KR20230095681A - 타이어에 설치되는 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어에 설치되는 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타이어와, 상기 타이어의 내측으로 장착된 휠과, 상기 타이어의 비드부의 공간에서 타이어의 원주방향을 따라서 다수회의 코일형상으로 권취된 전도성의 와이어와, 일단이 휠의 내측에 고정되고 타단은 휠의 중심부에 배치된 자성체에 고정된 적어도 2 개 이상의 탄성체와, 상기 와이어에 발생되는 자기장에 의하여 유도전류를 생성할 수 있도록 상기 와이어에 근접하게 타이어의 원주방향으로 다수개가 배치된 유도코일을 포함하고, 자동차가 주행하거나 가속 또는 감속할 때 상기 탄성체에 연결된 자성체의 진동에 의하여 상기 와이어에 전자기 유도 현상이 발생되어 유도코일에 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 발전장치에 관한 것이다.

Description

타이어에 설치되는 발전장치{Electric power generating apparatus installed on the tire}

본 발명은 타이어에 설치되는 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타이어와, 상기 타이어의 내측으로 장착된 휠과, 상기 타이어의 비드부의 공간에서 타이어의 원주방향을 따라서 다수회의 코일형상으로 권취된 전도성의 와이어와, 일단이 휠의 내측에 고정되고 타단은 휠의 중심부에 배치된 자성체에 고정된 적어도 2 개 이상의 탄성체와, 상기 와이어에 발생되는 자기장에 의하여 유도전류를 생성할 수 있도록 상기 와이어에 근접하게 타이어의 원주방향으로 다수개가 배치된 유도코일을 포함하고, 자동차가 주행하거나 가속 또는 감속할 때 상기 탄성체에 연결된 자성체의 진동에 의하여 상기 와이어에 전자기 유도 현상이 발생되어 유도코일에 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 설치된 타이어압력 모니터링시스템(Tire Pressure Monitoring System, TPMS)과 같이 차량의 타이어의 압력이나 온도를 센싱하는 센서는 그 동작을 위해 전원이 반드시 필요하며, 통상적으로 이러한 센서는 소형의 코인(coin)형 배터리를 사용하여 전원을 공급함으로써 센싱 동작을 수행한다.

또한, 센싱된 정보는 센서의 무선통신 전송기능을 이용하여 차량 관리시스템에 전송되어 운전자가 문제 발생 여부를 파악할 수 있도록 하나, 배터리 용량의 한계와 전송 주기에 따라 사용 시간이 제한적이고 배터리 소진시 센서의 동작 여부를 파악할 수 없으며 나아가 차량의 상태도 파악할 수 없는 문제점이 있었다.

그러므로, 차량의 운용을 위한 전력 사용을 위하여, 종래에 차량의 주행중 회전하는 차륜으로부터 발생되는 회전에너지 또는 휠과 타이어 사이의 압력에너지 등을 이용하여 전기에너지로 변환시켜 자동차 베터리 충전에 활용하거나 무선전력전송장치의 송신 코일로 전달하여 타이어의 상태를 감지하는 센서의 구동 전원으로 사용하는 기술이 공지되어 있다.

이러한 종래기술로서 대한민국특허공개 제 10-2017-119419 호(선행기술 1)의 하베스팅 타이어의 기술은 타이어 내측으로 센서를 부착하고 발전장치를 타이어와 휠 사이에 설치하는 구성이다. 그러나, 상기의 선행기술 1 은 고속으로 회전하는 타이어와 휠 사이에서 발전장치가 고장을 일으킬 우려가 있는 기술이다.

또한, 대한민국특허공개 제 10-2016-130662 호의 무선전력전송장치(선행기술 2)는 휠과 타이어 사이의 압력에너지를 수집하는 압전 센서를 설치하여 압력에너지로부터 전기에너지를 획득하는 구성이나, 선행기술 2 는 타이어의 비드부와 휠 사이에 설치되는 압전 센서가 타이어와 휠 사이의 안착을 방해할 뿐만 아니라 압전센서 자체가 이탈될 우려가 있어 실용화하기에 다소 부족한 기술이다.

대한민국특허공개 제 10-2017-119419 호 대한민국특허공개 제 10-2016-130662 호

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량의 타이어의 내부 및 외부에 위치하는 센서의 동작을 위하여 소요되는 전력을 생성하여 센서로 전송할 수 있는 타이어에 설치되는 발전장치의 구성을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 타이어와, 상기 타이어의 내측으로 장착된 휠과, 상기 타이어의 비드부의 공간에서 타이어의 원주방향을 따라서 다수회의 코일형상으로 권취된 전도성의 와이어와, 일단이 휠의 내측에 고정되고 타단은 휠의 중심부에 배치된 자성체에 고정된 적어도 2 개 이상의 탄성체와, 상기 와이어에 발생되는 자기장에 의하여 유도전류를 생성할 수 있도록 상기 와이어에 근접하게 타이어의 원주방향으로 다수개가 배치된 유도코일을 포함하고, 자동차가 주행하거나 가속 또는 감속할 때 상기 탄성체에 연결된 자성체의 진동에 의하여 상기 와이어에 전자기 유도 현상이 발생되어 유도코일에 전류가 발생되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유도코일에 의하여 생성된 유도전류를 입력받아 전류를 필요로 하는 부하에 공급하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄성체는 코일 형상의 스프링 또는 고무재로 이루어진 판형상의 스프링인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 자성체는 휠의 내부 공간에서 탄성체에 의하여 4점, 6점 또는 8점 방식으로 결합되는 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 솔레노이드의 원리를 이용하여 차량이 필요로하는 전기에너지를 생성하여 공급할 수 있으므로 전기자동차의 배터리의 전력 사용량을 절감시킬 수 있게 되어 차량의 연비향상을 도모할 수 있다는 것이다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 은 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 구성도,
도 2 는 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 단면도 및 결선상태도,
도 3 은 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 전자기유도 현상을 설명하는 개념도,
도 4 는 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 작동상태도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 구성도, 도 2 는 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 단면도 및 결선상태도이다.

각 도면을 동시 참조하면, 본 발명의 발전장치(1)는, 타이어(10)와, 상기 타이어(10)의 내측으로 장착된 휠(20)(wheel)과, 상기 타이어(10)의 내부에 형성된 비드(bead)부(11)의 공간에서 타이어(10)의 원주방향을 따라서 다수회의 코일형상으로 권취된 전도성의 와이어(wire)(30)와, 일단이 휠(20)의 내측에 고정되고 타단은 휠(20)의 중심부에 배치된 자성체(50)에 고정된 적어도 2 개 이상의 탄성체(40)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 와이어(30)에 발생되는 자기장에 의하여 유도전류를 생성할 수 있도록 상기 와이어(30)에 근접하게 타이어(10)의 원주방향으로 다수개가 배치된 유도코일(60)을 포함한다.

이때, 상기 유도코일(60)은 휠(20)의 외측에 설치되거나 또는 휠(20)의 내측에 부착될 수 있다.

또한, 상기 유도코일(60)에 의하여 생성된 유도전류를 입력받아 전류를 필요로하는 부하(200)에 공급하는 제어를 수행하는 제어부(100)를 포함한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 발전장치(1)는 도 3 에 도시된 바와 같은 통상의 솔레노이드(solenoid) 구조를 가지게 된다.

도 3 에 도시된 바와 같이 솔레노이드 구조는 코일(coil) 및 코일의 내측에 위치한 자성체의 코어(core)로 이루어지며, 코일의 중심부분에서의 자기장의 세기(H)는 하기의 수학식 1 에 의하여 구하여 질 수 있다.

(수학식 1)

H = n*I*L/2r2 + (L/2)2

n: 단위길이당 코일의 권취횟수

I: 전류량

L: 코일의 길이

r: 코일의 반지름

본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치는 와이어(30)가 솔레노이드의 코일(coil)의 기능을 수행하고, 자성체(50)가 솔레노이드의 코어(core)의 기능을 수행하는 것으로서, 타이어(10)의 비드부(11)에 권취된 코일 형상의 와이어(30)에서 자성체(50)의 상하좌우 방향으로의 진동에 의한 전자기 유도현상이 발생되며, 이러한 전자기 유도현상에 의하여 유도코일(60)에 전류가 발생되어 차량내의 전력 필요처로 공급되게 된다.

이때, 상기 탄성체(40)는 통상의 코일 형상의 스프링 또는 통상의 고무재로 이루어진 판형상의 스프링이다.

또한, 상기 자성체(50)는 N극과 S극을 가지는 자석체로서, 휠(20)의 내부 공간에서 탄성체(40)에 의하여 4점, 6점 또는 8점 방식으로 결합된 구성을 가진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치의 작동을 설명하면, 도 4 의 작동상태도에 도시된 바와 같이, 자동차가 주행하거나 가속 또는 감속 할때 도 4 의 (a), (b), (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 탄성을 가지는 탄성체(40)에 연결된 자성체(50)가 상하좌우 방향으로 흔들리게 되며, 이러한 자성체(50)의 이동에 의하여 자성체(50)의 외곽에 권취된 와이어(30)에 전자기 유도 현상이 발생되어 유도코일(60)에 전류가 흐르게 된다.

그리고, 상기 유도코일(60)에 흐르는 전류는 제어부(100)의 제어를 통하여 차량에 설치된 전기에너지를 필요로 하는 부하(200)(load)로 공급된다.

상기 부하(200)의 예로서 차량에 설치된 시트의 열선이나 네비게이션 등의 전장시스템을 들 수 있다.

따라서, 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치는 상기와 같은 작동을 통하여 차량이 필요로하는 전기에너지를 생성하여 부하에 공급할 수 있어 전기자동차의 경우 배터리의 전력 사용량을 절감시킬 수 있게 되어 차량의 연비향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1; 본 발명의 타이어에 설치되는 발전장치
10; 타이어
20; 휠
30; 와이어
40; 탄성체
50; 자성체
60; 유도코일
100; 제어부
200; 부하

Claims (4)

1. 타이어(10);
   상기 타이어(10)의 내측으로 장착된 휠(20);
   상기 타이어(10)의 비드(bead)부(11)의 공간에서 타이어(10)의 원주방향을 따라서 다수회의 코일형상으로 권취된 전도성의 와이어(wire)(30);
   일단이 휠(20)의 내측에 고정되고 타단은 휠(20)의 중심부에 배치된 자성체(50)에 고정된 적어도 2 개 이상의 탄성체(40);
   상기 와이어(30)에 발생되는 자기장에 의하여 유도전류를 생성할 수 있도록 상기 와이어(30)에 근접하게 타이어(10)의 원주방향으로 다수개가 배치된 유도코일(60);을 포함하여 구성되고,
   자동차가 주행하거나 가속 또는 감속할 때 상기 탄성체(40)에 연결된 자성체(50)의 진동에 의하여 상기 와이어(30)에 전자기 유도 현상이 발생되어 유도코일(60)에 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유도코일(60)에 의하여 생성된 유도전류를 입력받아 전류를 필요로하는 부하(200)에 공급하는 제어부(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
   
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성체(40)는 코일 형상의 스프링 또는 고무재로 이루어진 판형상의 스프링인 것을 특징으로 하는 발전장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 자성체(50)는 휠(20)의 내부 공간에서 탄성체(40)에 의하여 4점, 6점 또는 8점 방식으로 결합되는 구성을 특징으로 하는 발전장치.

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