KR20180082279A - 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템 - Google Patents

모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템은 1개의 회전축으로 좌측 발전부(B)에 발전용 알터네이터 및 우측 구동부(A)에 구동용 모터를 병렬로 결합한 구조이다.
먼저, 발전부(B)는 회전축의 외측에 회전자를, 회전자의 외측에 발전용고정자를, 발전용고정자의 외측에 로터하우징을 두었고, 다음에 구동부(A) 회전축의 외측에 모터용고정자를 두고, 모터용고정자의 외측에 로터하우징을 두는 구조이다.
로터하우징은 발전부(B)와 구동부(A)를 동시에 감싸고 있으며 회전하는 원통형하우징 이다.
자성체인 회전자와 자성체 또는 전도체로 성형된 로터하우징을 동시에 동일한 방향으로 회전하도록 하는데, 먼저 외부 전원에 의해서 모터용고정자와 로터하우징 사이에 자기력이 형성되어 회전축과 로터하우징이 회전하게 되고, 동시에 회전자와 발전용고정자 및 로터하우징 사이에서는 기전력이 발생하며, 회전축과 회전자 및 동시에 외곽에서 회전하는 로터하우징에 때문에 로터하우징이 바퀴를 구동할 수 있도록 하는 연구이다.

Description

모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템{Trains for convergence in parallel the motor and alternator in wheel system}
본 발명은 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 알터네이터는 고정자의 코어를 강력한 자성체인 계자철심으로 성형한 후 코일을 권선을 하여 회전자와 고정자간에 자기장으로 인해서 서로 붙으려고 붙으려는 힘(attraction) 때문에 회전저항이 많이 발생하는데, 본 발명에서는 모터용고정자와 자성체인 로터하우징이 자기력발생 기능을 담당하고, 자성체인 회전자와 복합연성물질 또는 비자성체로 성형하여 발전용고정자를 사이에 두고 자성체인 로터하우징이 동시에 회전할 때 원하는 기전력이 발생되며, 회전자와 발전용고정자 및 로터하우징 사이에 강한 자기장으로 인해서 붙어서 정지하려고 하지만 회전자와 로터하우징이 동시에 회전해줌으로써 서로 붙으려는 힘(attraction)을 소멸시켜 회전자와 발전용고정자 및 로터하우징 사이에 코깅현상과 와전류를 억제하고, 회전저항력을 줄이며, 회전속도를 높일 수 있는 것을 특징으로 한다. 이는 구동과 축전(Charge)을 동시에 요구하는 전기차와 전기오토바이 등에서 운행중에 충전기능을 더함으로써 주행거리를 늘릴 수 있는 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템에 관한 것이다.
본 발명은 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템에 관한 것으로, 알터네이터에서 생성되는 기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대속도에 비례한다.
따라서 자기장의 세기를 높이거나 도체를 길게 형성하거나 또는 자기장과 도체의 상대속도를 크게 함으로써 기전력을 높일 수 있다. 통상적으로 자기장과 도체의 상대속도를 크게 하여 기전력을 높이고 있는데 이를 위해서는 회전자의 회전속도를 높여야 하는데 이럴 경우 고속회전을 요하기 때문에 조력, 풍력 및 도로발전과 같이 저속회전력을 인가하는 경우 원하는 기전력을 얻을 수 없었다.
이에 2개의 회전자를 사용하여 원하는 기전력을 얻을 수 있는 발전기가 개발되었으며, 그 일례인 제10-1454805호의 발전기가 도5에 도시되어 있다.
도4의 발전기는 자석을 갖는 회전자(120)와 자성체인 내부케이싱(150)을 서로 동일한 방향으로 회전시킴으로써 저속회전력에서 기전력을 얻는 구조이고, 장점으로는 자석을 갖는 회전자(120)와 자성체인 내부케이싱(150)이라는 동시 회전체 사이에 복합연성물질 또는 비자성체로 성형된 고정자(130)의 코어에 권선된 권선코일을 사용하여 상호간 자기장이 유도되어 복합연성물질 또는 비자성체로 형성된 코어에 권선된 고정자(130)에게 기전력을 발생시키면서도 서로 붙으려는 힘(attraction)을 제거하고, 코깅현상과 와전류를 억제하며, 발열 억제효과와 회전저항을 크게 줄여 발전효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
그러나 상술한 종래의 발전기는 모터의 기능이 결합되지 않은 단순한 알터네이터의 기능만을 소유할 뿐이므로 엔진발전과 풍력발전 및 조력발전 등에 유용하지만 전기자동차나 전기운송수단으로 이용하기위해서는 모터기능과 알터네이터 부분이 병렬로 융합된 구동장치가 필요하다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것이다. 일반적으로 모터와 알터네이터를 융합하지 못하고 독자적인 형태로 제작되어 상호 연결시켜 사용해왔다.
본 발명의 목적은 모터와 알터네이터의 기능을 하나의 동체 안에 병렬로 결합시킴으로써 모터부의 기자력에 의해서 회전운동이 진행될 때 구동부(A)와 병렬로 결합된 발전부(B)로 하여금 기전력을 생산토록 하는 연구이다.
이를 위해서는 구동부(A)의 회전축에 발전용고정자를 병렬로 결합하고, 회전자는 발전용고정자와 로터하우징 사이에만 설치하여 모터용고정자와 발전용고정자가 동시에 기자력과 기전력을 얻을 수 있도록 한다.
따라서, 회전축과 회전자의 결합방법, 회전축과 모터용고정자와 발전용고정자의 결합방법, 회전축과 로터하우징의 결합방법, 권선코일의 도출방법 등이 선결하려는 과제이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템은 프레임의 중심부에 회전하는 회전축을 설치할 수 있다.
또한, 회전축은 좌우에 내부에 베어링을 장착한 회전축받침대L 및 회전축받침대R에 의해 지지될 수 있다.
또한, 회전자는 전도체 또는 자성성체로 성형되어 좌측은 회전자측판L
의 결속체를 이용하여 회전축과 고정되도록(Fixed) 결합되고, 우측은 회전자측판R의 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합될 수 있다.
또한, 발전용고정자는 복합연성물질 또는 비자성체 코어로 성형되어 좌측은 발전용고정자측판L의 결속체를 이용하여 회전축과 고정되도록(Fixed) 결합되고, 우측은 발전용고정자측판R의 결속체를 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 상태로 결합될 수 있다.
또한, 모터용고정자는 자성체로 성형되어 좌측은 모터용고정자측판L의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 상태로 결합되고, 우측은 모터용고정자측판R의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합될 수 있다.
또한, 로터하우징은 자성체 또는 전도체로 성형되며, 좌측은 사이드하우징L의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축 받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 사이드하우징R의 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합될 수 있다.
또한, 모터용 입력배선 및 발전용 출력배선은 발전용고정자의 권선코일 및 모터용고정자의 권선코일은 회전축받침대L을 축방향으로 배선관통구를 성형하여 외부로 안전하게 도출될 수 있다.
본 발명의 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템에 따르면, 회전자와 로터하우징이 발전용고정자를 사이에 두고 성형되며, 이들이 동시에 회전할 때 강한 자기장이 발전용고정자를 통과하며, 회전자와 발전용고정자 및 로터하우징 사이에 강한 자기장이 형성되지만 동시에 회전시킴으로써 붙어서 정지하려는 힘(attraction)을 소멸하여 코깅토크 현상과 와전류를 억제하고, 회전저항력을 줄이며, 회전속도를 높일 수 있는 것을 특징이다.
그러므로 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템에서 모터 기능과 알터네이터 기능을 한꺼번에 구현함으로서 경제성과 더불어서 구동과 축전(Charge)을 동시에 요구하는 전기차와 전기오토바이 등에서 운행중에 충전기능을 더함으로써 주행거리를 늘릴 수 있는 에너지융합기술 이다.
이는 발전부(B)에서 회전자와 로터하우징에게 자성체 또는 전도체로 성형시킴으로써 동일한 기계적인 구조에서도 3가지 유형의 구조로 다른 실시예의 제품화도 가능하다.
첫 번째 유형으로는, 발전용고정자는 그대로 두고, 회전자는 자성체로 성형하고 로터하우징을 전도체로 성형하여 마그네트의 숫자를 감소시켰을 때 기전력은 감소하나 회전부하를 감소시키는 유형이다.
두 번째 유형으로는, 발전용고정자는 그대로 두고, 회전자는 전도체로 성형하고 로터하우징을 자성체로 성형하여 마그네트의 숫자를 증가시켰을 때 기전력은 증가하나 회전부하가 증가하는 유형이다.
세 번째 유형으로는, 발전용고정자는 그대로 두고, 회전자는 자성체로 성형하고 로터하우징도 자성체로 성형하여 마그네트의 숫자를 더 증가시켰을 때 기전력은 더 증가하나 회전부하 또한 더 증가하는 유형이다.
위의 3가지 유형의 모든 장점으로는 회전저항력은 조금 있으나 회전력을 억제하고 정지시키려는 힘(attraction)을 매우 감소시킴으로써 회전자와 발전용고정자 및 로터하우징 간의 코깅현상과 와전류를 소멸하고, 회전저항력을 줄여주며, 회전속도를 높일 수 있어서 원하는 기전력과 외부 동력에너지를 절약하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템의 횡단면도
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 얻어진 종단면도
도 3은 도 1의 B-B선을 따라 얻어진 종단면도
도 4은 도 1의 C-C선을 따라 얻어진 종단면도
도 5는 종래기술의 발전기의 횡단면도
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터기능과 알터네이터 기능을 융합한 구동기계에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템(1)의 회전축(10)은 외부전원 또는 외부의 동력발생수단에 의해 발생하는 에너지에 의해 회전하며, 그 양측 단이 회전축받침대L,R(11,12)에 의해 회전가능하게 지지된다.
회전축베어링(13)은 회전축받침대L,R(11,12)의 내부에 장착되며, 회전축(10)의 회전 가능하도록 결합하기 위한 수단이다.
모터용고정자(120)는 자성체로 성형되어 좌측은 모터용고정자측판L(121)이 모터용고정자측판L의 결합베어링(123)을 이용하여 회전축(10)의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 모터용고정자측판R(122)이 모터용고정자측판R의 결합베어링(124)을 이용하여 회전축(10)의 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합되어 회전축(10)의 회전력에 상관없이 항상 정지된 상태를 유지하게 된다.
발전부(B)에서 회전자(130)의 좌측은 회전자측판L(131)이 결속체(135)를 이용하여 회전축(10)의 외주면과 고정되도록(Fixed) 결합되고, 우측은 회전자측판R(132)이 결속체(136)를 이용하여 회전축(10)의 외주면과 고정되도록(Fixed) 결합된다.
발전용고정자(140)의 좌측은 발전용고정자측판L(141)이 결속체(143)를 이용하여 회전축받침대L(11)의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 발전용고정자측판R(142)이 발전용고정자측판R의 결합베어링(144)을 이용하여 회전축(10) 외주면에 슬립(Slip) 상태로 결합되어 회전축(10)의 회전력에 상관없이 항상 정지된 상태를 유지하게 된다.
로터하우징(110)의 좌측은 사이드하우징L(111)이 사이드하우징L의 결합베어링(113)을 이용하여 회전축 받침대L(11)의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 사이드하우징R(112)이 결속체(116)를 이용하여 회전축(10)에 고정되도록(Fixed) 결합된다.
모터용 입력배선 및 발전용 출력배선은 발전용고정자(140)의 권선코일 및 모터용고정자(120)의 권선코일은 회전축받침대L(11)을 축방향으로 배선관통구를 성형하여 외부로 안전하게 도출된다.
이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템(1)의 작용에 대하여 설명한다.
회전축(10)에 회전동력이 발생하면, 회전축받침대L,R(11,12)에 의해 지지되는 회전축(10)이 회전하게 된다.
회전축(10)이 회전하면, 모터부(A)에서는 회전축(10)의 바깥에서 양쪽이 슬립(Slip) 상태로 결합되는 모터용고정자(120) 및 좌측은 슬립(Slip) 상태로 결합되며 우측이 회전축(10)에 고정되도록(Fixed) 결합된 로터하우징(110) 사이에 기자력이 발생하고, 회전축(10)과 로터하우징(110)이 동시에 회전하게 되면서, 동시에 발전부(B)에서도 회전축(10)과 고정되게 결합된 회전자(130)와 로터하우징(110)이 동시에 회전하면서 중간에 있던 발전용고정자(140)에서 기전력이 발생하게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조로 본 발명의 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템(1)에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
A: 모터부 B: 발전부
1 : 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템
10 : 회전축 11 : 회전축받침대L 12 : 회전축받침대R 13 : 회전축베어링
110 : 로터하우징 111 : 하우징측판L 112 : 하우징측판R
113 : 하우징측판L의 결합베어링 116 : 하우징측판R의 결속체
120 : 모터용고정자
120a : 자성체 코어에 권선된 권선코일
121 : 모터용고정자측판L 122 : 모터용고정자측판R
123 : 모터용고정자측판L의 결합베어링 124 : 모터용고정자측판R의 결합베어링
130 : 회전자
131 : 회전자측판L 132 : 회전자측판R
135 : 회전자측판L의 결속체 136 : 회전자측판R의 결속체
140 : 발전용고정자
140a : 복합연성물질 또는 비자성체 코어에 권선된 권선코일
141 : 발전용고정자측판L 142 : 발전용고정자측판R
143 : 발전용고정자측판L의 결속체 144 : 발전용고정자측판R의 결합베어링
150 : 배선관통구
151 : 모터용 입력배선 152 : 발전용 출력배선
161 : 결속체

Claims (3)

  1. 프레임의 중앙에서 회전하는 회전축;
    상기 회전축을 지지하기 위해 내부에 베어링이 장착되는 회전축받침대L 및 회전축받침대R;
    상기 회전축의 바깥에서 자성체 또는 전도체로 성형되어 좌측은 회전자측판L
    의 결속체를 이용하여 회전축과 고정되도록(Fixed) 결합되고, 우측은 회전자측판R의 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합되어 상기 회전축과 함께 동시에 회전하는 회전자;
    상기 회전자를 감싸며, 복합연성물질 또는 비자성체 코어로 성형되며, 좌측은 발전용고정자측판L의 결속체를 이용하여 상기 회전축받침대L의 외주면과 고정되도록(Fixed) 결합되고, 우측은 발전용고정자측판R의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합되는 발전용고정자;
    상기 회전축의 바깥에서 자성체 코어에 권선된 권선코일로 형성되며, 좌측은 모터용고정자측판L의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 모터용고정자측판R의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축 외주면에 슬립(Slip) 형태로 결합되는 모터용고정자;
    상기 발전용고정자와 상기 모터용고정자의 바깥쪽에 자성체 또는 전도체로 성형되며, 좌측은 사이드하우징L의 결합베어링을 이용하여 상기 회전축받침대L의 외주면과 슬립(Slip) 형태로 결합되고, 우측은 사이드하우징R의 결속체를 이용하여 상기 회전축에 고정되도록(Fixed) 결합되는 로터하우징;
    상기 발전용고정자의 권선코일 및 상기 모터용고정자의 권선코일은 상기 회전축받침대L을 축방향으로 배선관통구를 성형하여 외부로 안전하게 도출되는 모터용 입력배선 및 발전용 출력배선; 및
    상기 회전축의 일측에서 구동부(A)를 구성하는 모터용고정자와 로터하우징이 사이에서 기자력을 생성할 때, 상기 회전축의 타측에서 발전부(B)를 구성하는 상기 회전자와 상기 발전용고정자 및 상기 로터하우징 사이에서 기전력이 발생되면서 상기 회전자와 상기 로터하우징이 함께 동일한 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터용고정자를 붙잡아주기 위해서 상기 발전용고정자의 발전용고정자측판R의 결합베어링과 상기 모터용고정자측판L의 결합베어링을 결속체로 연결하는 것을 특징으로 하는 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전자와 상기 로터하우징이 상기 발전용고정자를 사이에 두고 성형되며, 이들이 동시에 회전할 때 강한 자기장이 상기 발전용고정자를 통과하며, 상기 회전자와 상기 발전용고정자 및 상기 로터하우징 사이에 강한 자기장이 형성되지만 동시에 회전시킴으로써 붙어서 정지하려는 힘(attraction)을 소멸하여 코깅토크 현상과 와전류를 억제하고, 회전저항력을 줄이며, 회전속도를 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 모터와 알터네이터를 병렬로 융합한 전동차용 인휠시스템.
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