WO2016035989A1 - 관성력을 통해 전력을 생산하는 차량용 보조 발전기 - Google Patents

관성력을 통해 전력을 생산하는 차량용 보조 발전기 Download PDF

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power generation
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강형관
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle auxiliary generator for producing electric power through inertia.
  • a hybrid electric vehicle is a vehicle that uses a motor using an engine of an internal combustion engine and a battery as a power source, and has attracted much attention as a next-generation vehicle due to exhaustion of fossil fuel.
  • Such a hybrid electric vehicle is a vehicle that operates as an internal combustion engine at high speeds while driving at low speeds as a motor through battery power.
  • electric vehicles that operate only with a battery and an electric motor without using an internal combustion engine are also attracting much attention.
  • Such an electric vehicle is driven by driving an electric motor using electricity stored in a battery as a power source.
  • the electric vehicle is simple in structure, excellent in durability, easy to operate and maintain, and furthermore, no pollutants are emitted. It is widely developed in terms of contributing to environmental protection.
  • Such hybrid electric vehicles and electric vehicles are expected to increase their use in terms of lower operating and maintenance costs compared to vehicles using conventional fossil fuels.
  • batteries used in hybrid electric vehicles and electric vehicles have shortcomings compared to internal combustion engines due to the limitation of electric capacity, and therefore, a system capable of continuous battery charging should be provided.
  • hybrid electric vehicles and electric vehicles are using a method of charging the battery through the energy regenerative system according to the free driving force or braking at high speed, but there is a limit in improving the mileage by the energy regenerative system alone.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application can continuously charge the battery through a vehicle auxiliary generator that converts the kinetic energy of the vehicle into electrical energy, as described later. It has been confirmed that the traveling distance of the vehicle can be improved, and the present invention has been completed.
  • An auxiliary generator according to the present invention for achieving this object is a vehicle auxiliary generator for converting the kinetic energy of the vehicle into electrical energy
  • At least one fixed tube accommodating the moving inertia sphere therein;
  • a power generation member mounted inside the fixed tube and configured to generate electrical energy by movement of the inertia sphere;
  • a converter electrically connected to the power generation member and configured to receive electrical energy generated from the power generation member and convert the electrical energy into available electricity
  • the auxiliary generator according to the present invention can convert the kinetic energy according to the operation of the vehicle into electrical energy through the above-described special structure, and can obtain the electrical energy at the same time as the driving of the vehicle, thereby, the battery is continuously Can be charged, the mileage of the vehicle can be improved.
  • the power generating member may be a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element may be, but is not limited to, piezoelectric ceramic sintered with lead zirconate titanate (PZT) or barium titanate.
  • the piezoelectric element may be installed on the inner front surface of the fixed tube. At this time, the inertial sphere may move by the inertial force and directly press the piezoelectric element to generate electrical energy.
  • the piezoelectric element is electrically connected to the transducer, and the inertia sphere moves along the fixed tube to provide pressure to the piezoelectric element so that the piezoelectric element can generate electrical energy.
  • the electrical energy generated as described above is transferred to the converter, and the transferred electricity is converted into electricity available in the converter, so that the battery cells of the vehicle can be charged or used as power for the motor.
  • the inertial sphere moves in the fixed tube in response to the vibration of the vehicle. This can provide pressure to various parts of the piezoelectric element mounted on the inner surface of the inertial tube.
  • the inertial sphere is preferably a small size compared to the inner diameter of the fixed tube to be able to move in a variety of fixed tube, in detail, it may be made of a size of 50% to 80% of the inner diameter of the fixed tube.
  • the size of the power generation sphere is smaller than the above range, it is not preferable because it is not possible to provide sufficient pressure to the piezoelectric element, and the possibility of contacting the piezoelectric element is reduced, which is not preferable. Due to the friction of the movement speed is lowered, thereby reducing the electrical energy generation amount of the piezoelectric element.
  • the power generating member is mounted inside the fixed tube and includes a power generating sphere that rotates by the motion of the inertia sphere, and a frictional force generated while the power generating sphere rotates. It may be a power generation bearing that generates triboelectricity.
  • the power generating bearing further includes a pair of fixing parts formed in a ring shape, and the power generation sphere may have a structure in which two or more are mounted between the fixing parts.
  • the pair of fixing parts may be formed with two or more rotation axes therebetween, and the power generation sphere may be mounted on the rotation axis so that the power generation sphere rotates about the rotation axes.
  • Such a development sphere may be in the form of a spherical shape for the rotational movement, and may be made of a non-conducting plastic so as to friction with the rotational axis and generate frictional electricity during the rotational movement.
  • the axis of rotation may also be made of a plastic that is easy to generate triboelectricity.
  • the triboelectricity generated by the rotation of the power sphere is collected in the power generating bearing at the rotational axis, and the collected triboelectricity may be collected in a converter electrically connected to the power generating bearing and converted into electricity.
  • the power generation bearing may be an electrically conductive metal material, and in detail, may be made of an electrically conductive material such as aluminum or copper, but is not limited thereto.
  • Rotational movement of the power sphere may be made by the movement of the inertia sphere. That is, when the inertia sphere moves inside the fixed tube, the inertia sphere comes into contact with the power generating sphere of the power generating bearing mounted inside the fixed tube. At this time, the power sphere obtains a rotational force in a direction opposite to the direction of movement of the inertial sphere and rotates. Done. In other words, the speed of movement of the inertial sphere determines the rotational force of the developing sphere.
  • the inertia sphere can be made to a size that can pass through the power generation bearing, without deteriorating the movement speed, in detail can be made of a size of 50% to 80% of the inner diameter of the power generation bearing.
  • the size of the power sphere is smaller than the above range, it is easily passed through the power bearing, while the possibility of contact with the power sphere is reduced, so that it is difficult to induce rotational movement of the power sphere, and if it is larger than the above range, the inertia sphere It is not preferable because the movement speed of the inertia sphere is lowered because it does not easily pass through the power bearing, and thus the rotational force of the power sphere may be reduced.
  • the inertial sphere may be made of a metal having a high density, in detail, may be tungsten or platinum, but is not limited to these in order to obtain a high inertial force.
  • the fixed tube may be made of a structure in which two or more tubes facing each other in a combined direction.
  • the fixing tube may include a first tube horizontal to the width direction of the vehicle, a second tube horizontal to the longitudinal direction of the vehicle, and a third tube parallel to the height direction of the vehicle.
  • first tube, the second tube and the third tube disposed in the direction may be a structure that is coupled in a form orthogonal to each other, the structure in which they are coupled is configured to be elastically coupled according to the internal structure of the vehicle can do.
  • first tube, the second tube and the third tube may each include an inertial sphere therein.
  • first tube, the second tube and the third tube may each have a structure in which two or more power generating bearings are mounted therein.
  • first tube, the second tube and the third tube may each have a structure in which a piezoelectric element is mounted on the entire inner surface thereof.
  • This structure allows the inertial spheres to obtain inertial forces in various directions through the first, second and third tubes, thereby producing electrical energy using kinetic energy due to various movements of the vehicle.
  • its inertial sphere may move forward of the vehicle when the vehicle is braking and move rearward of the vehicle when the vehicle accelerates,
  • the kinetic energy according to the linear motion of the vehicle can be converted into electrical energy.
  • first tube, the second tube and the third tube may each have a structure in which a piezoelectric element and a power generating bearing are mounted together on the entire inner surface thereof.
  • such a structure can effectively produce electrical energy by the kinetic energy of the inertia sphere due to various movements of the vehicle applying pressure to the piezoelectric element and providing rotational force to the power generating sphere of the power bearing.
  • the auxiliary generator according to the present invention as described above, the movement of the inertia sphere inside the fixed tube with the inertial force that occurs naturally at the same time as the driving of the vehicle, the inertia sphere produces electrical energy to the piezoelectric element and / or the bearing bearing It provides this possible external force and consequently converts the kinetic energy of the vehicle into electrical energy.
  • the fixing tube by arranging the fixing tube in various directions, it has a structural feature capable of converting various kinetic energy according to the up, down, left, right and linear motion of the vehicle into electrical energy.
  • the fixing tube may be made of an electrically insulating polymer material or a composite material, and in detail, may be made of a composite material having a very low weight.
  • a composite material may be, for example, a carbon fiber composite material or a glass fiber composite material, but is not limited thereto.
  • the present invention also provides a vehicle including the auxiliary generator and at least two battery cells that can be charged by the power generated from the auxiliary generator.
  • the battery cell may be a pouch type secondary battery in which an electrode assembly having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode is sealed in a battery case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and the battery cell is a lithium secondary battery. Can be.
  • the two or more battery cells may be stacked in a specific structure to form a large capacity battery module.
  • the vehicle may be any one selected from the group consisting of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an auxiliary generator according to the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing in detail the fixed tube of Figure 1;
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of the fixation tube according to AA ′ of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic view showing the power generating bearing of FIG. 2 in detail
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a vehicle on which an auxiliary generator according to the present invention is mounted.
  • FIG. 1 schematically shows an auxiliary generator according to the present invention
  • Figure 2 shows a fixed tube of Figure 1 in detail
  • Figure 3 is a vertical cross-section of the fixed tube according to AA 'of
  • FIG. 4 shows a power bearing of FIG. 2 in detail
  • FIG. 5 shows a vehicle equipped with an auxiliary generator according to the present invention.
  • the auxiliary generator 10 includes a fixed tube 100, a piezoelectric element 210 mounted on an inner surface of the fixed tube 100, and a power generation bearing 300 mounted inside the fixed tube 100. , Inertia spheres 201, 202, 203 moving inside the fixed tube 100, and a transducer 120 that receives frictional electricity from the piezoelectric element 210 and the power generation bearing 300 and converts the frictional electricity into electricity.
  • the inertia spheres 201, 202, and 203 move inside the fixed tube, the electricity generated by the piezoelectric element and the power generating bearing 300 is transferred to a transducer 120 electrically connected thereto, and the transducer ( 120 converts the received electricity into a current capable of charging the battery cell 20, and charges the battery cell 20 at a predetermined voltage.
  • the fixed tube 100 is composed of a first tube 101, a second tube 102 and a third tube 103 facing each other direction.
  • the first tube 101 is coupled in a form orthogonal to the second tube 102 and the third tube 103 in a state of facing the X axis horizontal to the width direction of the vehicle 400.
  • the two pipes 102 are coupled to form a right angle with the first pipe 101 and the third pipe 103 in a state facing the Y axis horizontal to the longitudinal direction of the vehicle 400
  • the third pipe 103 Is coupled to form a right angle with the first tube 101 and the second tube 102 in a state facing the Z axis horizontal to the height direction of the vehicle 400.
  • the piezoelectric element 210 is illustrated as an example of one power generation bearing 300 and a second pipe in FIG. 2, but this is merely illustrative, and the power generation bearing 300 may be a first embodiment. Two or more are respectively mounted to the tube 101 and the third tube 103, the piezoelectric element may be mounted on the entire inner surface of the first tube to the third tube, as well as the length of the tube and the desired electrical In consideration of the amount of energy, the power generation bearing 300 and the piezoelectric element 210 may be elastically disposed.
  • a piezoelectric element (not shown) and a power generation bearing 300 are mounted inside the first tube 101, and an inertial sphere 201 is embedded to move in the X-axis direction along the first tube 101.
  • a piezoelectric element 210 and a power generating bearing (not shown) are mounted inside the second tube 102, and an inertial sphere 202 is embedded to move in the Y-axis direction along the second tube 102.
  • a piezoelectric element (not shown) and a power generating bearing (not shown) are mounted inside the third tube 103, and an inertial sphere 203 is embedded to move in the Z-axis direction along the third tube 103. It is.
  • the power generation bearing 300 has a structure in which a plurality of power generation spheres 308 are mounted on a rotating shaft (not shown) between a pair of fixing parts 302 and 304 having a ring shape.
  • the ring-shaped power generating bearing 300 has an opening 310 formed therein so that the inertial sphere 201 can pass therethrough, and a part of the power generating sphere 308 protrudes into the opening 310.
  • the protruding power generation sphere 308 contacts the inertia sphere 201 and faces the direction of movement of the inertia sphere 201. It rotates by obtaining the rotational force in the direction.
  • the power generating sphere 308 rotates to generate triboelectricity with the rotating shaft.
  • the vehicle 400 shown in FIG. 5 includes the auxiliary generator 10 inside the vehicle, and when the vehicle 400 moves in the X-axis direction (left or right), which is the width direction of the vehicle 400, the first pipe ( The inertial sphere 201 embedded in the 101 obtains an inertial force in a direction opposite to the direction of movement of the vehicle 400 and moves in the first tube 101. At this time, while the inertial sphere 201 moves, the piezoelectric element is pressed along the traveling direction, and the piezoelectric element generates electricity as the pressure changes instantaneously. In addition, the inertia sphere rotates the power generation sphere 308 of the power generation bearing 300, the rotational movement of the power generation sphere 308 is converted into electrical energy.
  • the inertia sphere embedded in the second tube 102 may face the acceleration or deceleration direction as the vehicle 400 accelerates or decelerates. In this case, the inertial force is obtained and the movement is performed. At this time, the inertia sphere 202 moves, and the piezoelectric element is pressed along the traveling direction, and the piezoelectric element generates electricity as the pressure changes instantaneously. In addition, the inertia sphere 202 rotates the power generation sphere (not shown) of the power generation bearing (not shown), the rotational movement of the power generation sphere (not shown) is converted into electrical energy.
  • the inertial sphere 203 embedded in the third tube 103 moves downward by obtaining an inertia force, and the Z-axis
  • the inertial sphere 203 may move upward by obtaining an inertial force so that the inertial sphere may provide pressure and rotational force to the piezoelectric element and the power generating bearing to produce electricity.
  • the inertia spheres 201, 202 of the first tube 101 and the second tube 202 are formed of the first tube 101 and the second tube ( In the interior of the vehicle 202, the upward and downward swings in the direction of movement of the vehicle 400 to apply pressure to the piezoelectric element 210, and thus the piezoelectric element 210 may generate electrical energy.
  • the auxiliary generator according to the present invention the kinetic energy in accordance with the operation of the vehicle to move the inertial sphere inside the fixed tube, the movement of the inertial sphere through the piezoelectric element and the power generating bearing electrical energy Since it generates, it has a structural feature to obtain electrical energy at the same time as the driving of the vehicle. Therefore, the auxiliary power generator according to the present invention can increase the traveling distance of the vehicle using electricity.
  • the auxiliary generator according to the present invention can convert the kinetic energy according to the operation of the vehicle to the electrical energy through the above-described special structure, it is possible to obtain the electrical energy at the same time as the operation of the vehicle, accordingly The battery can be continuously charged, improving the mileage of the vehicle.

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Abstract

본 발명은 차량의 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 차량용 보조 발전기로서, 차량의 운동에 따른 관성력에 의해 차량 운동방향의 대향 방향으로 운동하는 관성 구체; 상기 운동하는 관성 구체를 내부에 수용하는 하나 이상의 고정관; 상기 고정관의 내부에 장착되어 있고, 상기 관성 구체의 운동에 의해 전기적 에너지를 발생 시키는 발전 부재; 및 상기 발전 부재에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 발전 부재로부터 발생한 전기적 에너지를 수용하여 가용 전기로 변환하는 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기를 제공한다.

Description

관성력을 통해 전력을 생산하는 차량용 보조 발전기
본 출원은 2014년 9월 4일자 한국 특허 출원 제10-2014-011744호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 관성력을 통해 전력을 생산하는 차량용 보조 발전기에 관한 것이다.
하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)는 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량으로서, 화석 연료의 고갈에 따른 차세대 운송 수단으로 많은 주목을 받고 있다.
이러한 하이브리드 전기자동차는 고속 주행에서 내연기관으로 운행하는 한편 배터리의 전력을 통해 저속 주행에서 모터로 운행 하는 차량이다.
또한, 내연기관을 사용하지 않고, 배터리와 전기 모터만으로 운행하는 전기자동차도 많은 주목을 받고 있다. 이러한 전기자동차는, 배터리에 축적된 전기를 동력으로 사용하여 전기 모터를 구동시킴으로써 주행하게 되는데, 구조가 간단하고, 내구성이 우수하며, 운전 및 정비가 용이하고, 나아가서, 오염물질이 배출되지 않음으로써 환경보호에 기여하는 점에서 널리 개발되고 있다.
이와 같은 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차는 종래의 화석연료를 이용한 차량에 비하여 운행비와 유지비가 적게 드는 점에서 그 이용이 늘어갈 것으로 예상되고 있다.
그러나, 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차에 사용되는 배터리는 전기용량의 한계로 인하여, 내연 기관 대비 주행거리가 짧은 단점을 가지고 있는 바, 지속적인 배터리 충전이 가능한 시스템이 구비되어야 한다.
이를 위해, 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차는 고속 주행 시의여유 구동력 또는 제동에 따른 에너지 회생 시스템을 통해 배터리를 충전하는 방식을 사용하고 있으나, 이러한 에너지 회생 시스템 만으로는 주행거리를 개선하는데 한계가 있다.
따라서, 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차에서 배터리를 지속적으로 충전시켜, 이들 차량의 주행거리를 연장하는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 차량의 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 차량용 보조 발전기를 통해, 배터리 충전을 지속적으로 진행할 수 있고, 그에 따라 차량의 주행 거리를 개선할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보조 발전기는 차량의 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 차량용 보조 발전기로서,
차량의 운동에 따른 관성력에 의해 차량 운동방향의 대향 방향으로 운동하는 관성 구체;
상기 운동하는 관성 구체를 내부에 수용하는 하나 이상의 고정관;
상기 고정관의 내부에 장착되어 있고, 상기 관성 구체의 운동에 의해 전기적 에너지를 발생 시키는 발전 부재; 및
상기 발전 부재에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 발전 부재로부터 발생한 전기적 에너지를 수용하여 가용 전기로 변환하는 변환기;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 보조 발전기는 차량의 운행에 따른 운동에너지를 전술한 특별한 구조를 통해 전기적 에너지로 변환할 수 있는 바, 차량의 운행과 동시에 전기적 에너지를 얻을 수 있고, 그에 따라, 배터리를 지속적으로 충전할 수 있어, 차량의 주행거리를 개선할 수 있다.
상기 발전 부재의 비제한적인 예로서, 상기 발전 부재는 압전 소자일 수 있다. 압전 소자는 티탄산 지르콘 산납(PZT) 또는 티탄산 바륨을 소결한 압전 세라믹일 수 있으나 이것들로 한정되는 것은 아니다.
상기 압전 소자는 고정관의 내부 전면에 설치될 수 있고, 이 때, 상기 관성 구체가 관성력에 의해 운동하면서 압전 소자에 직접 압력을 가하여 압전 소자가 전기적 에너지를 발생시킬 수 있다.
이러한 구조에서는, 압전 소자가 변환기와 전기적으로 연결되어 있고, 관성 구체가 고정관을 따라 운동하면서 압전 소자에 압력을 제공하여 압전소자가 전기적 에너지를 발생 시킬 수 있다. 이렇게 발생된 전기적 에너지인 전기는 변환기로 이송되고, 이송된 전기는 변환기에서 가용 가능한 전기로 변환되어, 차량의 전지셀들을 충전하거나 모터에 동력으로 사용될 수 있다.
또한, 관성 구체가 고정관을 따라 운동하는 것으로 압력을 제공하는 것 외에도, 차량이 운행될 때, 외력에 의해 진동이 발생하게 되는데, 이 때, 차량의 진동에 대응하여, 관성 구체가 고정관 내부에서 운동하게 되어 관성관 내면에 장착된 압전 소자의 다양한 부분에 압력을 제공할 수 있다.
따라서, 관성 구체는 고정관 내에서 다양하게 움직일 수 있도록 고정관의 내경 대비 작은 크기가 바람직하며, 상세하게는 상세하게는 고정관의 내경 대비 50% 내지 80%의 크기로 이루어질 수 있다.
상기 발전 구체의 크기가 상기 범위보다 작은 경우에는 압전 소자에 충분한 압력을 제공할 수 없고, 압전 소자와 접촉할 가능성이 감소하므로, 바람직하지 않으며, 상기 범위보다 큰 경우에는, 관성 구체가 압전 소자와의 마찰로 운동 속도가 저하되며, 그에 따라 압전 소자의 전기적 에너지 발생량이 감소할 수 있다.
상기 발전 부재의 또 다른 비제한적인 예로서, 상기 발전 부재는 상기 고정관의 내부에 장착되어 있고, 상기 관성 구체의 운동에 의해 회전 운동하는 발전 구체를 포함하며, 발전 구체가 회전 운동하면서 발생하는 마찰력으로 마찰 전기를 발생시키는 발전 베어링일 수 있다.
구체적으로, 상기 발전 베어링은 링 형상으로 이루어진 한 쌍의 고정부들을 더 포함하며, 상기 발전 구체가 고정부들 사이에 둘 이상이 장착되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 고정부들은 이들 사이에 둘 이상의 회전 축들이 형성되어 있고, 상기 회전 축들을 중심으로 발전 구체가 회전하도록 발전 구체가 회전 축에 장착될 수 있다.
이러한 발전 구체는, 회전 운동을 위하여 구형의 형태일 수 있으며, 회전 운동 시, 회전 축과 마찰하며 마찰 전기를 발생시킬 수 있도록, 부도체인 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 또한 회전 축 역시, 마찰 전기의 발생이 용이한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 발전 구체의 회전에 의해 발생한 마찰 전기는 회전 축에서 발전 베어링에 포집되고, 포집된 마찰 전기는 발전 베어링에 전기적으로 연결된 변환기에 포집되어 전기로 변환될 수 있다. 따라서, 발전 베어링은 전기 전도성의 금속 소재일 수 있으며, 상세하게는 알루미늄 또는 구리와 같은 전기 전도성 소재로 이루어질 수 있으나, 이것들로 한정되는 것은 아니다.
상기 발전 구체의 회전운동은 관성 구체의 운동에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 상기 관성 구체가 고정관의 내부에서 운동할 때, 고정관의 내부에 장착된 발전 베어링의 발전 구체와 접촉하게 되고, 이 때, 발전 구체는 관성 구체의 운동방향에 대해 대향 방향으로 회전력을 얻어 회전하게 된다. 즉, 관성 구체의 운동 속도가 발전 구체의 회전력을 결정한다.
따라서, 관성 구체는 운동 속도가 저하되지 않으면서, 발전 베어링을 통과할 수 있는 크기로 이루어질 수 있고, 상세하게는 발전 베어링의 내경 대비 50% 내지 80%의 크기로 이루어질 수 있다.
상기 발전 구체의 크기가 상기 범위보다 작은 경우에는 발전 베어링을 쉽게 통과하는 반면, 발전 구체와 접촉할 가능성이 감소하므로, 발전 구체의 회전 운동을 유도하기 힘들며, 상기 범위보다 큰 경우에는, 관성 구체가 발전 베어링을 쉽게 통과하지 못하여, 관성 구체의 운동 속도가 저하되며, 그에 따라 발전 구체의 회전력이 감소할 수 있는 바, 바람직하지 않다.
또한, 상기 관성 구체는 높은 관성력을 얻기 위해, 밀도가 높은 금속으로 이루어질 수 있고, 상세하게는 텅스텐 또는 백금일 수 있으나 이것들로 한정되는 것은 아니다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 고정관은 각각 다른 방향을 향하는 둘 이상의 관들이 결합된 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 고정관은 차량의 폭 방향에 대해 수평인 제 1 관, 차량의 길이 방향에 대해 수평인 제 2 관, 및 차량의 높이 방향에 대해 평행인 제 3 관을 포함할 수 있다.
여기서, 상기한 방향으로 배치된 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은, 서로 직교를 이루는 형태로 결합된 구조일 수 있고, 이들이 결합된 구조는 차량의 내부 구조에 따라 탄력적으로 구성하여 결합할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내부에 관성 구체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내부에 둘 이상의 발전 베어링들이 장착되어 있는 구조일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내면 전체에 압전 소자가 장착되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는 각각의 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관을 통해 관성 구체들이 다양한 방향에서 관성력을 얻을 수 있는 바, 차량의 다양한 움직임으로 인한 운동에너지를 이용하여 전기적 에너지를 생산할 수 있다.
예를 들어, 차량의 폭 방향에 대해 수평인 제 1 관의 경우, 그것의 관성 구체는 차량이 좌측 또는 우측으로 운동할 때, 차량의 운동방향의 대향방향으로 제 1 관의 내부에서 운동할 수 있으므로, 차량의 좌우 운동에 따른 운동에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있다.
이와는 다르게, 차량의 길이 방향에 대해 수평인 제 2 관의 경우, 그것의 관성 구체는 차량이 제동할 때, 차량의 전방으로 운동하고, 차량이 가속할 때, 차량의 후방으로 운동할 수 있으므로, 차량의 직선 운동에 따른 운동에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있다.
더욱이, 차량의 높이 방향에 대해 평행인 제 3 관의 경우에는, 그것의 관성 구체는 차량이 진동에 의해 상향 또는 하향으로 운동할 때, 차량의 운동방향의 대향방향으로 제 3 관의 내부에서 운동할 수 있으므로, 차량의 진동에 따른 운동에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내면 전체에 압전 소자와 발전 베어링이 함께 장착되어 있는 구조일 수 있다.
마찬가지로, 이러한 구조는, 차량의 다양한 움직임으로 인한 관성 구체의 운동에너지가 압전 소자에 압력을 인가하고 발전 베어링의 발전 구체에 회전력을 제공하여, 효과적으로 전기적 에너지를 생산할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 보조 발전기는, 앞서 설명한 바와 같이, 자동차의 운행과 동시에 자연적으로 발생하는 관성력으로 고정관 내부의 관성 구체를 운동시키고, 이 관성 구체가 압전 소자 및/또는 발전 베어링에 전기적 에너지 생산이 가능한 외력을 제공하고, 결과적으로 차량의 운동에너지를 전기적 에너지로 변환 할 수 있다. 또한, 고정관을 다양한 방향으로 배치하여, 차량의 상, 하, 좌, 우 및 직선운동에 따른 다양한 운동에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 구조적 특징을 가진다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정관은 전기 절연성의 고분자 소재 또는 복합 소재로 이루어질 수 있고, 상세하게는 중량이 매우 낮은 복합 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 복합 소재는 예를 들어, 탄소 섬유 복합소재 또는 유리 섬유 복합소재일 수 있으나, 상기 예들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 상기 보조 발전기와, 상기 보조 발전기로부터 생산된 전력에 의해 충전될 수 있는 전지셀을 둘 이상 포함하는 차량을 제공한다.
상기 전지셀은 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체가 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지일 수 있고, 이러한 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.
또한, 상기 둘 이상의 전지셀은 특정 구조로 적층하여, 대용량의 전지모듈을 구성할 수도 있다.
상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 및 플러그-인 하이브리드 전기자동차로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 보조 발전기의 모식도이다;
도 2는 도 1의 고정관을 구체적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 A-A'에 따른 고정관의 수직 단면도이다;
도 4은 도 2의 발전 베어링을 구체적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명에 따른 보조 발전기가 탑재된 차량의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 보조 발전기가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 고정관이 구체적으로 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 A-A'에 따른 고정관의 수직 단면이 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 발전 베어링을 구체적으로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 따른 보조 발전기가 탑재된 차량이 도시되어 있다.
먼저 도 1 내지 도 3를 함께 참조하면, 보조 발전기(10)는 고정관(100), 고정관(100)의 내면에 장착된 압전 소자(210), 고정관(100) 내부에 장착된 발전 베어링(300), 고정관(100) 내부에서 운동하는 관성 구체들(201, 202, 203) 및 압전 소자(210)와 발전 베어링(300)으로부터 마찰 전기를 수용하여 전기로 변환하는 변환기(120)로 구성되어 있다.
도 1에서와 같이, 고정관 내부에서 관성 구체들(201, 202, 203)이 운동하면서 압전 소자와 발전 베어링(300)이 발생시킨 전기는 이들에 전기적으로 연결된 변환기(120)로 이송되고, 변환기(120)는 수용한 전기를 전지셀(20)을 충전할 수 있는 전류로 변환하고, 일정 전압으로 전지셀(20)을 충전한다.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 고정관(100)은 각각 다른 방향을 향하는 제 1 관(101), 제 2 관(102) 및 제 3 관(103)으로 이루어져 있다.
구체적으로, 제 1 관(101)은 차량(400)의 폭 방향에 수평인 X축을 향하는 상태로, 제 2 관(102) 및 제 3 관(103)과 직교를 이루는 형태로 결합되어 있고, 제 2 관(102)은 차량(400)의 길이 방향에 수평인 Y축을 향하는 상태로 제 1 관(101) 및 제 3 관(103)과 직각을 이루는 상태로 결합되어 있으며, 제 3 관(103)은 차량(400)의 높이 방향에 수평인 Z축을 향하는 상태로 제 1 관(101) 및 제 2 관(102)과 직각을 이루는 상태로 결합되어 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 도 2에서 하나의 발전 베어링(300)과 제 2 관을 예를 들어 압전 소자(210)를 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로, 상기 발전 베어링(300)은 제 1 관(101), 내지 제 3 관(103)에 각각 둘 이상 장착되어 있으며, 제 1 관 내지 제 3 관의 내면 전체에 압전 소자가 장착될 수 있음은 물론이며, 각 관의 길이 및 소망하는 전기적 에너지량을 고려하여 발전 베어링(300) 및 압전 소자(210)를 탄력적으로 배치할 수 있다.
제 1 관(101)의 내부에는 압전 소자(도시하지 않음) 및 발전 베어링(300)이 장착되어 있고, 제 1 관(101)을 따라 X축 방향으로 운동 하도록 관성 구체(201)가 내장되어 있다. 제 2 관(102)의 내부에는 압전 소자(210) 및 발전 베어링(도시하지 않음)이 장착되어 있고, 제 2 관(102)을 따라 Y축 방향으로 운동 하도록 관성 구체(202)가 내장되어 있다. 제 3 관(103)의 내부에는 압전 소자(도시하지 않음) 및 발전 베어링(도시하지 않음)이 장착되어 있고, 제 3 관(103)을 따라 Z축 방향으로 운동 하도록 관성 구체(203)가 내장되어 있다.
발전 베어링(300)은 링 형상으로 이루어진 한 쌍의 고정부(302, 304)들 사이에 다수의 발전 구체(308)가 회전 축(도시하지 않음)에 장착되어 있는 구조로 이루어져있다. 링 형상의 발전 베어링(300)은 관성 구체(201)가 통과할 수 있도록 개구(310)가 형성되어 있고, 개구(310) 내부로 발전 구체(308)의 일부가 돌출되어 있다. 따라서, 관성 구체(201)가 발전 베어링(300)의 개구(310)를 통과 할 때, 돌출된 발전 구체(308)가 관성 구체(201)와 접촉하고, 관성 구체(201)의 운동 방향의 대향 방향으로의 회전력을 얻어 회전하게 된다. 이 때, 발전 구체(308)가 회전 하면서, 회전 축과 마찰 전기를 발생시킨다.
한편, 도 5에 도시된 차량(400)은 보조 발전기(10)를 차량 내부에 포함하고 있으며, 차량(400)의 폭 방향인 X축 방향(좌측 또는 우측)으로 운동하는 경우, 제 1 관(101)에 내장된 관성 구체(201)는 차량(400)의 운동 방향의 대향 방향으로 관성력을 얻게 되어 제 1 관(101) 내에서 운동하게 된다. 이 때, 관성 구체(201)가 운동하면서, 압전 소자를 진행 방향을 따라 압박하게 되고, 압전 소자는 순간적으로 압력이 변화 함에 따라 전기를 생산한다. 또한 관성 구체는 발전 베어링(300)의 발전 구체(308)를 회전 시키고, 발전 구체(308)의 회전운동이 전기적 에너지로 변환된다.
또한, 차량(400)의 길이 방향인 Y축 방향으로 가속 또는 감속 운동하는 경우, 제 2 관(102)에 내장된 관성 구체는 차량(400)이 가속 또는 감속함에 따라, 가속 또는 감속 방향의 대향 방향으로 관성력을 얻어 운동하게 되며, 이 때, 관성 구체(202)가 운동하면서, 압전 소자를 진행 방향을 따라 압박하게 되고, 압전 소자는 순간적으로 압력이 변화 함에 따라 전기를 생산한다. 또한, 관성 구체(202)는 발전 베어링(도시하지 않음)의 발전 구체(도시하지 않음)를 회전 시키고, 발전 구체(도시하지 않음)의 회전운동이 전기적 에너지로 변환된다.
마찬가지로, 차량(400)의 높이 방향인 Z축 방향으로 차량(400)이 상향 운동하는 경우, 제 3 관(103)에 내장된 관성 구체(203)는 하향으로 관성력을 얻어 운동하게 되고, Z축 방향으로 차량(400)이 하향 운동하는 경우, 관성 구체(203)는 상향으로 관성력을 얻어 운동하게 되어 관성 구체가 압전 소자 및 발전 베어링에 압력 및 회전력을 제공하여 전기를 생산할 수 있다. 동시에, 차량(400)이 상향 또는 하향으로 운동하는 경우에, 제 1 관(101) 및 제 2 관(202)의 관성 구체들(201, 202)은 제 1 관(101) 및 제 2 관(202)의 내부에서 차량(400)의 운동방향에 따라 상향 또는 하향으로 요동 치며 압전 소자(210)에 압력을 인가하고, 그에 따라 압전 소자(210)가 전기적 에너지를 발생 시킬 수 있다.
이상 도면을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 발전기는, 차량의 운행에 따른 운동 에너지로 고정관 내부의 관성 구체를 운동하게 하고, 이 관성 구체의 운동으로 압전 소자 및 발전 베어링을 통해 전기적 에너지를 발생 시키므로, 차량의 운행과 동시에 전기적 에너지를 얻을 수 있는 구조적 특징을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 보조 발전 장치는 전기를 이용하는 차량의 운행 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 발전기는 차량의 운행에 따른 운동에너지를 전술한 특별한 구조를 통해 전기적 에너지로 변환할 수 있는 바, 차량의 운행과 동시에 전기적 에너지를 얻을 수 있고, 그에 따라, 배터리를 지속적으로 충전할 수 있어, 차량의 주행거리를 개선할 수 있다.

Claims (20)

  1. 차량의 운동에너지를 전기적 에너지로 변환하는 차량용 보조 발전기로서,
    차량의 운동에 따른 관성력에 의해 차량 운동방향의 대향 방향으로 운동하는 관성 구체;
    상기 운동하는 관성 구체를 내부에 수용하는 하나 이상의 고정관;
    상기 고정관의 내부에 장착되어 있고, 상기 관성 구체의 운동에 의해 전기적 에너지를 발생 시키는 발전 부재; 및
    상기 발전 부재에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 발전 부재로부터 발생한 전기적 에너지를 수용하여 가용 전기로 변환하는 변환기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발전 부재는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 압전 소자는 고정관의 내부 전면에 설치되어있고, 상기 관성 구체가 관성력에 의해 운동하면서 압전 소자에 직접 압력을 가하여 압전 소자가 전기적 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 발전 부재는 상기 고정관의 내부에 장착되어 있고, 상기 관성 구체의 운동에 의해 회전 운동하는 발전 구체를 포함하며, 발전 구체가 회전 운동하면서 발생하는 마찰력으로 마찰 전기를 발생시키는 발전 베어링인 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 발전 베어링은 링 형상으로 이루어진 한 쌍의 고정부들을 더 포함하며, 상기 발전 구체가 고정부들 사이에 둘 이상이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 한 쌍의 고정부들은 이들 사이에 둘 이상의 회전 축들이 형성되어 있고, 상기 회전 축들을 중심으로 발전 구체가 회전하도록 발전 구체가 회전 축에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 관성 구체는 고정관의 내부에서 운동할 때, 고정관의 내부에 장착된 베어링의 발전 구체와 접촉하게 되고, 이 때, 발전 구체는 관성 구체의 운동방향에 대해 대향 방향으로 회전력을 얻는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고정관은 각각 다른 방향을 향하는 둘 이상의 관들이 결합된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 고정관은 차량의 폭 방향에 대해 수평인 제 1 관, 차량의 길이 방향에 대해 수평인 제 2 관, 및 차량의 높이 방향에 대해 평행인 제 3 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내부에 관성 구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 관의 관성 구체는 차량이 좌측 또는 우측으로 운동할 때, 차량의 운동방향의 대향방향으로 제 1 관의 내부에서 운동하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 관의 관성 구체는 차량이 제동할 때, 차량의 전방으로 운동하고, 차량이 가속할 때, 차량의 후방으로 운동하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 3 관의 관성 구체는 차량이 진동에 의해 상향 또는 하향으로 운동할 때, 차량의 운동방향의 대향방향으로 제 3 관의 내부에서 운동하는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 관, 제 2 관 및 제 3 관은 각각 그것의 내부에 둘 이상의 발전 베어링들 및/또는 압전 소자가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 관성 구체는 그것의 직경이 고정관의 내경 대비 50% 내지 80%의 크기를 가진 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 고정관은 전기 절연성의 고분자 소재 또는 복합 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 복합 소재는 탄소 섬유 복합소재 또는 유리 섬유 복합소재에서 선택되는 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 관성 구체는 텅스텐 또는 백금인 것을 특징으로 하는 보조 발전기.
  19. 제 1 항에 따른 보조 발전기, 및 상기 보조 발전기로부터 생산된 전력에 의해 충전될 수 있는 전지셀을 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 및 플러그-인 하이브리드 전기자동차로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량.
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