KR20220059583A - 폐루프 기반의 동력 장치를 포함하는 구동 장치 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

폐루프 기반의 동력 장치를 포함하는 구동 장치 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

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백승찬
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이희준
홍진우
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Abstract

본 발명은 폐루프(closed-loop) 기반의 동력 장치를 포함하는 구동 장치와 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 구동 장치는 외부 동력을 전달받아 회전하는 구동기어에 의해 구동하는 차동기어, 일단이 각각 차동기어에 연결되며, 타단이 각각 바퀴에 연결된 복수의 액슬축 및 적어도 일부가 차동기어의 상부에 배치되어 구동기어를 회전시켜 차동기어를 구동하는 폐루프 기반의 동력 장치를 포함한다. 이때 동력 장치는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부와, 외부로 노출된 일단이 구동기어에 연결되어 구동기어를 회전시키는 기동축, 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 및 기동축의 축선에 배치되고 하우징으로 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 동력 생성부와, 동력 생성부로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.

Description

폐루프 기반의 동력 장치를 포함하는 구동 장치 및 이를 포함하는 자동차 {Drive Unit including Closed-loop based power unit, and automobile including the same}
본 발명은 폐루프 기반의 동력 장치를 포함하는 구동 장치 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
자동차 산업에서는 온실가스와 공해로 인해 자연파괴를 넘어 인간의 생존을 위협하는 석유 및 광물 동력원을 최소로 사용해야 한다는 세계적인 분위기 속에서, 전력을 동력원으로 하는 전기자동차, 연료전지 차량 또는 중간 형태의 자동차를 효율적으로 구동시켜 탄소 배출을 최소화하는 방법을 모색하고 있다. 특히, 현재 차량들은 대다수 중간 형태의 하이브리드 자동차로서 탄소 배출을 최소화할 수 있는 방안을 모색중이다.
한편, 자동차를 이용한 물류 운송 산업은 계속해서 발전하고 있으며, 보다 효율적인 운송을 위해 자동차의 크기를 증가시키고 있다. 그러나 이렇게 물류 운송에 이용되는 자동차는 배터리를 적재할 공간 확보의 어려움 및 최대 동력 확보의 어려움 등을 이유로 상기의 하이브리드 형태로 진화하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 새로운 형태의 하이브리드 구동 장치가 요구된다.
본 발명은 폐루프(closed-loop) 기반의 새로운 동력 장치를 이용하여 차동기어를 구동하는 구동 장치 및 이를 이용한 자동차를 제공하는데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 후륜 차동기어에 상기의 구동 장치를 적용함으로써 새로운 형태의 하이브리드 자동차를 제공하는데에 그 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동 장치는 외부 동력을 전달받아 회전하는 구동기어에 의해 구동하는 차동기어; 일단이 각각 상기 차동기어에 연결되며, 타단이 각각 바퀴에 연결된 복수의 액슬축; 및 적어도 일부가 상기 차동기어의 상부에 배치되어, 상기 구동기어를 회전시켜 상기 차동기어를 구동하는 폐루프(closed-loop) 기반의 동력 장치를 포함한다. 상기 동력 장치는, 상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부; 외부로 노출된 일단이 상기 구동기어에 연결되어 상기 구동기어를 회전시키는 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 및 상기 기동축의 축선에 배치되고 상기 하우징으로 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 동력 생성부; 및 상기 동력 생성부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동차는 전륜 차동기어; 두 개 이상의 후륜 차동기어; 상기 전륜 차동기어로 동력을 전달하는 주 동력 장치; 및 적어도 일부가 각 후륜 차동기어의 상부에 배치되어, 상기 각 후륜 차동기어를 구동하는 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 보조 동력 장치를 포함한다. 상기 보조 동력 장치는, 상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부; 상기 후륜 차동기어에 결합된 구동기어를 회전시키는 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 및 상기 기동축의 축선에 배치되고 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 복수의 동력 생성부; 및 상기 복수의 동력 생성부 각각으로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예들은 폐루프 기반의 동력 장치를 이용하여 독립적으로 차동기어를 구동시킴으로써, 크기를 확대하면서도 친환경적이고 에너지 효율적인 자동차를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시예들은 상기의 동력 장치를 차동기어의 상부에 배치시킴으로써, 동력 장치의 크기를 다양하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 폐루프(closed-loop) 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템을 이용한 동력 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 생성부의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구동 장치의 일부를 도시한 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 차동기어에 연결된 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 폐루프(closed-loop) 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템은 시스템 내부에서 순환하는 유체의 압력을 이용하여 동력을 발생시킨다.
개략적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르는 시스템은 유체 압축부(100), 동력 생성부(200) 및 유체 회수부(300)로 이루어질 수 있으며, 물리적으로 외부와 차단된 복수의 하우징 및 복수의 배관을 통해 고압의 유체를 이동시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 유체 압축부(100)는 유입되는 유체에 압력을 가하여 동력 생성부(200)로 토출하며, 동력 생성부(200)는 고압으로 유입된 유체를 이용하여 내부의 적어도 하나의 블레이드 장치를 회전시켜 동력(즉, 토크)을 발생시킨다. 발생된 토크는 외부로 전달될 수 있다.
동력 생성부(200)에서 사용된 후 압력이 낮아진 유체는 유체 회수부(300)로 이동되며, 유체 회수부(300)는 유체의 압력을 일정 수준으로 증가시킨 후 유체 압축부(100)로 재이동시킨다. 즉, 유체 회수부(300)는 사용된 유체를 가압하여 중고압의 유체를 유체 압축부(100)로 토출할 수 있다. 유체 회수부(300)는 구현예에 따라, 유체 압축부(100)와 일체로 구현될 수도 있으며, 두 개 이상의 동력 생성부가 유체 압축부(100) 및 유체 회수부(300)와 병렬로 연결될 수도 있다.
한편, 유체는 시스템 내부에서 유동할 수 있는 것으로, 어는점이 낮고 기화점이 높으면서 난연성분을 포함하는 것일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 유체의 지속적인 순환을 이용하여 동력을 생성 및 이를 외부로 전달하는 동력 장치로서의 기능을 수행할 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치 및 이를 포함하는 구동 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐루프 시스템을 이용한 동력 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 생성부(200)의 단면을 도시한 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 동력 장치를 상세히 설명한다.
먼저, 유체 압축부(100)는 유체를 가압하고 토출하기 위한 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 유체 압축부(100)는 고압의 유체가 저장되는 제1 압축탱크(101), 제1 압축탱크(101)의 유체를 가압하는 제1 압축펌프(102), 및 제1 압축펌프(102)를 구동시키는 제1 압축모터(103)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 압축제어기(104)를 통해 제1 압축펌프(102)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제1 압축탱크(101) 및 제1 압축펌프(102)에는 압력센서가 장착되어 내부의 유체의 압력을 측정할 수 있다.
또한, 유체 압축부(100)는 제1 압축탱크(101) 내부의 기체를 제거하기 위한 별도의 기체 회수 모터를 더 포함할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다.
동력 생성부(200)는 회전력을 발생시켜 동력을 생성하는 구성요소들을 포함한다. 동력 생성부(200)는 기동축(206), 기동축(206)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구(230)와 내부의 유체를 외부로 배출되는 적어도 하나의 배출구(240)를 포함하는 하우징(201), 기동축(206)을 중심으로 기동축(206)의 축선에 배치되는 적어도 하나의 블레이드 장치(202a, 202b, 202c, 202d; 202)를 포함할 수 있다. 또한, 동력 생성부(200)는 유체 압축부(100)로부터 배출된 유체가 하우징(201) 내부로 유입되는 것을 허용하거나 차단하는 적어도 하나의 밸브(203)를 포함할 수 있다. 이때, 밸브(203)는 솔레노이드(solenoid) 밸브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 유입구(230)는 깔대기 형상으로 형성될 수 있다.
블레이드 장치(202)는 유입구(230)와 배출구(240)를 제외하고 외부와 차단된 일정한 공간에 유체에 둘러싸인 상태로 배치되며, 일면 또는 양면에 일 방향으로 구비된 다수의 블레이드를 포함할 수 있다. 블레이드 장치(202)는 하우징(201) 내로 유입되는 고압의 유체에 의해 상기 다수의 블레이드가 회전하여 기동축(206)을 회전시킬 수 있다. 즉, 블레이드 장치(202)는 유입된 유체가 상기 블레이드를 타격하면 블레이드를 감싸고 있던 유체와 유입된 유체의 압력차이에 의해 기동축(206)을 중심으로 회전한다. 기동축(206)은 일단 및/또는 타단이 하우징(201)을 관통하여 배치되므로, 기동축(206)이 회전함에 따라 발생된 동력은 기동축(206)에 연결된 외부의 다른 기관(또는 다른 장치)으로 전달될 수 있다.
한편, 기동축(206)에 배치되는 블레이드 장치(202)의 개수는 동력 장치의 기능, 필요 동력 등에 따라 선택적으로 결정될 수 있다. 또한, 하우징(201) 내부의 유체는 블레이드 장치(202)가 잠기도록 기 결정된 양 이상일 수 있다.
복수의 블레이드 장치(202)가 구비될 경우, 각 블레이드 장치(202)는 격벽(204)을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다. 즉, 하우징(201)의 내부에 서로 격벽(204)에 의해 격리되어 유체로 채워진 공간에 각각의 블레이드 장치(202)가 배치됨으로써 서로의 회전에 의해 다른 블레이드 장치가 간섭 받는 것을 방지할 수 있고, 블레이드 장치의 회전력을 기동축(206)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이 경우, 하우징(201)은 격벽(204)에 의해 구분되는 공간 별로 유체의 유입로와 배출로를 구비할 수도 있으나, 필수적인 것은 아니다. 또한, 구현예에 따라, 각 블레이드 장치(202)는 일체로 단일 공간에 배치될 수도 있으며, 격벽이 아닌 적어도 하나의 기어 등으로 구분될 수도 있다.
또한, 복수의 블레이드 장치(202)는 서로 다른 크기로 구현됨으로써, 각각이 회전하면서 발생하는 토크(torque)의 크기를 상이하게 할 수 있다. 이는, 마치 서로 다른 변속비를 갖는 기어가 맞물려 기동축(206)에 서로 다른 토크를 전달하는 종래의 기어박스와 그 기능이 유사할 수 있다. 또한, 각 블레이드 장치(202)는 선택적으로 구동될 수 있다. 이를 통해, 기동축(206)으로부터 발생되는 토크 및 회전 속도가 제어될 수 있다.
하우징(201)은 내부에 유체를 담지한 공간을 적어도 하나 포함하고 있으며, 상기 공간에 두 개 이상의 블레이드 장치(202)를 배치함으로써, 블레이드 장치(202)가 유체에 의해 회전 운동할 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하우징(201)은 금속 또는 금속합금으로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(201) 내에는 기동축(206)이 배치되며, 기동축(206)은 하우징(201)의 내부에서 회전한다. 이때, 하우징(201)의 외부로 돌출된 기동축(206)의 일단은 실링부재(미도시됨)로 하우징(201)과 연결됨으로써, 하우징(201)의 내부 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 실링 부재는, 비한정적인 예로서, 고무 오링(oring) 등일 수 있다. 또한 하우징(201)과 기동축(206)의 결합부에는 판형 베어링이 구비될 수도 있다.
또한, 하우징(201)은 하우징(201)의 내부로부터 유체를 유입하여 저장하는 유체 저장소(205)를 더 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 하우징(201)의 내부 공간과 유체 저장소(205)가 연결되어 있다. 유체 저장소(205)는 회수된 유체를 유체 회수펌프(220)를 이용하여 유체 압축부(100) 또는 유체 회수부(300)로 보낼 수 있다. 이와 같이 유체 저장소(205)를 구비함으로써 개별적으로 유체 회수파이프의 구조를 단순화할 수 있으며 하우징(201)에서 배출되는 유체의 압력을 감쇠함으로써 제2 압축제어기(304) 및 제2 압축펌프(302)의 고장을 방지할 수 있다.
한편, 유체가 저장되는 하우징(201)과 유체 저장소(205)는 유체 정화장치(208, 210)를 포함함으로써 유체 내부의 기체, 물 또는 불순물을 제거하여 유체의 물리적 특성이 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 유체 정화장치(208, 210)은 구배 또는 홈을 포함하는 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 동력 생성부(200)는 유체 회생 압축장치(207)를 더 포함할 수 있다. 유체 회생 압축장치(207)는 밸브(207a)를 통해 하우징(201)의 내부의 유체를 유입 저장하거나 유체 회생 압축장치(207) 내의 유체를 하우징(201)으로 다시 배출할 수 있다. 이때 밸브(207a)는 솔레노이드 밸브일 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.
상기 유체 회생 압축장치(207)는 외부 동력에 의해 기동축(206)이 회전됨에 따라 하우징(201) 내부의 압력이 높아진 고압의 유체를 유입 및 저장할 수 있다. 고압의 유체는 동력 장치의 초기 구동 시 등에, 하우징(201)으로 배출됨으로써 유체 압축부(100)에서 유체가 유입되기 이전에 신속하게 동력 생성부(200)를 구동시키는데에 이용될 수 있다.
다음으로, 동력 생성부(200)에서 사용된 유체는 유체 회수부(300)로 회수될 수 있다. 유체 회수부(300)는 회수된 유체를 일정한 압력으로 가압할 수 있다. 예를 들어, 유체 회수부(300)는 회수된 유체의 압력을 제1 압축탱크(101)의 내부 압력을 기준으로 70% 내지 90%로 상승시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 통해, 유체 압축부(100)와 동력 생성부(200) 간의 압력 차이로 인한 파손 등을 방지할 수 있으며, 유체가 동력 생성부(200)에서 역류하는 것을 방지할 수 있다.
유체 회수부(300)는 상기의 기능을 수행하기 위하여, 회수된 유체를 저장하는 제2 압축탱크(301), 제2 압축탱크(301)의 유체를 기 결정된 압력으로 압축하는 제2 압축펌프(302) 및 제2 압축모터(303)를 포함할 수 있다.
또한, 제2 압축제어기(304)를 통해 제2 압축펌프(302)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제2 압축탱크(301) 및 제2 압축펌프(302)는 압력센서를 구비하여 각각의 유체의 압력을 측정할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 도시되지 않았으나, 유체 회수부(300)에서 가압된 중고압의 유체는 바로 동력 생성부(200)로 유입될 수도 있다. 이 경우, 상기 중고압의 유체는 저속구동용 에너지원으로 사용될 수 있다.
또한, 유체 압축부(100)의 제1 압축모터(103)와 유체 회수부(300)의 제2 압축모터(303)는 동력을 제공받기 위해 배터리에 연결될 수 있으며, 동력 장치의 각 구성요소들은 다양한 센서들 및 전기적 제어 장치에 연결될 수 있다.
폐루프 시스템 내의 유체의 순환을 제어하기 위하여, 유체 압축부(100), 동력 생성부(200) 및 유체 회수부(300) 사이에는 유체가 흐르는 배관들이 구비될 수 있다. 제1 압축펌프(102)에서 제1 압축탱크(101)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제1 배관, 제1 압축탱크(101)에서 동력 생성부(200)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제2 배관, 동력 생성부(200)에서 제2 압축펌프(302)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제3 배관, 제2 압축펌프(302)에서 제2 압축탱크(301)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제4 배관, 및 제2 압축탱크(301)에서 제1 압축펌프(102)로 유체가 흐르는 적어도 하나의 제5 배관을 포함할 수 있다. 각 배관에는 유체의 입출력을 제어하기 위한 밸브가 배치될 수 있다. 한편, 상기의 배관 외에도 폐루프 시스템을 유지하는 내에서 더 많은 배관이 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구동 장치(10)의 일부를 도시한 일 예이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치(40)가 차동기어(41)에 연결된 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(10)는 외부 동력을 전달받아 회전하는 구동기어(또는 링기어)(42)에 의해 구동하는 차동기어(differential gear)(41)와, 일단이 각각 차동기어(41)에 연결되며 타단이 각각 바퀴(44a, 44b)에 연결된 복수의 액슬축(43a, 43b)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(10)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 일부가 차동기어(41)의 상부에 배치되어, 구동기어(42)를 회전시켜 차동기어(41)를 구동하는 폐루프 기반의 동력 장치(40)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치(40)는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부(100); 외부로 노출된 일단이 구동기어(42)에 연결되어 구동기어(42)를 회전시키는 기동축(206), 기동축(206)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구(230) 및 내부의 유체를 유체 회수부(300)로 배출하는 적어도 하나의 배출구(240)를 포함하는 하우징(201), 및 기동축(206)의 축선에 배치되고 하우징(201)으로 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축(206)을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 동력 생성부(200); 및 동력 생성부(200)로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부(100)로 토출하는 유체 회수부(300)를 포함한다. 상기한 동력 장치(40)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 동력 장치와 관련되므로, 중복되는 설명은 생략한다.
기동축(206)은 차동기어(41)의 상부에서, 하우징(201)의 외부로 돌출된 일단(51)이 지면을 향하여 배치된다. 즉, 기동축(206)은 차동기어(41)의 상부에서 차동기어(41)를 향하여 상하 방향으로 뻗어 배치된다. 이때 기동축(206)의 외부로 돌출된 부분은 하우징(201)과 실링부재(미도시됨)로 접합되어 하우징(201) 내부의 유체가 외부로 빠져나가지 않도록 할 수 있다.
한편, 유체 압축부(100) 및 유체 회수부(300)는 동력 생성부(200)와 달리, 차동기어(41)의 상부에 배치되어야 할 필요는 없으며, 구동 장치(10) 내의 임의 위치에 배치될 수 있다.
또한, 기동축(206)은 하우징(201)의 외부로 노출된 상기 일단(51)에 결합된 제1 기어(52)를 포함한다. 제1 기어(52)는 구동기어(42)에 맞물림하여, 기동축(206)의 회전력을 차동기어(41)로 전달한다. 제1 기어(52)는 구동기어(42)의 일부에 맞물림된 피니언 기어일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 제1 기어(52)의 크기는 구동 장치(10)의 성능 및 구현 방법에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
하우징(201)의 적어도 일부(예컨대, 하우징(201)의 외곽부 등)는 구동 장치(10)의 프레임 바디(frame body)(미도시됨)에 의해 지지될 수 있다. 이 경우, 프레임 바디에 의해 지지되는 동력 생성부(200)의 하우징(201)은 금속 또는 금속 합금으로 구성되므로, 동력 생성부(200)는 그 상부에 하중이 큰 물건들이 적재되는 것을 허용할 수 있다.
구동기어(42)에 의해 구동하는 차동기어(41)는, 일종의 동력 전달 장치로서, 일측이 구동기어(42)에 결합된 기어박스(411), 적어도 하나의 피니언 기어(또는 유성기어)(412a, 412b), 상기 피니언 기어(412a, 412b)와 기어박스(411)를 연결하는 피니언 샤프트 및 적어도 하나의 사이드 기어(또는 썬기어)(413a, 413b)를 포함할 수 있으나, 차동기어의 내부 구조는 특별히 한정되지 않는다. 차동기어(41)는 기어박스(411) 일측에 결합된 구동기어(42)가 회전함에 따라 각 액슬축(43a, 43b)의 일단에 연결된 사이드 기어(413a, 413b)를 회전시킴으로써, 각 액슬축(43a, 43b)의 타단에 연결된 바퀴(44a, 44b)로 동력을 전달한다.
도 5를 참조하면, 구동기어(42)는 액슬축(43)의 축선에 배치되어 기동축(206)과 평행하여 배치될 수 있다. 기동축(206)의 회전에 의해 회전하는 제1 기어(52)가 구동기어(42)를 회전시킨다.
한편, 도 4 및 도 5에서는 기동축(206)의 일단에 결합된 제1 기어(52)가 구동기어(42)에 맞물림하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 구동기어(42)는 링기어, 썬기어 및 복수의 유성기어로 구성될 수 있다. 이 경우, 기동축(206)은 제1 기어(52) 및 상기 제1 기어(52)로부터 전달되는 동력의 방향을 변경하는 적어도 하나의 제2 기어(미도시됨)를 포함하며, 구동기어(42)는 상기 적어도 하나의 제2 기어에 연결된 유성기어에 의해 회전될 수 있다.
한편, 기동축(206)의 타단에는 기동축(206)의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전부(미도시됨)가 더 포함될 수 있다. 발전부는 생성된 전기를 배터리에 충전하고, 이를 동력 장치(40)의 내외부로 공급할 수 있다. 발전부는 회생전기를 발생시키는 발전기를 포함하며, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 동력 생성부(200)는 외부 동력에 의해 하우징(201) 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고, 유체를 다시 하우징(201)으로 배출하는 유체 회생 압축장치(207)을 포함할 수 있다. 이때 유체 회생 압축장치(207)는 하우징(201)과 마찬가지로 금속 및/또는 금속합금으로 이루어질 수 있으며, 하우징(201)의 측면에 나란히 배치되어, 구동 장치(10)의 프레임 바디에 의해 지지될 수 있다.
또한, 동력 생성부(200)는 다양한 개수의 블레이드 장치(202)를 포함하여 구현될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 4 이하에서는, 동력 생성부(200)에 두 개의 블레이드 장치(202)가 포함되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 차동기어의 성능 및 구동 장치의 성능에 따라 다양한 개수 및 크기의 블레이드 장치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 구동 장치(10)는 자동차의 후륜 차동기어에 결합되어 독립적으로 후륜 차동기어를 구동함으로써, 뒷바퀴에 독립적인 동력을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 대해서는, 이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 일 예이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 다른 일 예이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 전륜 차동기어(61); 하나 이상의 후륜 차동기어(41); 전륜 차동기어(61)로 동력을 전달하는 주 동력 장치(60); 및 적어도 일부가 각 하륜 차동기어(41)의 상부에 배치되어, 각 후륜 차동기어(41)를 구동하는 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 보조 동력 장치(40')를 포함한다. 도 6 및 도 7의 보조 동력 장치는 앞서 설명한 도 4 및 도 5의 동력 장치(40)와 관련되므로, 중복되는 설명은 생략한다.
주 동력 장치(60)는 공급받은 연료를 연소하여 출력축을 회전시키는 가솔린 내연 기관 또는 디젤 내연기관일 수 있으며, 또는 배터리에서 공급된 전력을 통해 동력을 발생시키는 구동 모터, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
주 동력 장치(60)는 동력을 생성하여 이를 전륜 차동기어(61)로 전달한다. 이때 주 동력 장치(60)와 전륜 차동기어(61) 사이에는 변속기(62) 및/또는 종감속장치(미도시됨) 등이 더 구비될 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
보조 동력 장치(40')는 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부(100); 후륜 차동기어(41)에 결합된 구동기어(42)를 회전시키는 기동축(206), 기동축(206)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 유체 압축부(100)에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구(230) 및 내부의 유체를 유체 회수부(300)로 배출하는 적어도 하나의 배출구(240)를 포함하는 하우징(201), 및 기동축(206)의 축선에 배치되고 유입된 유체에 의해 회전하여 기동축(206)을 회전시키는 복수의 블레이드 장치(202)를 포함하는 적어도 하나의 동력 생성부(200); 및 적어도 하나의 동력 생성부(200)로부터 배출된 유체를 회수하여 유체 압축부(100)로 토출하는 유체 회수부(300)를 포함한다.
보조 동력 장치(40')는 각 후륜 차동기어(41)를 구동한다. 보조 동력 장치(40')는 자동차의 제어부에 의해 제어되며, 상기 제어부에 의해 주 동력 장치(60)와 연동하여 각 후륜 차동기어(41)를 구동할 수 있다.
한편, 기동축(206)은 후륜 차동기어(41)의 상부에서, 하우징(201)의 외부로 노출된 일단이 지면을 향하여 배치된다. 즉, 기동축(206)은 지면을 향해 상하방향으로 뻗어 배치되며, 그 끝단에 결합된 제1 기어(52)에 의해 구동기어(42)와 맞물림한다. 이에 대해서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략한다.
특히, 도 7을 참조하면, 보조 동력 장치(40')는 하나의 유체 압축부(100) 및 하나의 유체 회수부(300)에 병렬 연결되고, 복수의 후륜 차동기어(41) 각각의 상부에 배치된 복수의 동력 생성부(200)를 구비할 수 있다. 복수의 동력 생성부(200) 각각은 유체 압축부(100) 및 유체 회수부(300) 각각과 연결된 배관의 적어도 일부를 공유함으로써 하나의 유체 압축부(100)로부터 고압의 유체를 제공받고, 사용한 유체를 하나의 유체 회수부(300)로 배출할 수 있다.
또한, 복수의 동력 생성부(200) 각각은 복수의 후륜 차동기어 각각에 구비됨으로써 자동차의 뒷바퀴들로 동력을 제공할 수 있다. 이와 같이, 종래의 자동차가 사륜 이상에서 동력을 전달하는데에 한계가 있었던 것에 반하여, 본 발명의 자동차는 보조 동력 장치(40')를 이용하여 용이하면서도 효율적으로 사륜 이상의 바퀴들로 동력을 제공할 수 있다. 이를 통해, 주 동력 장치의 용량을 무리하게 증가시키지 않으면서도 용이하게 대형 자동차를 제조할 수 있다.
한편, 종래의 전륜 차동기어에서 후륜 차동기어로 동력을 전달하던 추진축은 생략될 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에서는 도시되지 않았으나, 동력 생성부(200)는 유체 회생 압축장치(207)를 더 포함할 수 있다. 동력 생성부(200) 및/또는 유체 회생 압축장치(207)는 자동차의 바디 프레임(body frame)에 의해 지지되어, 상부에 하중이 큰 물체가 적재되는 것을 허용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치가 적용된 자동차를 도시한 또 다른 일 예이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치(40")는 하나의 유체 압축부(100) 및 하나의 유체 회수부(300)에 병렬 연결된 복수의 동력 생성부(200)를 포함하며, 상기 복수의 동력 생성부(200) 중 적어도 하나의 기동축은 주 동력 장치(60)의 출력축에 연결되어 주 동력 장치(60)로 부수적인 동력을 제공하고, 주 동력 장치(60)의 동력을 전달받아 다른 장치로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치는 다양한 자동차에 적용될 수 있으며, 보조적인 동력 장치로서 기능할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 장치는 주 동력 장치로 기능할 수도 있다. 이 경우, 동력 생성부에 구비되는 블레이드 장치의 개수는 증가할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 유체 압축부
101: 제1 압축탱크 102: 제1 압축펌프 103: 제1 압축모터
104: 제1 압축제어기
200: 동력 생성부
201: 하우징 202: 블레이드 장치 203: 밸브 204: 격벽
205: 유체 저장소 206: 기동축 207: 유체 회생 압축장치
220: 유체 회수펌프 230: 유입구 240: 배출구
300: 유체 회수부
301: 제 2 압축탱크 302: 제2 압축펌프 303: 제2 압축모터
304: 제2 압축제어기
10: 구동 장치
40, 40': 동력 장치, 보조 동력 장치
41: 후륜 차동기어
411: 기어박스 412a, 412b: 피니언 기어
413a, 413b: 사이드 기어
42: 구동기어 43a, 43b: 액슬축
44a, 44b: 바퀴
51: 기동축 일단 52: 제1 기어
60: 주 동력 장치 61: 전륜 차동기어
62: 변속기

Claims (11)

  1. 외부 동력을 전달받아 회전하는 구동기어에 의해 구동하는 차동기어;
    일단이 각각 상기 차동기어에 연결되며, 타단이 각각 바퀴에 연결된 복수의 액슬축; 및
    적어도 일부가 상기 차동기어의 상부에 배치되어, 상기 구동기어를 회전시켜 상기 차동기어를 구동하는 폐루프(closed-loop) 기반의 동력 장치를 포함하되,
    상기 동력 장치는,
    상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부;
    외부로 노출된 일단이 상기 구동기어에 연결되어 상기 구동기어를 회전시키는 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 및 상기 기동축의 축선에 배치되고 상기 하우징으로 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 동력 생성부; 및
    상기 동력 생성부로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함하는 것인 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기동축은 상기 차동기어의 상부에서, 상기 외부로 노출된 일단이 지면을 향하여 배치된 것인 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기동축은 상기 외부로 노출된 상기 일단에 결합된 제1 기어를 더 포함하고,
    상기 제1 기어는 상기 구동기어에 맞물림하는 것인 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동기어는 상기 액슬축의 축선에 배치되어 상기 기동축과 평행하는 것인 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기동축은 상기 외부로 노출된 상기 일단에 결합된 제1 기어 및 상기 제1 기어에서 전달되는 동력의 방향을 변경하는 적어도 하나의 제2 기어를 포함하며,
    상기 구동기어는 상기 적어도 하나의 제2 기어에 연결된 유성기어에 의해 회전하는 것인 구동 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 기동축의 타단에 연결되어 상기 기동축의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전부를 더 포함하는 것인 구동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 적어도 일부가 상기 구동 장치의 프레임 바디(frame body)에 의해 지지되는 것인 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동력 생성부는, 외부 동력에 의해 상기 하우징 내부의 압력이 높아진 유체를 유입 및 저장하고, 상기 유체를 상기 하우징으로 배출하는 유체 회생 압축장치를 더 포함하되,
    상기 유체 회생 압축장치는 상기 하우징의 측면에 배치되어, 상기 프레임 바디에 의해 지지되는 것인 구동 장치.
  9. 전륜 차동기어;
    두 개 이상의 후륜 차동기어;
    상기 전륜 차동기어로 동력을 전달하는 주 동력 장치; 및
    적어도 일부가 각 후륜 차동기어의 상부에 배치되어, 상기 각 후륜 차동기어를 구동하는 폐루프(closed-loop) 시스템 기반의 보조 동력 장치를 포함하되,
    상기 보조 동력 장치는,
    상기 폐루프 시스템 내에서 순환하는 유체를 가압하는 유체 압축부;
    상기 후륜 차동기어에 결합된 구동기어를 회전시키는 기동축, 상기 기동축의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고 상기 유체 압축부에서 배출된 유체를 내부로 유입하는 적어도 하나의 유입구 및 내부의 유체를 유체 회수부로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 포함하는 하우징, 및 상기 기동축의 축선에 배치되고 상기 유입된 유체에 의해 회전하여 상기 기동축을 회전시키는 복수의 블레이드 장치를 포함하는 복수의 동력 생성부; 및
    상기 복수의 동력 생성부 각각으로부터 배출된 유체를 회수하여 상기 유체 압축부로 토출하는 유체 회수부를 포함하는 것인 자동차.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기동축은 상기 각 후륜 차동기어의 상부에서, 상기 하우징의 외부로 노출된 일단이 지면을 향하여 배치된 것인 자동차.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 동력 생성부 각각은 상기 유체 압축부 및 상기 유체 회수부 각각과 연결하는 배관의 적어도 일부를 공유하여 병렬 연결되는 것인 자동차.
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