하는 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치를 제공하고자 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 자동 무한변속 동력전달장치는, 외부의 구동력(10)을 전달 받는 입력축과 연결되는 선기어 샤프트(20), 상기 선기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 선기어(21), 상기 선기어에 치합하며 자전을 하는 유성기어(30), 상기 유성기어를 구속하며 선기어 샤프트를 축으로 회동하는 유성기어 캐리어(31), 상기 유성기어 캐리어에 내륜이 고정되고 외륜은 기어박스 하우징(90)에 고정되면서 한 방향으로만 회전이 가능한 원웨이베어링(32), 상기 유성기어 캐리어에 고정되고, 풍력터빈(50)의 동력을 받아 유성기어 캐리어를 회동시키는 유성기어 캐리어 인풋기어(33), 상기 유성기어에 치합하여 출력을 갖는 링기어(40)와 상기 링기어에 고정되어 일체로 회동하는 링기어 하우징(41), 자동차의 주행 시 공기 유입구를 통하여 유입되는 바람(U1)으로 동력을 얻는 풍력터빈(50), 상기 풍력터빈의 출력을 전달하는 풍력터빈 샤프트(51), 상기 풍력터빈 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 풍력터빈 아웃풋기어(52), 상기 풍력터빈 아웃풋기어에 치합하는 제1감속기어(60), 상기 제1감속기어에 고정되어 일체로 회동하는 감속기어 샤프트(61) 및 상기 감속기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하고 유성기어 캐리어 인풋기어와 치합하는 제2감속기어(62)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 무한변속 동력전달장치는 외부의 구동력을 상기 선기어 및 유성기어를 통하여 상기 링기어로 전달하여 1단으로 동작을 하고, 자동차의 주행으로 상기 풍력터빈에서 발생된 동력을 전달받는 상기 유성기어 캐리어의 토오크가 상기 원웨이베어링의 토오크보다 크게 될 경우, 상기 유성기어 캐리어는 정지상태에서 일 방향으로 회전을 하여 상기 링기어로 출력을 전달하며, 상기 선기어와 치합되는 상기 유성기어는 공회전을 하게 되어 1단으로부터 무한변속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 풍력터빈의 동력을 분배하는 동력분배장치(70)와 상기 동력분배장치에 연결되는 발전기(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 동력분배장치(70)는 컨트롤러의 제어에 의하여 단속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 풍력터빈(50)에서 사용된 바람(U2)을 이용한 제2풍력터빈(82), 상기 제2풍력터빈의 샤프트에 고정되어 일체로 회동하고 회전 원심력을 증가시켜주는 플라이휠(81) 및 상기 플라이휠의 축과 고정되어 일체로 회동하는 발전기(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치 및 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치는 변속 시 변속 충격 없이 사용이 편리하면서 정숙성이 유지될 수 있으며, 기기의 내구성과 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 자동 무한변속 동력전달장치는 모터의 구동력을 이용하는 전기 자동차뿐만 아니라 엔진 자동차 또는 인력에 의한 자전거 등에 적용할 수 있으며, 자동차는 2륜, 3륜, 4륜 등 모든 종류의 운송수단을 포함하는 총칭이다

본 자동 무한변속 동력전달 장치의 발명은 전기 자동차의 변속기로 일반 자동차의 변속기의 사용을 가능하게 하고 감속기를 이용한 전기 자동차의 변속기를 대체 할 수 있어 산업기술 파급 효과가 뛰어나다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치의 1단 모드에서 각 기어의 회전방향 및 회전량을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치의 무한 변속 시에 각 기어의 회전방향 및 회전량을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치의 1단으로만 주행 시 자동차의 속도별 모터 RPM, 모터 토오크, 구동력 및 주행저항과의 상관도.
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치의 1단으로 주행하여 무한변속으로 주행 시 자동차의 속도별 모터 RPM, 모터 토오크, 풍력터빈에서 발생되는 토오크, 구동력 및 주행저항과의 상관도.
도 6은 발전기 및 플라이휠을 포함하는 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치의 동력분배장치 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 동력분배장치의 자동차의 주행 시 풍력에 의하여 풍력터빈으로부터 동력이 발생되었을 때 원웨이베어링의 작동 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 동력분배장치의 자동차의 감속 주행 시 풍력에 의하여 풍력터빈으로부터 동력이 감소되었을 때 원웨이베어링의 작동 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 항시 발전이 가능한 자동 무한변속 동력전달장치의 구성도.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

본 발명은 자동차의 주행 시 발생하는 공기저항을 이용하여 변속을 하고, 위치에너지나 감속/제동에너지를 회생시켜 발전을 하는 것으로서, 공기저항을 이용하기 때문에 추가저항과 변환손실이 존재하므로 입력에너지보다 회생에너지가 같거나 커질 수 없다. 따라서 에너지보존법칙을 위배하지 아니하며, 다만 다른 자동변속장치 방식과 비교하여 간단하면서도 에너지 소비를 줄일 수 있는 방법을 제시한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 무한변속 동력전달장치의 구성도로서, 외부의 구동력(10)을 전달받는 입력축과 연결되는 선기어 샤프트(20), 상기 선기어 샤프트(20)에 고정되어 일체로 회동하는 선기어(21), 상기 선기어(20)에 치합하며 자전을 하는 유성기어(30), 상기 유성기어(30)를 구속하며 선기어 샤프트(20)를 중심으로 회동하는 유성기어 캐리어(31), 상기 유성기어 캐리어(31)에 내륜이 고정되고 외륜은 기어박스 하우징(90)에 고정되면서 한 방향으로만 회전이 가능한 원웨이베어링(32); 상기 유성기어 캐리어(31)에 고정되고 풍력터빈(50)의 동력을 전달하는 제2감속기어(62)에 치합하여 풍력터빈(50)의 동력을 받아 유성기어 캐리어(31)를 회동시키는 유성기어 캐리어 인풋기어(33), 상기 유성기어에 치합하여 출력을 갖는 링기어(40), 상기 출력을 갖는 링기어(40)에 고정되어 일체로 회동하는 링기어 하우징(41), 자동차의 주행으로 인하여 공기 유입구를 통하여 유입되는 바람(U1)에 의해 동력을 얻는 풍력터빈(50), 상기 풍력터빈(50)의 출력을 전달하는 풍력터빈 샤프트(51), 상기 풍력터빈 샤프트(51)에 고정되어 일체로 회동하는 풍력터빈 아웃풋 기어(52), 상기 풍력터빈 아웃풋 기어(52)에 치합하는 제1감속기어(60), 상기 제1감속기어(60)에 고정되어 일체로 회동하는 감속기어 샤프트(61) 및 상기 감속기어 샤프트(61)에 고정되어 일체로 회동하고 유성기어 캐리어 인풋기어(33)와 치합하는 제2감속기어(62)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 선기어(21)는 외부의 구동력을 전달받는 입력축과 연결되는 선기어 샤프트(20)에 고정되어 일체로 회동되며 외부의 구동력은 모터 또는 엔진(10)등에서 회전력을 발생시키는 장치들이다.

상기 유성기어(30)는 선기어(20)와 치합하여 외부의 구동력을 전달받는 기어들로서 복수의 피니언 기어들로 구성되어 선기어(20)의 둘레에 위치하면서 자전을 한다. 또한, 유성기어 캐리어(31)에 귀속되어 유성기어(30)의 회전에 따라 유성기어 캐리어(31)와 일체로 공전을 한다. 유성기어(30)의 개수는 한정하지는 않으며 등간 격으로 배치된다. 선기어(20)로부터 동력을 전달받아 출력을 갖는 링기어(40)로 전달하는 역할을 하며 유성기어 캐리어(31)의 회전에 의해 무한변속을 하는 역할을 한다.

상기 풍력터빈(50)은 공기 유입구를 통하여 유입되는 바람(U1)에 의해 회전하여 동력을 얻는다. 상기 공기 유입구는 기존의 외관을 그대로 사용할 수 있도록 프론트 범퍼에 형성된 홀이나 라디에이터 그릴을 사용할 수 있다.

상기 유성기어 캐리어(31)는 유성기어(30)를 구속하며 유성기어(30)가 회전함에 따라 유성기어 캐리어(31)도 회전하게 된다. 본 발명의 특징 중 하나는 유성기어 캐리어(31)에 원웨이베어링(32)의 내륜과 고정시켜 회전을 구속한다. 원웨이베어링(32)은 일반 볼 베어링과는 달리 축이 한쪽 방향으로만 회전하기 때문에 유성기어 캐리어(31)는 한 방향으로만 회전을 하게 된다.

상기 유성기어 캐리어 인풋기어(33)는 바람(U1)에 의한 풍력터빈(50)에서 발생된 동력을 전달받는 기어로서, 유성기어 캐리어(31)에 고정되어 일체로 회동한다.

상기 링기어(40)는 내주면에 치차열이 형성된 중공의 원통형 기어로서 유성기어(30)와 내치합되고 출력축과 연결되는 출력 요소이다. 링기어는 링기어 하우징(41)과 고정되어 일체로 회동한다.

도 2는 1단으로 동력전달 되는 기어 간의 회전방향 및 회전량을 표현하기 위한 도면이다.

링기어(40)의 회전각(Rθ), 유성기어 캐리어(31)의 회전각(Pθ) 및 선기어(20)의 회전각(Sθ)는 다음 수학식 1과 같이 계산된다.

여기서, A는 기어비로 링기어(40)의 잇수(Rz)를 선기어(20)의 잇수(Sz)로 나눈 값이고, 시계방향을 +θ, 반시계방향을 -θ로 하고, Rz는 링기어(40)의 잇수, Sz는 선기어(20)의 잇수, Pz는 유성기어(30)의 잇수이다.

입력축으로부터 선기어 샤프트(20)와 선기어(21)는 동시에 같은 회전량(Sθ)을 가진다. 유성기어 캐리어(31)는 원웨이베어링(32)과 링기어(40)에 작용하는 저항력에 의해 회전 방향이 제어되어 정지되어 있다. 링기어는 유성기어가 선기어(20)의 회전량에 따라 반대방향으로 선기어(20)의 회전 기어 피치만큼 회전량(-P'θ)을 가지고 이로 인해 유성기어(30)의 회전 기어 피치만큼 회전량(-Sθ/A)을 가지면서 1단의 출력을 이룬다. 이때, 자동차의 주행에 의한 바람(U1)이 크지 않아 풍력터빈(50)에서 발생되는 동력이 1단 출력에 영향을 주지 않으므로 1단의 출력을 유지 할 수 있고 모터 또는 엔진(10)의 출력축 방향은 시계방향으로 하며 차량의 전진상태를 의미한다. 이를 요약하면 표 1과 같다.

예를 들면 선기어(21)의 잇수(Sz)를 18, 유성기어(30)의 잇수(Pz)를 21, 링기어(40)의 잇수(Rz)를 66으로 하고, 자동차의 주행에 의한 원웨이베어링(32)에 걸리는 토오크가 풍력터빈(50)에서 발생되어 유성기어 캐리어(31)에 미치는 토오크가 작으며 원웨이베어링(32)의 회전 가능 방향(내륜 고정시 외륜 회전방향)이 시계방향이라고 하면, 링기어의 회전량은 -98.2˚이며 기어비는 3.667이다.

도 3은 무한 변속으로 동력이 전달되는 기어간의 회전방향 및 회전량을 나타내기 위한 것으로서, 작동절차는 입력축으로부터 선기어 샤프트(20)와 선기어(21)는 동시에 같은 회전량(Sθ)을 가지며 유성기어 캐리어(31)는 원웨이베어링(32)과 링기어(40)에 작용하는 저항력에 의해 회전 방향이 제어되어 정지되어 있다. 링기어(40)는 유성기어(30)가 선기어(20)의 회전량에 따라 반대방향으로 선기어(20)의 회전 기어 피치만큼 회전량(-P'θ)을 가지고 이로 인해 유성기어(30)의 회전 기어 피치만큼 회전량(-Sθ/A)을 가지면서 1단의 출력을 이룬다. 이때, 자동차의 주행에 의한 바람(U1)이 크지 않아 풍력터빈(50)에서 발생되는 동력이 1단 출력에 영향을 주지 않으므로 1단의 출력을 유지 할 수 있고, 모터 또는 엔진(10)의 출력축 방향은 시계방향으로 하며 차량의 전진상태를 의미하는데, 이때 차량은 1단으로 주행이 한다.

차량이 가속을 하면 풍력터빈(50)에 미치는 바람의 힘도 증가되어 풍력터빈에서 발생되는 동력도 커지게 되고 유성기어 캐리어(31)는 증가된 토오크가 발생된다. 차량의 주행으로 인하여 원웨이베어링(32)의 토오크도 함께 증가된다.

풍력터빈에서 발생된 동력에 의한 유성기어 캐리어(31)의 토오크가 차량의 주행으로 인하여 발생된 원웨이베어링(32)의 토오크보다 높으면 유성기어 캐리어(31)는 반시계 방향으로 회전을 하게 되고, 유성기어(30)를 반시계 방향으로 공전을 하게 한다. 유성기어 캐리어(31)가 정지상태에서 서서히 반시계 방향으로 회전함에 따라 출력을 갖는 링기어(40)는 반시계 방향으로 1단보다 더 증가된 회전량을 갖게 되어 변속이 된다.

차량의 속도가 더 빠르게 주행하게 되면 풍력터빈에서 발생되는 동력은 속력의 세제곱에 비례하므로 원웨이베어링(32)에 미치는 토오크보다 더 큰 토오크가 발생되므로 출력을 갖는 링기어(40)는 더욱 증가된 회전량을 갖게 된다.

차량의 주행 속도에 따라 풍력터빈(50)의 동력이 변화되고 이로 인해 유성기어 캐리어(31)에 토오크도 변화되어 변속을 한다. 하지만, 인위적으로 정해진 변속이 아닌 차량의 주행 속도, 대기 상태, 주행 시 차량에 미치는 주행저항, 가속도 및 차량의 상태 등 많은 인자들이 상호 작용하여 스스로 주행에 적합한 최적의 변속비를 갖게 되기 때문에 무한 변속이 가능하게 된다. 또한, 풍력터빈(50)에 의해 발생된 동력은 모터나 엔진에서 발생되는 동력원과 결합되어 출력 및 효율 향상에 도움을 주게 된다. 차량의 주행으로 인하여 발생되는 공기저항의 일부를 다시 동력으로 순환하여 출력을 향상시키게 한다. 이를 요약하면 표 2와 같다.

링기어(40)의 회전 변화량(Rθ)을 표 1과 표 2를 비교하여 보면, 1단에서의 회전량은 -Sθ/A이고, 무한변속에서의 회전량은 -(Pθ(A+1)-Sθ)/A로서 1단의 회전량(-Sθ/A)에 Pθ(A+1)/A 만큼 증가됨을 알 수 있다.

예를 들면 선기어(21)의 잇수(Sz)를 18, 유성기어(30)의 잇수(Pz)를 21, 링기어(40)의 잇수(Rz)를 66으로 하고 원웨이베어링(32)의 회전 가능 방향(내륜 고정시 외륜 회전방향)이 시계방향이라 하고 차량의 주행 속도는 160km/h, 원웨이베어링에 걸리는 토오크는 120Nm, 유성기어 캐리어(31)에 미치는 토오크는 160Nm, 선기어(20)의 회전량은 6,000RPM, 유성기어 캐리어(31)의 회전량은 200RPM, 링기어(40)의 회전량(Rθ)은 (200(3.667+1)-6000) / 3.667 = 1,382 RPM이고 기어비는 6000/1382 = 4.342이다. 1단의 기어비는 3.667이고 변속후의 기어비는 4.342가 된다. 1단에서 변속되는 과정을 보듯 차량의 속도, 각 부품에 작용하는 토오크, 이에 따른 각 기어들의 회전량 등에 의해 변속되는 기어비는 변하게 된다.

도 4는 1단으로 주행 시 자동차의 속도별 모터 RPM, 모터 토오크, 구동력 및 주행저항 등을 예를 들어 그래프화한 것으로서 속도가 증가될수록 모터 RPM도 증가되고, 이에 따른 모터 토오크와 구동력은 모터 특성상 현저하게 낮아지며 주행저항은 속력의 제곱에 의해 크게 증가되어, 더 이상 가속할 수 없는 시점(A)이 고속 전에서 발생된다. 또한, 1단의 고정비에 의한 모터 RPM도 매우 높게 된다. 고속으로 주행하기 위해서는 모터의 성능을 높여 좀 더 높은 토오크를 발휘하게 해야 하며, 고RPM을 낮추기 위해서는 다단의 변속기를 탑재해야 하는데 이로 인해 자동차의 제조비용이 높아지고 높은 사양의 부품들로 인하여 안전 및 내구성이 취약해지는 단점이 있다.

도 5는 1단으로 주행하여 무한변속으로 주행 시 자동차의 속도별 모터 RPM, 모터 토오크, 풍력터빈(50)에서 발생되는 토오크, 구동력 및 주행저항 등을 예를 들어 그래프화한 것으로서 속도가 증가되면 모터 RPM은 중속까지는 1단의 주행과 동일하게 속도에 비례하여 증가되지만, 중속 지나서는 증가량이 현저히 낮아져 고RPM을 사용하지 않으며, 이에 따른 모터 토오크도 1단으로 주행보다 완만하게 감소한다. 풍속 구동터빈에서 발생되는 토오크는 속력의 세제곱에 의해 크게 증가되는데, 모터 토오크에 풍속 구동터빈에서 생성된 토오크가 더해지는 구동력으로 주행저항과 일치하여 가속할 수 없는 시점(B)이 있다.

도 6은 도 1의 자동 무한변속 동력전달장치의 풍력터빈(50)에 동력분배장치(70)와 발전기(80) 및 플라이휠(81)을 연결한 발전을 겸비한 무한변속 동력전달장치의 구성도로서 자동차의 주행으로 풍력터빈(50)의 회전이 발생하여 동력분배장치를 거쳐 발전기의 축을 회전시킴으로 발전을 하여 배터리를 충전한다.

상기 동력분배장치는 컨트롤러의 제어에 의하여 단속된다. 가속성능이 필요시에는 발전기와 연결을 끊어 풍력에 의한 동력이 무한변속과 구동력 증가로 전환되도록 하고, 내리막길, 정속 주행 및 감속주행 등에서는 발전기와 연결하여 풍력에 의한 동력을 발전에 사용할 수 있다.

도 7은 동력분배장치의 구성도로서, 풍력터빈(50)의 동력을 전달 받는 동력분배장치의 인풋 샤프트(71), 상기 동력분배장치의 인풋 샤프트에 내륜이 고정되고 외륜은 동력분배장치의 아웃풋 샤프트(73)에 고정되면서 한 방향으로만 회전이 가능한 원웨이베어링(72), 상기 원웨이베어링(72)의 외륜에 고정되어 아웃풋을 갖는 동력분배장치의 아웃풋 샤프트(73)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 8은 본 발명에 따른 동력분배장치(70)의 주행 시 풍력에 의하여 풍력터빈(50)부터 동력이 발생되었을 때, 동력의 전달 결과를 알기 쉽게 표현한 것으로서, 풍력터빈의 동력은 원웨이베어링(72)의 내륜에 고정되어 있는 인풋 샤프트(71)를 시계방향으로 회전시킨다. 이때, 원웨이베어링(72)은 내륜이 고정시 외륜은 시계방향으로만 회전이 가능하면 원웨이베어링(72)의 외륜은 회전되지 못하고 내륜과 같은 회전량을 갖는다. 그러므로 원웨이베어링(72)의 외륜에 고정되어 있는 아웃풋 샤프트(73)를 인풋 샤프트(71)와 동일한 회전을 하게 한다.

도 9는 본 발명에 따른 동력분배장치(70)의 감속 주행 시 풍력에 의하여 풍력터빈(50)부터 동력이 감소되었을 때 동력의 전달 결과를 알기 쉽게 표현한 것으로서, 상기 도 8에서 설명한바와 같이 풍력터빈(50)의 동력이 인풋 샤프트(71)와 원웨이베어링(72)와 아웃풋 샤프트(73)을 동시에 시계방향으로 회전시킨다. 하지만 자동차의 감속으로 풍력이 감쇠되어 풍력터빈으로부터의 동력/회전량도 감소되면 직접적으로 연결되어 있는 인풋 샤프트(71)의 회전량도 감소된다. 이때, 아웃풋 샤프트(73)는 발전기와 플라이휠에 연결되어 있어 회전 원심력에 의해 인풋 샤프트(71)의 감소된 회전보다는 많은 회전량을 하게 되어 자동차가 감속하여도 원심력이 상쇄되어 발전기의 축을 회전시킬 수 없을 때까지 발전기를 통한 에너지/발전을 생성하게 된다. 이는 원웨이베어링(72)의 내륜이 고정되었을 때 외륜이 시계방향으로 회전이 가능하기 때문이다.

도 10은 본 발명에 따른 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치의 구성도로서, 도 6과 달리 풍력터빈(50)에 영향을 주지 않으며 풍력터빈에 사용된 재생바람(U2)을 이용하여 발전을 한다. 도 1의 무한변속 동력전달장치에 별도로 제2풍력터빈(82와 플라이휠(81)과 발전기(80)을 추가하여 풍력터빈(50)을 걸친 재생바람(U2)이 제2풍력터빈(82을 회전시키고 상기 동력은 플라이휠(81)과 발전기의 축을 회전시켜 발전을 하게 되고 배터리를 충전한다. 풍력터빈(50)에 사용된 재생바람을 별도로 활용하는 시스템으로서 변속에 영향을 주지 않으므로 발전기의 전원을 ON/OFF 할 필요가 없다.

또한, 상기 발전기를 조합한 자동 무한변속 동력전달장치에서 발전기에 장착한 플라이휠은 불규칙한 발전기의 축 회전을 고르게 하여 발전효율을 높이며, 또한 발전기를 자동 무한변속 동력전달장치와 조합함 있어서, 공기저항을 동력으로 전환하는 터빈에 동력분배장치에 의한 조합법과 동력 전환용 터빈에서 사용된 바람으로 별도의 발전기 터빈을 돌려 에너지 발생이 가능하게 만들어 발전을 겸비한 자동 무한변속 동력전달장치를 제공하고자 한다.

10: 모터 또는 엔진 20 : 선기어 샤프트
21 : 선기어 30 : 유성기어
31 : 유성기어 캐리어 32 : 원웨이베어링
33 : 유성기어 캐리어 인풋기어 40 : 링기어
41 : 링기어 하우징 50 : 풍력터빈
51 : 풍력터빈 샤프트 52 : 풍력터빈 아웃풋 기어
60 : 제1감속기어 61 : 감속기어 샤프트
62 : 제2감속기어 70 : 동력분배장치
71 : 동력분배장치의 인풋 샤프트 72 : 동력분배장치의 원웨이베어링
73 : 동력분배장치의 아웃풋 샤프트 80 : 발전기
81 : 플라이휠 82 : 풍속 발전기 터빈
90 : 기어박스 커버 100 : 무한변속 동력전달장치

Claims (6)

1. 외부의 구동력(10)을 전달 받는 입력축과 연결되는 선기어 샤프트(20);
   상기 선기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 선기어(21);
   상기 선기어에 치합하며 자전을 하는 유성기어(30);
   상기 유성기어를 구속하며 선기어 샤프트를 축으로 회동하는 유성기어 캐리어(31);
   상기 유성기어 캐리어에 내륜이 고정되고 외륜은 기어박스 하우징(90)에 고정되면서 한 방향으로만 회전이 가능한 원웨이베어링(32);
   상기 유성기어 캐리어에 고정되고, 풍력터빈(50)의 동력을 받아 유성기어 캐리어를 회동시키는 유성기어 캐리어 인풋기어(33);
   상기 유성기어에 치합하여 출력을 갖는 링기어(40)와 상기 링기어에 고정되어 일체로 회동하는 링기어 하우징(41);
   자동차의 주행 시 공기 유입구를 통하여 유입되는 바람(U1)으로 동력을 얻는 풍력터빈(50);
   상기 풍력터빈의 출력을 전달하는 풍력터빈 샤프트(51);
   상기 풍력터빈 샤프트에 고정되어 일체로 회동하는 풍력터빈 아웃풋기어(52);
   상기 풍력터빈 아웃풋기어에 치합하는 제1감속기어(60);
   상기 제1감속기어에 고정되어 일체로 회동하는 감속기어 샤프트(61); 및
   상기 감속기어 샤프트에 고정되어 일체로 회동하고 유성기어 캐리어 인풋기어와 치합하는 제2감속기어(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 원웨이베어링은 내륜에 상기 유성기어 캐리어를 고정시켜 회전을 일 방향으로 구속하는 것을 특징으로 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 무한변속 동력전달장치는 외부의 구동력을 상기 선기어 및 유성기어를 통하여 상기 링기어로 전달하여 1단으로 동작을 하고,
   자동차의 주행으로 상기 풍력터빈에서 발생된 동력을 전달받는 상기 유성기어 캐리어의 토오크가 상기 원웨이베어링의 토오크보다 크게 될 경우,
   상기 유성기어 캐리어는 정지상태에서 일 방향으로 회전을 하여 상기 링기어로 출력을 전달하며,
   상기 선기어와 치합되는 상기 유성기어는 공회전을 하게 되어 1단으로부터 무한변속되는 것을 특징으로 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 풍력터빈의 동력을 분배하는 동력분배장치(70)와 상기 동력분배장치에 연결되는 발전기(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 동력분배장치(70)는 컨트롤러의 제어에 의하여 단속되는 것을 특징으로 하는 자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 풍력터빈(50)에서 사용된 바람(U2)을 이용한 제2풍력터빈(82);
   상기 제2풍력터빈의 샤프트에 고정되어 일체로 회동하고 회전 원심력을 증가시켜주는 플라이휠(81); 및
   상기 플라이휠의 축과 고정되어 일체로 회동하는 발전기(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자자동차의 자동 무한변속 동력전달장치.

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