WO2013062254A1 - 차량용 발전장치 - Google Patents

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WO2013062254A1
WO2013062254A1 PCT/KR2012/008312 KR2012008312W WO2013062254A1 WO 2013062254 A1 WO2013062254 A1 WO 2013062254A1 KR 2012008312 W KR2012008312 W KR 2012008312W WO 2013062254 A1 WO2013062254 A1 WO 2013062254A1
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WO
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vehicle
tire
rack
radius
pinion
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/008312
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이승욱
Original Assignee
Lee Seung-Wook
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Lee Seung-Wook filed Critical Lee Seung-Wook
Publication of WO2013062254A1 publication Critical patent/WO2013062254A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle power generator, and more particularly to a vehicle power generator provided to generate power by using the load of the vehicle applied to the tire.
  • the present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to provide a hybrid vehicle or an electric vehicle that is capable of employing without significantly modifying the basic structure of the vehicle body as well as providing a high power generation efficiency Therefore, by supplying the electric power produced by the vehicle to the driving motor or the battery, the electric power supplied from the outside is reduced and the driving distance can be further extended.
  • the vehicle power generation apparatus includes a power generation shaft provided inside a wheel inside a tire of a vehicle, a pinion provided to provide rotational force to the power generation shaft, and one end of which is fixed inside the tire and the other end of the pinion;
  • the power generation device including a rack provided to rotate the pinion by the load applied to the tire when the tire is pressed on the ground is characterized in that the principle of the radius of the tire and the static load radius.
  • the vehicle power generating apparatus further includes a drive gear for rotating the power shaft by receiving the rotational force of the pinion is provided to rotate only in one direction, and restoring member for restoring the rack in which the pinion is rotated to its original state,
  • the pinion and the rack are provided in a plurality of spaced apart from each other at regular intervals along the circumferential direction of the tire and the wheel, respectively, and when the tire radius is converted from the radial radius to the static load radius, the vertical rise and vertical fall are repeated repeatedly to produce power by rotating the pinion.
  • the vehicle power generator according to the present invention is installed through the tire and the wheel inner space can be simply employed in the vehicle without significantly modifying the existing structure of the vehicle body.
  • the vehicle power generator of the present invention which is designed to rotate the power generating shaft without interfering with the axle by using the gear action of the rack and pinion, is applied to all the front, rear, left, and right wheels of the vehicle by using the load of the vehicle body to generate power generation efficiency. Also can be improved.
  • the self-developing device for automobiles which is easy to adopt and has high power production efficiency, can supply electric power generated during driving of the vehicle to the driving motor or the battery, thereby effectively extending the driving distance of the hybrid or electric vehicle. Will contribute.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing the structure of a tire and a wheel employing a vehicle power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a vehicle power generator side structure of FIG. 1.
  • Figure 3 is a side cross-sectional view showing the main structure of the power generation device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle power generator 1 As shown in FIGS. 1 to 3, the vehicle power generator 1 according to the present embodiment is provided to be installed through the tire 2 and the wheel 3 of the vehicle, and the vehicle 2 is applied to the tire 2. It is arranged to generate power through the load.
  • the present invention is provided to develop using the principle of pressing and restoring the tire by such a vehicle load.
  • a motor vehicle having such a vehicle power generator 1 has a wheel 3 fitted to the tire 2 to rotate together on a vehicle wheel.
  • An axle 4 for rotating the wheel 3 is connected to the center of the wheel 3, and the axle 4 is interposed with a bearing 6a at the center of the hub 5 that enters the inside of the center of the wheel 3. It is rotatably mounted in a state.
  • the hub 5 is fixed to the vehicle body 6 to support the rotating axle 4.
  • the wheels 3 are opened inward to form a substantially cylindrical shape in which the inside is hollow, and the open inner circumference of the tire 2 is coupled to the circumference of the wheel 3 forming the boundary of the tire 2.
  • the vehicle power generator 1 includes a power generation shaft 10 provided in the wheel 3 inside the tire 2, a pinion 20 provided to provide rotational force to the power generation shaft 10, and one end of the tire 2. ) And the other end is configured to include a rack 30 to be engaged with the pinion 20, the vehicle power generator 1 is the tire (2) in the process of pressing the tire (2) on the ground (200) The power generation shaft 10 is rotated by the load of the vehicle to be generated).
  • the tire 2 is a process in which the tire 2 is pressed against the ground 200 in a state in which the tire 2 is perpendicular to the ground 200 when the vehicle is driven by filling only about 50 to 80% of the proper air pressure.
  • the rack 30 is raised by 30 ⁇ 100mm by the load of the vehicle, the rack 30, the lift operation is to rotate the pinion 20, the power shaft 10 is the rotational movement of the pinion 20 By receiving the rotational force by the rotation is to perform the power generation action.
  • the rotor 50 is fixed around the power generation shaft 10 so as to rotate together with the power generation shaft 10, and the coil 60 is fixed around the rotor 50.
  • the coil 60 is located inside the housing 61 fixed to the hub 5. Therefore, when the power generation shaft 10 rotates, power is generated through the electromagnetic interaction between the rotor 50 and the coil 60.
  • the electricity thus formed is drawn out through an electric drawing device (not shown) including an inverter to be supplied to a driving motor or a storage battery of the vehicle to drive the vehicle or charge the battery.
  • the capacity of the generator to be applied to the power generation apparatus of the present invention selects an appropriate capacity so that the tire 2 can be pressed well in consideration of the weight of the vehicle and the tire characteristics, and the air pressure in the tire 2 is approximately 50 to 80%. Only the degree to be filled, the movement range of the rack 30 due to the difference between the tire radius 300 and the static load radius 400 is preferably maintained to about 30 ⁇ 100mm. Therefore, the tire radius 300 and the static load radius 400 so as not to interfere with the safe driving of the vehicle in consideration of the air filling amount of about 50 to 80% of the tire 2 and the effective operating distance of the rack 30 of about 30 to 100 mm. It is desirable to design this large.
  • the rack 30 is fixed to the outer circumferential inner surface of the tire 2 supported on the ground 200.
  • the outer circumferential inner surface of the tire 2 is provided with a locking groove 2a integrally with the tire 2, and one end of the rack 30 is hooked into the locking groove 2a.
  • the catching part 31 is provided to lose. Therefore, the rack fixed to the tire 2 as described above is lifted to rotate the pinion 20 in one direction while the tire 2 is pressed, and the rack in this state is the rack 30 fixed portion.
  • the pinion 20 is rotated in the opposite direction as when the pinion 20 is lifted up while being returned to its original state by the restoring force of the tire 2 itself.
  • the restoring member 70 for elastically supporting the rack 30 in the radial direction is installed at the other end of the rack 30 so that the return operation of the rack 30 can be made more easily.
  • the restoring member 70 may be provided with a coil spring or the like.
  • a first fixing part 32 is provided at one end of the restoring member 70 so as to be fitted into one end of the restoring member 70, and restoring at a portion opposite to the end of the rack 30.
  • the second fixing part 82 is provided to fix the other end of the member 70.
  • the second fixing portion 82 is provided at a position corresponding to the first fixing portion 32 in the extension portion 80 extending from the wheel 3.
  • One end of the rack 30 fixed to the tire 2 so that the rack 30 is perpendicular to the ground 200 while the tire 2 is grounded to the ground 200 is the center of the width of the tire 2. It is fixed to the inner surface of the corresponding area.
  • the middle of the rack 30 slidably penetrates the sliding hole 3a provided around the wheel 3, and the gear part 33 having a toothed shape is formed on one surface of the other end of the rack 30 located inside the wheel 3. Is prepared. It is preferable that the gear part 33 side be deflected in the rack 30 so that the pinion 20 can be rotated in a state located immediately above the rack.
  • the guide member 90 for guiding the sliding operation of the rack 30 while sealing a gap with the rack 30 so as to prevent the air filled in the tire 2 from leaking to the outside in the sliding hole 3a. ) Is provided.
  • the guide member 90 is close to the rack 30 and the sliding hole 3a so as to block air leakage inside the tire 2, but also has a low coefficient of friction such as Teflon so as not to be damaged by friction with the rack 30. Can be prepared through.
  • the power generation shaft 10 is provided in a cylindrical shape rotatably installed in a state in which a bearing 6b is interposed around the hub 5. 1 and 2, the gear portion 11 is provided on the left outer periphery of the power generation shaft 10. The gear part 11 is engaged with the drive gear 40 provided on the same rotation shaft 100 as the pinion 20, and the gear part 33 of the rack 30 is engaged with the pinion 20 to drive gears. 40 rotates the power generating shaft 10 while rotating together with the pinion 20 during the movement of the rack (30).
  • the drive gear 40 provided coaxially with the pinion 20 is rotated in one direction only by the one-way clutch bearing 110 interposed between the rotation shaft 100, and thus the drive gear 40 is racked. Regardless of the direction of movement of the 30, it rotates in only one direction. In the present embodiment, the drive gear 40 rotates only in the rotational direction of the pinion 20 that rotates while the rack 30 moves toward the center of the wheel 3.
  • the pinion 20 is engaged with the gear portion 33 of the rack 30.
  • the rack 30 is located in the opposite direction of the housing 61 so that the operation of the rack 30 is not interfered by the power generating shaft 10. And the rotation axis 100 of the pinion 20 and the drive gear 40 is extended from the center around the wheel 3 is fixed to the wheel 3,
  • the pinion 20, the drive gear 40, and the rack 30 are provided in plural numbers spaced apart from each other at regular intervals along the circumferential direction around the power generating shaft 10, and each rack 30 includes a tire 2. In order to rotate the corresponding pinion 20 in sequence to increase the rotational efficiency of the power generation shaft (10).
  • each rack 30 is lifted by the load of the vehicle while the tire 2 is pressed against the ground 200 while being perpendicular to the ground 200. As such, the lifting operation of the racks 30 is sequentially performed according to the order of the racks 30.
  • the drive gear 40 provided to rotate only in one direction is rotated only when the rack 30 is raised to rotate the power generation shaft 10, and the operation of the rack 30 and the pinion 20 is performed sequentially. Accordingly, the power generation shaft 10 is continuously rotated in one direction.
  • the vehicle generator of the present invention can apply a plurality of racks 30 and pinions 20 to one wheel by using the principle generated in the gap between the tire radius 300 and the static load radius 400,
  • the speed of the wheels is very fast according to the speed of the vehicle (17-inch (235/55 R17) tires rotate 7.6 times per second at 60 km and 12.8 revolutions per second at 100 km) and all wheels of the front and rear wheels Since the amount of power generated increases or decreases according to the speed of the vehicle while the vehicle is running, the higher the speed of the vehicle, the higher the power generation and the higher the power consumption, and the slower the vehicle, the lower the power production, but the lower the power consumption. It is efficient in operation and does not emit any carbon, so it is possible to supply and supply eco-friendly energy to all vehicles.
  • the pinion 20, the drive gear 40 and the rack 30 is composed of four sets, respectively, unlike the pinion 20, the drive gear 40 and the rack 30, the number of components It may vary depending on the size of the tire to be mounted and the effective working distance of the rack 30.
  • the pinion 20, the drive gear 40, and the rack 30 may be composed of a maximum of seven sets.
  • the effective working distance of the rack is 60mm or 100mm in the size of a large tire (245/70 R19.5) such as a truck or a bus
  • the pinion 20, the drive gear 40, and the rack 30 are 8 sets or 5 units, respectively.
  • each rack 30 is lifted by the load of the vehicle while the tire 2 is pressed against the ground 200 while being perpendicular to the ground 200. As such, the lifting operation of the racks 30 is sequentially performed according to the order of the racks 30.
  • the vehicle generator of the present invention can apply a plurality of racks 30 and pinions 20 to one wheel by using the principle generated in the gap between the tire radius 300 and the static load radius 400,
  • the speed of the wheels is very fast according to the speed of the vehicle (17-inch (235/55 R17) tires rotate 7.6 times per second at 60 km and 12.8 revolutions per second at 100 km) and all wheels of the front and rear wheels Since the amount of power generated increases or decreases according to the speed of the vehicle while the vehicle is running, the higher the speed of the vehicle, the higher the power generation and the higher the power consumption, and the slower the vehicle, the lower the power production, but the lower the power consumption. It is efficient in operation and does not emit any carbon, so it is possible to supply and supply eco-friendly energy to all vehicles.
  • hybrid vehicles use fossil fuel and energy generated during braking, they use intermittently generated power, which results in high fossil fuel consumption and low fuel cost.
  • Electric vehicles require a large amount of batteries and operate while charging.
  • Known electric vehicles and hybrid vehicles have become an obstacle to popularization because of their inconvenience in use, high cost, and limited battery capacity even when using batteries.
  • the vehicle development window of the present invention reduces the distance from the center of the axle to the ground due to the weight of the vehicle at the moment when the wheel touches the road surface by injecting less tire air to produce electric power by the load of the vehicle.
  • the tire radius is restored by the action of pneumatic pressure and elasticity.

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Abstract

하이브리드차량 및 전기자동차의 운행중 전력을 자가 생산 공급함으로서 운행거리를 더 연장하기위한 것으로, 타이어와 휠 내부 공간을 통해 설치되어 차체의 기존 구조를 크게 변형시키지 않고서도 차량에 간단히 채용이 가능하고, 랙과 피니언의 기어 작용을 이용하여 차축과의 간섭없이 발전축을 회전시키도록 마련된 것으로, 타이어에 가해지는 차체의 하중을 이용하여 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 마련된 차량용 발전장치가 개시된다. 최근 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제가 대두되면서 전기자동차나 하이브리드 차량과 같이 배터리에 의해 구동되는 전기식 모터를 채용한 전기식 자동차가 늘어나고 있다. 그러나 하이브리드차량은 화석연료와 자동차 제동시에 발생되는 에너지를 활용하기 때문에 간헐적으로 생산되는 전력을 이용하기 때문에 화석연료소모가 많아 연료비 절감효과가 적고, 전기차량은 대량의 배터리가 필요하고 충전중 운행을 할수 없어 사용상 불편하고 고비용과 배터리를 사용하고도 배터리용량에 한계때문에 공지의 전기차량과 하이브리드차량은 대중화에 걸림돌이 되고 있다. 본 발명의 차량발전창치는 이러한 문제점을 해결하기 위해 자동차의 하중에 의해 전력을 생산하기 위하여 타이어의 공기를 규정보다 적게 주입하여 바퀴가 노면에 닿는 순간 차량중량에 인해 차축 중심에서 지면까지 거리가 줄어들어 타이어가 정하중반경으로 변화되어 랙이 수직상승 되고 바퀴가 노면에서 이격되면 공기압과 탄성의 작용으로 타이어반경으로 회복됨으로써 타이어 외주 안쪽면 걸림홀에 마련된 다수개의 랙이 순차적으로 상승과 복원이 반복되어 피니언을 연속회전시켜 회전자로부터 전력을 생산하기 위한 타이어공기의 압력을 조정하여 정하중반경과 타이어반경의 원리를 이용함으로서 차량운행중에 타이어반경과 정하중반경에서 발생되는 운동에너지를 랙과 피니언을 활용하여 전기에너지로 변환하여 차량운행중 화석연료의 사용을 줄여 고효율 저탄소의 친환경 차량을 보급함으로서 자동차산업발전과 사회문제로 대두되고 있는 탄소배출로 인한 공해문제해결에도 크게 기여함으로서 그 이용가능성은 매우 크다할 것입니다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 03.12.2012]　차량용 발전장치
본 발명은 차량용 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어에 가해지는 차량의 하중을 이용하여 발전을 하도록 마련된 차량용 발전장치에 관한 것이다.
최근 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제가 대두되면서 전기자동차나 하이브리드 차량과 같이 배터리에 의해 구동되는 전기식 모터를 채용한 전기식 자동차가 늘어나고 있다.
이와 같은 전기식 자동차의 경우 배터리를 충전소 등에서 충전하도록 되어 있어 운행중에 배터리를 재충전시키는 것이 용이하지 못한데, 보다 최근에는 운행중 전기식 자동차의 배터리를 재충전시키기 위한 차량용 발전장치의 개발이 활발히 진행되고 있다.
그러나 이러한 차량용 발전장치를 설치하기 위해서는 차량의 차체에 차량용 발전장치를 설치하기 위한 별도의 공간을 마련하는 경우가 많기 때문에, 기존 차량의 차체 구조가 크게 변경되어야 하는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 차량 바퀴의 회전축을 통해 차량용 발전장치를 설치할 경우도 생각해 볼 수 있으나, 이때는 바퀴를 회전시키는 차축과 차량용 발전장치의 발전축 사이에 전기적 저항 등의 간섭이 발생될 우려가 커지게 되어 차량용 발전장치의 효율이 쉽게 저하될 수 있게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량 차체의 기본 구조를 크게 변형시키지 않고서도 채용이 가능함은 물론 높은 발전 효율을 발휘하도록 마련된 차량용 발전장치를 하이브리드자동차 또는 전기 자동차에 제공하여 차량운행중 자가 생산된 전력을 구동모터나 배터리에 공급함으로 인해 외부에서 공급하는 전기소모를 줄이고 운행거리를 보다 더 연장될 수 있도록 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량용 발전장치는 차량의 타이어 안쪽 휠 내부에 마련된 발전축과, 상기 발전축에 회전력을 제공하도록 마련된 피니언과, 일단은 타이어 내부에 고정되고 타단은 상기 피니언과 치합되어 상기 타이어가 지면에 눌려지는 과정에서 상기 타이어에 가해지는 하중에 의해 상기 피니언을 회전시키도록 마련된 랙을 포함하는 발전장치에 있어서 타이어반경과 정하중반경의 원리를 이용함을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 차량용 발전장치는 일방향으로만 회전하도록 마련되어 상기 피니언의 회전력을 전달받아 발전축을 회전시키는 구동기어와, 상기 피니언을 회전시킨 랙을 본래의 상태로 복원시키는 복원부재를 더 포함하고, 상기 피니언과 랙은 각각 타이어와 휠의 원주방향을 따라 일정 간격 상호 이격된 복수개로 마련되어 타이어반경에서 정하중반경으로 변환될 때 수직상승과 수직하강이 연속적으로 반복되어 피니언을 회전시켜 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 발전장치는 타이어와 휠 내부 공간을 통해 설치되어 차체의 기존 구조를 크게 변형시키지 않고서도 차량에 간단히 채용될 수 있게 된다. 또 랙과 피니언의 기어 작용을 이용하여 차축과의 간섭작용 없이 발전축을 회전시키도록 마련된 본 발명의 차량용발전장치는 타이어에 가해지는 차체의 하중을 이용함으로써 차량의 전후좌우 모든바퀴에서 적용함으로서 발전 효율도 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 이와 같이 자동차에 채용이 간편하고 전력 생산 효율이 높은 차량용 자가발전장치는 자동차의 운행도중 생산된 전력을 구동모터나 배터리에 공급할 수 있게 되어 하이브리드 또는 전기자동차의 운행거리가 효과적으로 연장될 수 있도록 하는데 기여하게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 발전장치가 채용된 타이어 및 휠의 구조를 도시한 정단면도이다.
도 2는 도 1에서 차량용 발전장치 쪽 구조를 확대 도시한 것이다.
도 3은 도 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 발전장치의 요부 구조를 도시한 측단면도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 발전장치의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 차량용 발전장치(1)는 차량의 타이어(2)와 휠(3) 내부를 통해 설치되도록 마련된 것으로, 타이어(2)에 가해지는 차량의 하중을 통해 발전하도록 마련된다.
즉 차량은 바퀴가 회전하면서 타이어(2)가 지면(200)과 수직이 되면 차량의 하중으로 인해 찌그러져 타이어 높이가 낮아진 것을 정하중반경(400)이라 하고, 지면(200)을 통과하여 다시 본래의 상태로 복원된 것을 타이어반경(300)이라 한다. 타이어의 공기압이 정상일 때는 정하중 반경(400)과 타이어반경(300)의 차이는 타이어의 특성에 따라 다르지만 약간의 차가 발생된다. 그러나 본 발명의 차량용 발전장치를 제공하기 위해서 타이어의 공기압을 낮추어 정하중반경(400)과 타이어반경(300)의 일정한 격차가 발생도록 하여 차량 바퀴의 회전시에는 타이어의 둘레를 따라 타이어의 눌림과 복원작용이 연속적으로 존재하게 되며, 본 발명은 이와 같은 차량 하중에 의한 타이어의 눌림과 복원 원리를 이용하여 발전하도록 마련된다.
이러한 차량용 발전장치(1)를 구비하는 자동차는 차량바퀴에 상기 타이어(2)가 함께 회전하도록 끼워지는 상기 휠(3)을 구비한다. 휠(3) 중심에는 휠(3)을 회전시키기 위한 차축(4)이 연결되며, 차축(4)은 휠(3) 중심의 안쪽으로 진입되는 허브(5) 중심에 베어링(6a)이 개재된 상태로 회전 가능하게 장착된다. 허브(5)는 회전하는 차축(4)을 지지하도록 차체(6)에 고정된다.
휠(3)은 안쪽으로 개방되어 내부가 중공을 이루는 대략 원통 형상을 이루며, 타이어와(2)의 경계를 이루는 휠(3) 둘레에는 타이어(2)의 개방된 내주 쪽이 밀폐되도록 결합된다.
그리고 차량용 발전장치(1)는 타이어(2) 안쪽 휠(3) 내부에 마련되는 발전축(10)과, 발전축(10)에 회전력을 제공하도록 마련된 피니언(20)과, 일단은 타이어(2)에 고정되고 타단은 피니언(20)과 치합되도록 마련된 랙(30)을 포함하도록 구성되며, 이러한 차량용 발전장치(1)는 타이어(2)가 지면(200)에 눌려지는 과정에서 상기 타이어(2)에 가해지는 차량의 하중에 의해 발전축(10)을 회전시켜 발전하게 된다.
즉 본 실시예의 경우 타이어(2)는 적정공기압은 대략 50~80% 정도만 공기를 충진하여 차량을 운행하면 지면(200)과 수직을 이룬 상태로 타이어(2)가 지면(200)에 눌려지는 과정에서는 차량의 하중에 의해 랙(30)이 30~100mm정도 상승하게 되고, 상승 동작 된 랙(30)은 피니언(20)을 회전시키게 되며, 이때 발전축(10)은 피니언(20)의 회전운동에 의해 회전력을 제공받아 회전하면서 발전작용을 수행하게 되는 것이다.
발전축(10) 둘레에는 발전축(10)과 함께 회전하도록 회전자(50)가 고정되며, 회전자(50) 둘레에는 코일(60)이 고정되도록 배치된다. 코일(60)은 허브(5)에 고정된 하우징(61) 안쪽에 위치된다. 따라서 발전축(10)이 회전할 경우 회전자(50)와 코일(60)의 전자기적 상호 작용을 통해 발전이 이루어지게 된다. 이렇게 형성된 전기는 인버터를 포함하는 도시되지 않은 전기인출장치를 통해 인출되어 차량의 구동모터 또는 축전지로 공급되어 차량을 구동하거나 배터리를 충전할 수 있게 된다.
본 발명의 발전장치에 적용될 발전기의 용량은 차량의 무게와 타이어특성을 고려하여 타이어(2)가 잘 눌려질 수 있도록 적정한 용량을 선택하고, 타이어(2) 내부의 공기압력은 대략 50~80% 정도만 충진 되도록 하며, 타이어반경(300)과 정하중반경(400)과의 차이로 인한 랙(30)의 이동 범위는 30~100mm정도가 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 그러므로 타이어(2)의 50~80% 정도의 공기충진량과 30~100mm정도의 랙(30)의 유효작동거리를 감안하여 자동차의 안전운행에 지장이 없도록 타이어반경(300)과 정하중 반경(400)이 크게 설계되는 것이 바람직하다.
차량용 발전장치(1)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
랙(30) 일단은 지면(200)에 지지되는 타이어(2)의 외주 안쪽 면에 고정된다. 랙(30)의 고정을 위해 타이어(2)에 외주 안쪽 면에는 타이어(2)와 일체로 걸림홈(2a)이 마련되고, 랙(30) 일단에는 걸림홈(2a)에 삽입된 상태로 걸려지도록 걸림부(31)가 마련된다. 따라서 이와 같이 일단이 타이어(2)에 고정된 랙은 타이어(2)가 눌려지는 과정에서 피니언(20)을 일방향으로 회전시키도록 상승 동작되고, 이 상태의 랙은 랙(30)이 고정된 부위의 타이어(2)가 지면(200)과 이격되는 시점에서는 타이어(2) 자체의 복원력에 의해 본래의 상태로 복귀되면서 피니언(20)을 상승 동작될 때와 반대 방향으로 회전시키게 된다. 본 실시예의 경우 랙(30)의 복귀동작이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 랙(30)의 타단에는 랙(30)을 반경방향으로 탄성 지지하는 복원부재(70)가 설치된다.
복원부재(70)는 코일스프링 등으로 마련될 수 있다. 복원부재(70)의 고정을 위해 랙(30)의 끝단에는 복원부재(70)의 일단이 끼워져 고정되도록 제1고정부(32)가 마련되고, 랙(30)의 끝단에 대향되는 부위에는 복원부재(70)의 타단이 끼워져 고정되도록 제2고정부(82)가 마련된다. 제2고정부(82)는 휠(3)로부터 연장된 연장부(80)에 있어서 제1고정부(32)에 대응하는 위치에 마련된다.
타이어(2)가 지면(200)에 접지되는 과정에서 랙(30)이 지면(200)과 수직을 이루기 용이하도록 타이어(2)에 고정되는 랙(30)의 일단은 타이어(2)의 폭 중앙에 해당하는 부위의 내면에 고정된다.
랙(30)의 중도는 휠(3) 둘레에 마련된 슬라이딩홀(3a)을 슬라이딩 가능하게 관통하며, 휠(3) 안쪽에 위치되는 랙(30) 타단의 일면에는 톱니 형태의 기어부(33)가 마련된다. 피니언(20)을 랙 일단 직상부에 위치된 상태에서 회전시킬 수 있도록 랙(30)에 있어서 기어부(33) 쪽은 굴절되도록 마련되는 것이 바람직하다.
또 슬라이딩홀(3a)에는 타이어(2)에 내부에 충진되는 공기가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 랙(30)과의 틈새를 실링하면서 랙(30)의 슬라이딩 동작을 가이드하기 위한 가이드부재(90)가 마련된다. 가이드부재(90)는 타이어(2) 내부의 공기 누설을 차단하도록 랙(30)과 슬라이딩홀(3a)에 밀착되면서도 랙(30)과의 마찰에 의해 파손되지 않도록 테프론과 같이 마찰계수가 적은 소재를 통해 마련될 수 있다.
그리고 발전축(10)은 상기 허브(5) 둘레에 베어링(6b)이 개재된 상태로 회전 가능하게 설치된 원통형상으로 마련된다. 도 1 및 2에 있어서 발전축(10) 왼쪽 외주에는 기어부(11)가 마련된다. 상기 기어부(11)는 피니언(20)과 동일 회전축(100) 상에 마련되는 구동기어(40)와 치합되고, 랙(30)의 기어부(33)는 피니언(20)과 치합되어 구동기어(40)는 랙(30)의 운동시 피니언(20)과 함께 회전하면서 발전축(10)을 회전시키게 된다.
피니언(20)과 동축상에 마련되는 구동기어(40)는 회전축(100)과의 사이에 개재되는 일방향 클러치 베어링(110)에 의해 일방향으로만 회전하게 되며, 이에 따라 구동기어(40)는 랙(30)의 이동방향과 상관없이 일방향으로만 회전하게 된다. 본 실시예에서 구동기어(40)는 랙(30)이 휠(3)의 중심 쪽으로 이동하는 과정에서 회전하는 피니언(20)의 회전방향으로만 회전하게 된다.
발전축(10)을 회전시키는 구동기어(40)의 경우 발전축(10)의 기어부(11) 둘레에 치합되도록 설치되며, 랙(30)의 기어부(33)와 치합되는 피니언(20)은 랙(30)의 동작이 상기 발전축(10)에 의해 간섭받지 않도록 상기 하우징(61) 반대 방향 쪽으로 위치하게 된다. 그리고 피니언(20)과 구동기어(40)의 회전축(100)은 휠(3) 중심 둘레로부터 연장되어 휠(3)에 고정되고,
이러한 피니언(20) 및 구동기어(40)와 상기 랙(30)은 발전축(10)의 둘레에 원주방향을 따라 일정간격 상호 이격된 복수개로 마련되고, 각각의 랙(30)은 타이어(2)의 회전시 대응하는 피니언(20)을 순차적으로 회전시켜 발전축(10)의 회전효율을 높이게 된다.
다음은 이와 같이 구성되는 차량용 발전장치(1)의 동작을 설명하도록 한다.
자동차가 구동되어 타이어(2)가 회전하게 되면, 각각의 랙(30)은 지면(200)과 수직을 이룬 상태로 타이어(2)가 지면(200)에 눌려지는 과정에서 차량의 하중에 의해 상승하게 되고, 이러한 랙(30)들의 상승 동작은 랙(30)의 순서에 따라 순차적으로 이루어게 된다.
타이어(2)가 지면(200)에 눌려지면서 상승 동작 된 랙(30)은 해당 피니언(20)을 일방향으로 회전시키고, 피니언(20)을 회전시킨 랙(30)은 고정된 부위의 타이어(2)가 지면(200)으로부터 이격됨에 따라 타이어(2) 자체의 복원력과 상기 복원부재(70)의 본원력를 통해 다시 본래의 상태로 복귀되면서 피니언(20)을 반대 방향으로 회전시키게 된다.
이때 일방향으로만 회전하도록 마련된 구동기어(40)는 랙(30)이 상승되는 시점에서만 회전되어 발전축(10)을 회전시키게 되며, 이러한 랙(30)과 피니언(20)의 동작이 순차적으로 이루어짐에 따라 발전축(10)은 일방향으로 연속적으로 회전하게 된다.
그리고 발전축(10)이 회전하게 되면, 발전축(10)과 함께 회전자(50)가 회전하고, 이때 회전자(50)와 코일(60) 간에 형성되는 전자기적 상호 작용을 통해 발전이 이루어지게 된다.
이상과 같이 본 발명의 차량발전장치는 타이어반경(300)과 정하중반경(400)의 격차에서 발생되는 원리를 이용함으로서 하나의 바퀴에 다수개의 랙(30)과 피니언(20)을 적용할수 있고, 차량속도의 따른 바퀴의 회전량이 매우 빠르고(17인치(235/55 R17) 타이어의 경우 60km운행시 초당 7.6회, 100km운행시 초당 12.8회로 회전), 차량에 장착된 전후륜과 좌우륜의 모든 바퀴에 장치할 수 있어 차량운행중 차량속도에 따라 발전량이 증감됨으로 인하여 차량의 속도가 높아지면 전력발생량이 많아지고 전력소비량도 많아지며, 차량이 저속운행하면 전력생산량도 줄어든 반면 전력소비량 또한 적게 소모되어 차량운행에 따른 효율이 좋고 탄소를 전혀 배출되지 않아 친환경적인 에너지를 모든 차량에 적용 공급할 수 있는 것이다.
본 실시예의 경우 피니언(20) 및 구동기어(40)와 랙(30)은 각각 4개조로 구성되어 있으나, 이와 달리 피니언(20) 및 구동기어(40)와 랙(30)의 구성수는 차량에 장착되는 타이어의 크기와 랙(30)의 유효작동거리에 따라 달라질 수 있다. 17인치(235/55 R17) 타이어에 랙(30)의 유효작동거리를 30mm로 하였을 때 피니언(20) 및 구동기어(40)와 랙(30)은 최대 7조로 구성될 수 있다. 그리고 트럭이나 버스 등 대형 타이어(245/70 R19.5) 크기에서 랙의 유효작동거리를 60mm 또는 100mm로 하였을 때 피니언(20) 및 구동기어(40)와 랙(30)은 각각 8조 또는 5조로 구성될 수 있다. 이는 타이어 크기에 랙(30)의 유효작동거리를 산술적으로 계산하여 얻은 수치이다.
자동차가 구동되어 타이어(2)가 회전하게 되면, 각각의 랙(30)은 지면(200)과 수직을 이룬 상태로 타이어(2)가 지면(200)에 눌려지는 과정에서 차량의 하중에 의해 상승하게 되고, 이러한 랙(30)들의 상승 동작은 랙(30)의 순서에 따라 순차적으로 이루어게 된다.
타이어(2)가 지면(200)에 눌려지면서 상승 동작 된 랙(30)은 해당 피니언(20)을 일방향으로 회전시키고, 피니언(20)을 회전시킨 랙(30)은 고정된 부위의 타이어(2)가 지면(200)으로부터 이격됨에 따라 타이어(2) 자체의 복원력과 상기 복원부재(70)의 본원력를 통해 다시 본래의 상태로 복귀되면서 피니언(20)을 반대 방향으로 회전시키게 된다.
그리고 발전축(10)이 회전하게 되면, 발전축(10)과 함께 회전자(50)가 회전하고, 이때 회전자(50)와 코일(60) 간에 형성되는 전자기적 상호 작용을 통해 발전이 이루어지게 된다.
이상과 같이 본 발명의 차량발전장치는 타이어반경(300)과 정하중반경(400)의 격차에서 발생되는 원리를 이용함으로서 하나의 바퀴에 다수개의 랙(30)과 피니언(20)을 적용할수 있고, 차량속도의 따른 바퀴의 회전량이 매우 빠르고(17인치(235/55 R17) 타이어의 경우 60km운행시 초당 7.6회, 100km운행시 초당 12.8회로 회전), 차량에 장착된 전후륜과 좌우륜의 모든 바퀴에 장치할 수 있어 차량운행중 차량속도에 따라 발전량이 증감됨으로 인하여 차량의 속도가 높아지면 전력발생량이 많아지고 전력소비량도 많아지며, 차량이 저속운행하면 전력생산량도 줄어든 반면 전력소비량 또한 적게 소모되어 차량운행에 따른 효율이 좋고 탄소를 전혀 배출되지 않아 친환경적인 에너지를 모든 차량에 적용 공급할 수 있는 것이다.
최근 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제가 대두되면서 전기자동차나 하이브리드 차량과 같이 배터리에 의해 구동되는 전기식 모터를 채용한 전기식 자동차가 늘어나고 있다.
그러나 하이브리드차량은 화석연료와 자동차 제동시에 발생되는 에너지를 활용하기 때문에 간헐적으로 생산되는 전력을 이용하기 때문에 화석연료소모가 많아 연료비 절감효과가 적고, 전기차량은 대량의 배터리가 필요하고 충전중 운행을 할수 없어 사용상 불편하고 고비용과 배터리를 사용하고도 배터리용량에 한계때문에 공지의 전기차량과 하이브리드차량은 대중화에 걸림돌이 되고 있다.
본 발명의 차량발전창치는 이러한 문제점을 해결하기 위해 자동차의 하중에 의해 전력을 생산하기 위하여 타이어의 공기를 규정보다 적게 주입하여 바퀴가 노면에 닿는 순간 차량중량에 인해 차축 중심에서 지면까지 거리가 줄어들어 타이어가 정하중반경으로 변화되어 랙이 수직상승 되고 바퀴가 노면에서 이격되면 공기압과 탄성의 작용으로 타이어반경으로 회복됨으로써 타이어 외주 안쪽면 걸림홀에 마련된 다수개의 랙이 순차적으로 상승과 복원이 반복되어 피니언을 연속회전시켜 회전자로부터 전력을 생산하기 위한 타이어공기의 압력을 조정하여 정하중반경과 타이어반경의 원리를 이용함으로서 차량운행중에 타이어반경과 정하중반경에서 발생되는 운동에너지를 랙과 피니언을 활용하여 전기에너지로 변환하여 차량운행중 화석연료의 사용을 줄여 고효율 저탄소의 친환경 차량을 보급함으로서 자동차산업발전과 사회문제로 대두되고 있는 탄소배출로 인한 공해문제해결에도 크게 기여함으로서 그 이용가능성은 매우 크다할 것입니다.
1:차량용 발전장치, 2:타이어, 3:휠, 4:차축, 5:허브, 10:발전축, 11:기어부, 20:피니언, 30:랙, 32:제1고정부, 33:기어부, 40:구동기어, 50:회전자, 60:코일, 61:하우징, 70:복원부재, 80:연장부, 82:제2고정부, 90:가이드부재, 100:회전축, 110:베어링, 200:지면, 300:타이어반경, 400:정하중반경, 2a:걸림홈, 3a:슬라이딩홀, 6a:베어링, 6b;베어링

Claims (2)

  1. 자동차의 하중에 의해 전력을 생산하기 위한 발전기, 피니언, 랙, 스프링, 기어를 포함한 차량용 발전장치에 있어서,
    타이어의 공기를 규정보다 적게 주입하여 바퀴가 노면에 닿는 순간 차량중량에 인해 차축 중심에서 지면까지 거리가 줄어들어 타이어가 정하중반경으로 변화되어 랙이 수직상승 되고 바퀴가 노면에서 이격되면 공기압과 탄성의 작용으로 타이어반경으로 회복됨으로써 타이어 외주 안쪽면 걸림홀에 마련된 다수개의 랙이 순차적으로 상승과 복원이 반복되어 피니언을 연속회전시켜 회전자로부터 전력을 생산하기 위한 타이어공기의 압력을 조정하여 정하중반경과 타이어반경의 원리를 이용함을 특징으로 하는 차량용 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    타이어 내부에 충진된 압축공기가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 랙의 틈새를 실링하면서 랙의 슬라이딩 동작을 가이드 하기 위한 가이드부재 및 슬라이딩홀에 타이어의 공기압을 일정하게 유지하기 위한 가이드부재 및 슬라이딩홀을 특징으로 하는 차량용 발전장치.
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