KR20230009657A

KR20230009657A - 이동체의 에너지 회수장치

Info

Publication number: KR20230009657A
Application number: KR1020210090342A
Authority: KR
Inventors: 홍창우
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2023-01-17

Abstract

본 발명은 공기 유동방향에 경사면을 제공하는 날개부가 길이방향을 따라 다수개 구비된 구동휠; 상기 구동휠의 외측을 감싸며 설치되는 자석; 상기 자석의 외측에 구비되는 코일; 상기 코일의 외측을 감싸는 케이스; 상기 케이스의 전방에 설치되며, 상기 구동휠로 공기유입을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 전방커버; 상기 케이스의 후방에 설치되며, 상기 구동휠을 통과한 공기의 배출을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 후방커버를 포함하여 구성된다.

Description

이동체의 에너지 회수장치{ENERGY RECOVERY DEVICE FOR MOVING OBJECTS}

본 발명은 차량과 같이 공기 중을 이동하는 이동체에 장착되어, 이동체가 이동하면서 소모하는 에너지의 일부를 회수할 수 있도록 하는 장치에 관한 기술이다.

차량과 같이 공기 중에 존재하는 물체가 이동하기 위해서는, 공기저항을 극복하고 이동해야 한다.

차량이 공기저항을 극복하고 이동 시, 차량 주변에는 공기의 상대적인 움직임에 의한 주행풍이 발생한다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

1020190142763

A

본 발명은 차량 등과 같은 이동체의 이동 시, 발생되는 주행풍으로부터 에너지를 효과적으로 회수하여 이동체에서 활용할 수 있도록 함으로써, 오염물질을 발생시키지 않고 친환경적인 방법으로 이동체 내에서 소요되는 에너지의 일부를 확보할 수 있도록 하는 이동체의 에너지 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 이동체의 에너지 회수장치는,

공기 유동방향에 경사면을 제공하는 날개부가 길이방향을 따라 다수개 구비된 구동휠;

상기 구동휠의 외측을 감싸며 설치되는 자석;

상기 자석의 외측에 구비되는 코일;

상기 코일의 외측을 감싸는 케이스;

상기 케이스의 전방에 설치되며, 상기 구동휠로 공기유입을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 전방커버;

상기 케이스의 후방에 설치되며, 상기 구동휠을 통과한 공기의 배출을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 후방커버;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 자석은 내부가 중공인 원통형 자석으로 구성되고;

상기 구동휠과 자석의 사이에는 원통형 회전모듈축이 상기 구동휠과 자석의 상대회전을 구속하는 상태로 설치되며;

상기 자석과 상기 코일 사이에는 에어갭(AIR GAP; AG)이 형성될 수 있다.

상기 전방커버는 다수의 리브가 중앙에 상기 구동휠을 지지하는 전방베어링을 지지하도록 모이면서 유선형 외곽을 형성할 수 있다.

상기 케이스에는,

상기 이동체에 회전 가능하게 지지되는 회전조인트가 설치되고;

상기 회전조인트와 길이방향으로 이격된 위치에, 상기 이동체에 대한 상기 케이스의 상대변위를 제공하도록 구성된 방향전환 액츄에이터가 설치될 수 있다.

상기 방향전환 액츄에이터는 상기 이동체에 대하여 상기 케이스의 병진운동과 회전운동을 형성하는 상대변위를 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 케이스는 상기 전방커버가 상기 이동체의 이동 방향을 향하도록 길게 배치되고;

상기 방향전환 액츄에이터는 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성되며;

상기 컨트롤러는 상기 이동체의 방향 전환에 따라 상기 방향전환 액츄에이터로 상기 케이스의 자세를 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 구동휠과 자석은 상기 케이스 및 코일에 대하여 회전 가능한 회전모듈을 구성하며;

상기 회전모듈의 일단에는 상기 회전모듈의 회전력을 기계적으로 인출할 수 있도록 기어가 구비될 수 있다.

상기 회전모듈의 일단에 구비된 기어는 웜기어로 구성되고;

상기 웜기어에는 피구동체에 연결되는 웜휠이 치합될 수 있다.

본 발명은 차량 등과 같은 이동체의 이동 시, 발생되는 주행풍으로부터 에너지를 효과적으로 회수하여 이동체에서 활용할 수 있도록 함으로써, 오염물질을 발생시키지 않고 친환경적인 방법으로 이동체 내에서 소요되는 에너지의 일부를 확보할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 길이의 증가만으로 에너지 회수량을 증대시킬 수 있어서, 차량 등의 미관에 부정적 요소를 최소화하면서, 비교적 많은 에너지 회수가 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이동체의 에너지 회수장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 에너지 회수장치 단면도,
도 3은 도 1의 에너지 회수장치를 부분 단면으로 표현한 입체도,
도 4는 도 1의 에너지 회수장치에 회전조인트와 방향전환 액츄에이터가 설치된 것을 설명한 도면,
도 5는 본 발명의 에너지 회수장치의 회전모듈에 기어가 연결되는 실시예를 도시한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 이동체의 에너지 회수장치의 실시예는, 공기 유동방향에 경사면을 제공하는 날개부(1)가 길이방향을 따라 다수개 구비된 구동휠(3); 상기 구동휠(3)의 외측을 감싸며 설치되는 자석(5); 상기 자석(5)의 외측에 구비되는 코일(7); 상기 코일(7)의 외측을 감싸는 케이스(9); 상기 케이스(9)의 전방에 설치되며, 상기 구동휠(3)로 공기유입을 허용하고, 상기 구동휠(3)을 회전 가능하게 지지하는 전방커버(11); 상기 케이스(9)의 후방에 설치되며, 상기 구동휠(3)을 통과한 공기의 배출을 허용하고, 상기 구동휠(3)을 회전 가능하게 지지하는 후방커버(13)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 차량, 철도차량, 선박, UAM(Urban Air Mobility) 등과 같은 이동체의 이동에 의해 발생되는 주행풍이 상기 구동휠(3)을 회전시키면, 상기 구동휠(3)과 함께 상기 자석(5)이 상기 코일(7) 내에서 회전함에 따라서, 상기 코일(7)에서 전기가 발전되도록 함으로써, 에너지를 회수하도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 에너지 회수장치는 차량의 하부에 차량 전후 방향을 따라 상기 케이스(9)의 길이방향이 정렬되도록 설치될 수 있어서, 차량 등의 외관을 거의 해치지 않고 장착될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 자석(5)은 내부가 중공인 원통형 자석으로 구성되고; 상기 구동휠(3)과 자석(5)의 사이에는 원통형 회전모듈축(15)이 상기 구동휠(3)과 자석(5)의 상대회전을 구속하는 상태로 설치되며; 상기 자석(5)과 상기 코일(7) 사이에는 에어갭(AIR GAP)이 형성된다.

즉, 상기 구동휠(3)과 자석(5)은 상기 회전모듈축(15)의 내측과 외측에 각각 결합되어 일체화됨으로써, 주행풍에 의해 상기 구동휠(3)이 회전되면, 상기 자석(5)이 함께 회전하도록 구성된 것이며, 상기 코일(7)과는 에어갭을 통해 서로 이격되어 있어서, 상기 자석(5)의 원활하고 안정된 회전이 가능하도록 함은 물론, 자기저항을 최소화하면서 자기회로를 형성할 수 있도록 하여, 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

실질적으로는 상기 자석(5)의 표면에는 슬리브(17)를 구비하여 상기 자석(5)을 내부에 보호하도록 구성할 수도 있는 바, 도 2의 본 실시예에서는 상기 슬리브(17)가 구비된 구성이다.

물론, 상기와 같이 슬리브(17)가 구비된 경우, 상기 에어갭은 상기 슬리브(17)와 코일(7) 사이에 형성된다.

상기 코일(7)은 상기 케이스(9)와 함께 고정되어 있는데, 상기 케이스(9)에는 상기 코일(7)과 함께 자기회로 형성에 보다 유리하도록 고정자코어(19)가 구비될 수 있으며, 도 2에는 상기 고정자코어(19)가 구비된 것을 예시하고 있다.

상기 코일(7)에서 발전된 전기는 배터리 등에 충전되어 사용되도록 하거나, 상기 이동체 내에 사용되는 임의의 전기장치에 공급되도록 할 수 있다.

한편, 상기 구동휠(3)은 상기 날개부(1)가 상기 구동휠(3)의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되어 형성되도록 구성될 수도 있으며, 상기 다수의 개별적인 블레이드가 상기 날개부(1)를 형성하도록 상기 구동휠(3)의 길이방향을 따라 다수개 구비되도록 구성될 수도 있다.

상기 전방커버(11)는 다수의 리브(21)가 중앙에 상기 구동휠(3)을 지지하는 전방베어링(23)을 지지하도록 모이면서 유선형 외곽을 형성한다.

따라서, 본 발명 에너지 회수장치를 장착한 이동체의 이동 시, 본 발명 에너지 회수장치에 의한 공기저항을 가급적 최소화하면서도, 필요한 공기는 상기 구동휠(3)로 용이하게 유입될 수 있게 된다.

상기 후방커버(13)에도 상기 구동휠(3)을 지지하는 후방베어링(25)이 중앙에 지지되어, 상기 구동휠(3)은 상기 전방베어링(23)과 후방베어링(25)에 의해 안정되고 부드러운 회전 상태가 확보될 수 있다.

상기한 바와 같은 에너지 회수장치는 상기 케이스(9)와 구동휠(3), 자석(5), 및 코일(7)이 위치한 부위의 길이를 조절함에 따라 용이하게 회수할 수 있는 에너지의 용량을 가변시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 케이스(9)에는, 상기 이동체에 회전 가능하게 지지되는 회전조인트(27)가 설치되고; 상기 회전조인트(27)와 길이방향으로 이격된 위치에, 상기 이동체에 대한 상기 케이스(9)의 상대변위를 제공하도록 구성된 방향전환 액츄에이터(29)가 설치된다.

즉, 상기 회전조인트(27)는 차량과 같은 이동체에 회동 가능한 상태로 결합되어, 이동체에 대한 상기 케이스(9)의 자세 변화가 가능하도록 지지하고, 상기 방향전환 액츄에이터(29)는 상기와 같은 상대변위를 제공함으로써, 궁극적으로 상기 이동체에 대한 케이스(9)의 자세를 조절할 수 있도록 구성하는 것이다.

상기 방향전환 액츄에이터(29)는 상기 이동체에 대하여 상기 케이스(9)의 병진운동과 회전운동을 형성하는 상대변위를 제공할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 4에서 상기 방향전환 액츄에이터(29)의 상하방향으로 상기 케이스(9)를 이동시켜 상기 병진운동이 가능하도록 하고, 상기 방향전환 액츄에이터(29)의 좌우방향으로 상기 케이스(9)를 이동시켜 상기 회전운동이 가능하도록 하는 것이다.

참고로, 도 4에서는 상기 병진운동과 회전운동을 상기 방향전환 액츄에이터(29) 하측의 화살표로 표시하고 있다.

상기 케이스(9)는 상기 전방커버(11)가 상기 이동체의 이동 방향을 향하도록 길게 배치되고; 상기 방향전환 액츄에이터(29)는 컨트롤러(31)에 의해 제어되도록 구성되며; 상기 컨트롤러(31)는 상기 이동체의 방향 전환에 따라 상기 방향전환 액츄에이터(29)로 상기 케이스(9)의 자세를 제어하도록 구성된다.

따라서, 차량과 같은 이동체가 주행하면서 방향을 전환하는 경우에도, 상기 컨트롤러(31)가 상기 전방커버(11)를 통해 상기 구동휠(3)로 유입되는 주행풍이 최대가 될 수 있도록 상기 방향전환 액츄에이터(29)를 제어함에 의해, 본 발명 에너지 회수장치를 통해 회수되는 에너지를 최대화할 수 있다.

한편, 상기 구동휠(3)과 자석(5)은 상기 케이스(9) 및 코일(7)에 대하여 회전 가능한 회전모듈(33)을 구성하며; 상기 회전모듈(33)의 일단에는 상기 회전모듈(33)의 회전력을 기계적으로 인출할 수 있도록 기어가 구비되도록 할 수 있다.

도 5에 예시된 바와 같이, 상기 회전모듈(33)의 일단에 구비된 기어는 웜기어(35)로 구성되고, 상기 웜기어(35)에는 피구동체에 연결되는 웜휠(37)이 치합된 구조로 할 수 있다.

상기 웜휠(37)에 연결되는 피구동체는 별도의 발전모듈이 될 수도 있고, 기타 회전변위를 입력 받는 다른 기계장치 등이 될 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명 이동체의 에너지 회수장치를 통해 회수된 에너지를 보다 효율적으로 이용하도록 할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 날개부
3; 구동휠
5; 자석
7; 코일
9; 케이스
11; 전방커버
13; 후방커버
15; 회전모듈축
17; 슬리브
19; 고정자코어
21; 리브
23; 전방베어링
25; 후방베어링
27; 회전조인트
29; 방향전환 액츄에이터
31; 컨트롤러
33; 회전모듈
35; 웜기어
37; 웜휠
AG; AIR GAP

Claims

공기 유동방향에 경사면을 제공하는 날개부가 길이방향을 따라 다수개 구비된 구동휠;
상기 구동휠의 외측을 감싸며 설치되는 자석;
상기 자석의 외측에 구비되는 코일;
상기 코일의 외측을 감싸는 케이스;
상기 케이스의 전방에 설치되며, 상기 구동휠로 공기유입을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 전방커버;
상기 케이스의 후방에 설치되며, 상기 구동휠을 통과한 공기의 배출을 허용하고, 상기 구동휠을 회전 가능하게 지지하는 후방커버;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자석은 내부가 중공인 원통형 자석으로 구성되고;
상기 구동휠과 자석의 사이에는 원통형 회전모듈축이 상기 구동휠과 자석의 상대회전을 구속하는 상태로 설치되며;
상기 자석과 상기 코일 사이에는 에어갭(AIR GAP)이 형성되는 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전방커버는 다수의 리브가 중앙에 상기 구동휠을 지지하는 전방베어링을 지지하도록 모이면서 유선형 외곽을 형성하는 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스에는,
상기 이동체에 회전 가능하게 지지되는 회전조인트가 설치되고;
상기 회전조인트와 길이방향으로 이격된 위치에, 상기 이동체에 대한 상기 케이스의 상대변위를 제공하도록 구성된 방향전환 액츄에이터가 설치된 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 4에 있어서,
상기 방향전환 액츄에이터는 상기 이동체에 대하여 상기 케이스의 병진운동과 회전운동을 형성하는 상대변위를 제공할 수 있도록 구성된 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 4에 있어서,
상기 케이스는 상기 전방커버가 상기 이동체의 이동 방향을 향하도록 길게 배치되고;
상기 방향전환 액츄에이터는 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성되며;
상기 컨트롤러는 상기 이동체의 방향 전환에 따라 상기 방향전환 액츄에이터로 상기 케이스의 자세를 제어하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동휠과 자석은 상기 케이스 및 코일에 대하여 회전 가능한 회전모듈을 구성하며;
상기 회전모듈의 일단에는 상기 회전모듈의 회전력을 기계적으로 인출할 수 있도록 기어가 구비되는 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.
청구항 7에 있어서,
상기 회전모듈의 일단에 구비된 기어는 웜기어로 구성되고;
상기 웜기어에는 피구동체에 연결되는 웜휠이 치합된 것
을 특징으로 하는 이동체의 에너지 회수장치.