WO2020189939A1 - 모듈형 초경량 dc발전기 - Google Patents

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WO2020189939A1
WO2020189939A1 PCT/KR2020/003294 KR2020003294W WO2020189939A1 WO 2020189939 A1 WO2020189939 A1 WO 2020189939A1 KR 2020003294 W KR2020003294 W KR 2020003294W WO 2020189939 A1 WO2020189939 A1 WO 2020189939A1
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pole
generator
parallel
module
switch
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PCT/KR2020/003294
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양정환
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양정환
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a DC generator, more similarly, to form a plurality of poles with a coil wound inside a rotating permanent magnet, and the current generated from each pole is converted to direct current by an individual rectifier diode connected to each pole.
  • a DC generator more similarly, to form a plurality of poles with a coil wound inside a rotating permanent magnet, and the current generated from each pole is converted to direct current by an individual rectifier diode connected to each pole.
  • the generator uses a variety of power sources such as thermal power, hydropower, nuclear power, and wind power to produce electricity. It mainly uses the principle of generating an alternating current by induced electromotive force generated by rotating a permanent magnet around a coil.
  • the generated current is changed to direct current using a separate rectifier as shown in the patent document below.
  • a separate rectifier In order to process a large amount of current, the capacity and volume of the rectifier must be increased, and due to the large amount of heat generation, As in the patent document, a separate cooling device had to be installed.
  • generators used in small-scale low-power generation projects or means of transportation using electricity are not only highly efficient, but also reduce their volume and weight so that they can be installed in various places, and they are easy to apply and use of electricity in transportation means.
  • the present invention was devised to solve the above problems,
  • An object of the present invention is to provide a modular ultra-lightweight DC generator that is manufactured with high power and ultra-light weight without a large-capacity rectifier and can produce high-purity direct current.
  • An object of the present invention is to provide a modular ultra-lightweight DC generator that makes it possible to easily and simply manufacture a high-power, ultra-lightweight DC generator.
  • An object of the present invention is to provide a modular ultra-lightweight DC generator that makes it easy to manufacture and change DC generators having various specifications.
  • An object of the present invention is to provide a modular ultra-lightweight DC generator that makes it easy to manufacture a high-capacity generator.
  • An object of the present invention is to provide a modular ultra-lightweight DC generator capable of maintaining a constant voltage regardless of the rotational speed of the rotating part.
  • the present invention is implemented by an embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
  • a modular ultra-lightweight DC generator includes: a rotating part rotating with a permanent magnet installed along an inner circumference; A winding portion in which a plurality of poles on which coils are wound are formed to face the inside of the permanent magnet and generate an alternating current according to the rotation of the rotating portion; A rectifying unit connected to the winding unit to convert the current generated in the winding unit into direct current; A PCB plate on which the winding part and the rectifying part are fixed; and the rectifying part includes a plurality of rectifying diodes individually connected to each of the plurality of poles, so that the current generated in each pole is individually rectified by each rectifying diode. Characterized in that.
  • the PCB board includes a rectifier circuit printed for rectification, and a coil wound on each pole is connected to the rectifier circuit,
  • the rectifier circuit connected to the coils of each pole is characterized in that each pole is connected to a predetermined rectifier diode, so that individual rectification is performed for each pole.
  • the poles are formed in a circular shape at a predetermined interval, and the rectifying diode is spaced at a predetermined interval along the outer circumference of the pole.
  • the poles and rectifier diodes are formed in a circular shape, and a predetermined number of poles and rectifier diodes are formed according to the voltage and current desired by the user.
  • the modular ultra-lightweight DC generator according to the present invention is characterized in that the PCB plates are connected to face each other to be fixed, so that a plurality of them can be stacked to form a single generator. .
  • the modular ultra-lightweight DC generator includes a circuit switching unit that allows the current generated from each pole and passed through the rectifying unit to be connected in series or parallel to be transmitted to a separate power storage device. Characterized in that.
  • the circuit switching unit includes a switching circuit connecting each pole in series or parallel, and the switching circuit according to the rotational speed of the rotating unit. It characterized in that it comprises a serial-to-parallel conversion module for converting the serial or parallel.
  • the switching circuit includes a series switch for connecting each pole in series, and a parallel switch for connecting each pole in parallel. Including, wherein the serial-to-parallel conversion module turns on the serial switch when the rotational speed of the rotation unit is greater than or equal to a set value, and turns the parallel switch off, and when the rotational speed of the rotational unit is less than a set value, And the serial switch is turned off.
  • the circuit switching unit includes a connection setting module that adjusts the number of poles connected according to a set voltage value.
  • the series switch includes a series conversion switch for connecting a conversion circuit with a separate power storage device in a state in which each pole is connected in series, It includes a module connection switch connecting each pole in series, and the parallel switch is a parallel conversion switch that connects a conversion circuit with a separate power storage device while each pole is connected in parallel, and connects each pole in parallel. And a module connection switch, wherein the connection setting module controls an operation of the module connection switch to control the number of poles connected to the switching circuit.
  • the present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship that will be described below with the present embodiment.
  • the present invention forms a plurality of poles with coils wound inside the rotating permanent magnet, and the current generated from each pole is converted to direct current by an individual rectifier diode connected to each pole, so that high output without a large rectifier of high capacity ⁇ It is possible to manufacture ultra-lightweight DC generator, and it has the effect of producing high-purity direct current by preventing interference and reverse flow between currents generated in each pole.
  • the present invention faces a permanent magnet formed in a circular shape so that a plurality of poles are formed along the inner circumference at regular intervals, and a rectifier diode connected to each pole is fixed to the PCB plate at regular intervals around the outer circumference of the poles.
  • the number of poles and rectifier diodes is adjusted and installed according to the voltage and current desired by the user, thereby making it possible to easily manufacture and change DC generators having various specifications.
  • a plurality of generators can be stacked and formed by connecting a plurality of PCB plates to face each other, thereby making it possible to easily manufacture a high-capacity generator.
  • the present invention has the effect of maintaining a constant voltage regardless of the rotational speed of the rotating unit by allowing the current generated from each pole and passed through the rectifying unit to be connected in series or parallel and transmitted to a separate power storage device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a modular ultra-light DC generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a plurality of modular ultra-light DC generators are stacked and formed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a circuit switching unit of a modular ultra-light DC generator according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the switching circuit of FIG. 4
  • FIG. 7 is a perspective view of an electric bike including a modular ultra-light DC generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of FIG. 7
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a drive control unit of FIG. 7
  • DC generator 11 rotating part 111: rotating member 112: permanent magnet
  • serial switch 151a-1 serial conversion switch 151a-2: module connection switch
  • Serial-to-parallel conversion module 153 connection setting module 2: drive device
  • drive module 211 drive motor 211a: drive shaft 212: drive gear
  • drive control unit 31 operation control unit 311: acceleration information input module
  • load detection module 322 load comparison module 323: output control module
  • abnormality diagnosis unit 331 inconsistency calculation module 332: diagnosis start module
  • the DC generator 1 rotates with a permanent magnet 112 installed along the inner circumference.
  • a plurality of poles 121 on which the coils 122 are wound are formed to face the inside of the permanent magnet 112, and the winding unit 12 generates an AC current according to the rotation of the rotating unit 11;
  • a rectifying unit 13 connected to the winding unit 12 to convert the current generated in the winding unit 12 into direct current; It includes; a PCB plate 14 to which the winding part 12 and the rectifying part 13 are fixed.
  • the DC generator 1 has a plurality of poles in which the coil 122 is wound inside the rotating permanent magnet 112 in order to be able to produce a large amount of current and to be manufactured in an ultra-lightweight and compact size. (121) is formed to be opposed to each other, and the alternating current produced by each pole 121 is converted to direct current by a rectifier diode 131 connected to each pole 121. Accordingly, the DC generator 1 does not need to use a large-capacity large and heavy rectifier even though it produces a large amount of current at once, and individual rectification is possible through a small-sized and lightweight rectifier diode 131.
  • the rotating part 11 is configured to rotate while the permanent magnet 112 is installed along the inner circumference, so that current can be generated in the winding part 12 according to the rotation of the permanent magnet 112.
  • the rotating part 11 may include an open cylindrical rotating member 111 and a permanent magnet 112 formed along the inner circumference of the rotating member 111.
  • the rotating member 111 is configured to rotate by being connected to a separate power source such as wind power, water power, and a rotating wheel, and may be formed in a cylindrical shape with open top and bottom.
  • the rotating member 111 has a permanent magnet 112 disposed along the inner circumference so that the permanent magnet 112 can rotate together with the rotation of the rotating member 111.
  • the permanent magnet 112 is formed and rotated along the inner circumference of the rotating member 111, and is configured to generate a current in the winding part 12, more precisely, generated according to the rotation of the permanent magnet 112.
  • An alternating current is generated in the coil 122 wound around each pole 121 of the winding part 12 by induced electromotive force.
  • the permanent magnet 112 is formed in a circular shape along the inner circumference of the rotating member 111, and it is preferable that a plurality of the permanent magnets 112 are continuously arranged around the entire circumference of the rotating member 111.
  • the winding part 12 is formed to face the inside of the permanent magnet 112 to generate a current according to the rotation of the permanent magnet 112, and a plurality of poles 121 and a coil wound in the poles 121 It includes (122).
  • the pole 121 is formed to be opposed to the inside of the permanent magnet 112, and the coil 122 is wound therein so that a current can be generated in the coil 122 according to the rotation of the permanent magnet 112. do.
  • a plurality of poles 121 may be formed to be fixed to the PCB plate 14, and may be arranged in a circle along the inner circumference of the permanent magnet 112 so as to face the permanent magnet 112 formed in a circular shape. have.
  • a plurality of the poles 121 are formed to be spaced apart at a predetermined interval so that a large amount of current can be generated at a time, and each pole 121 is connected to an individual rectifying diode 131 to perform rectification, It enables the production of high-purity direct current and enables the manufacture of small and lightweight generators.
  • the number of poles 121 can be adjusted according to the voltage and current of the power to be produced by the DC generator 1, and at this time, only the number of poles 121 installed on the PCB plate 14 is adjusted. It is enough, so that the adjustment of the output and specifications can be made very easily.
  • the coil 122 is wound in the pole 121 to generate current, and may be formed of an enameled wire, and an AC current is generated by induced electromotive force generated by the rotation of the permanent magnet 112.
  • the coil 122 is connected to the rectifier circuit printed on the PCB board 14 by being drawn to the outside while being wound on each pole 121, and the rectifier circuit is connected to each individual rectifier diode 131 to direct current. The conversion is made. Accordingly, as described above, the current generated in each pole 121 is individually rectified by each rectifying diode 131, thereby enabling the generation of a small-sized and lightweight generator and high-purity direct current.
  • the rectifying part 13 is a configuration for converting the alternating current generated in the coil 122 in each pole 121 to direct current, and a rectifier diode 131 connected to each pole 121 is formed separately to form a PCB board ( 14) to be fixed. Therefore, the rectifying part 13 is sufficient to convert only the current generated from one of the plurality of poles 121 into direct current, so that a microminiature and ultra-lightweight rectifier diode 131 can be applied, and the poles 121 arranged in a circle
  • the rectifier diodes 131 are arranged to be opposite to the outside of the rectifier.
  • the rectifier diode 131 of ultra-small and ultra-light weight is installed on the PCB board 14 in the DC generator 1 without the use of a separate high-capacity rectifier, so the weight of the DC generator 1 , You can also reduce the size. Since the rectifying diodes 131 are formed to correspond to the number of poles 121, the number is adjusted according to the output desired by the user like poles 121, and poles 121 are also installed on the PCB board 14. Since the adjustment of the number is completed just by doing so, it is possible to easily change the specification and output.
  • the PCB plate 14 is configured to fix the pole 121, the rectifier diode 131, and the like, and may be formed in a disk shape.
  • a rectifier circuit may be formed on the PCB plate 14 so that each pole 121 and the rectifier diode 131 are connected.
  • the PCB plate 14 may be fixed so that a plurality of them are connected so that a plurality of DC generators 1 may form one generator. Therefore, it can be configured to produce more current at the same time through the rotation of each rotating part 11, and even at this time, by setting and fixing the number of connected DC generators 1 according to the output desired by the user, easy manufacturing You can make it happen.
  • the modular ultra-lightweight DC generator 1 may further include a circuit switching unit 15 as shown in FIGS. 4 to 6.
  • the power produced by each pole 121 may be rectified by the rectifier 13 and stored in a separate power storage device B, at this time, the current generated by each pole 121 and passed through the rectifier 13 Is connected in series or in parallel by the circuit switching unit 15 and transmitted to the power storage device B, so that a constant voltage can be secured even with irregular rotation of the rotating unit 11.
  • the circuit switching unit 15 is a configuration that connects the current generated in each pole 121 in series or in parallel and transfers the current to the power storage device B, and connects the rectification unit 13 connected to each pole 121 in series. Or you can connect them in parallel.
  • the circuit switching unit 15 may be connected in series or parallel between the rectifying units 13 connected to each pole 121 according to the rotational speed of the rotating unit 11, and the rotational speed of the rotating unit 11 is greater than a set value. In the case of slow, the connection between each pole 121 and the connected rectifier 13 is connected in series to ensure the necessary voltage, and when the rotational speed of the rotating part 11 is faster than the set value, it is connected to each pole 121
  • the rectifier 13 is connected in parallel to maintain an appropriate voltage.
  • the rotating part 11 is connected to a power source such as water or wind power and an electric bike to rotate at an irregular speed, so that the current output from the DC generator 1 maintains a constant voltage by the circuit switching part 15.
  • the circuit switching unit 15 may adjust the number of rectifying units 13 of each pole 121 connected in a series or parallel connection state, through which the voltage can be adjusted more accurately.
  • the circuit switching unit 15 may include a switching circuit 151, a serial/parallel switching module 152, and a connection setting module 153.
  • the switching circuit 151 is configured to connect between the rectifier 13 connected to each pole 121 and the power storage device B, and the rectifier 13 connected to each pole 121 may be connected in series or parallel.
  • the switching circuit 151 includes a serial switch 151a connecting in series between the rectifying units 13 connected to each pole 121 and a parallel switch 151b connecting in parallel as shown in FIG.
  • the serial switch 151a When the serial switch 151a is turned on and the parallel switch 151b is turned off, the serial switch 151a is connected in series, and vice versa, the serial switch 151a is connected in parallel.
  • the conversion circuit 151 may be printed on the PCB board 14 or formed on a separate power storage device B side.
  • the serial switch (151a) is connected in series and connects in series between the rectifier 13 and the power storage device (B) connected to each pole (121), and the switching circuit (151) and the power storage device (B) are connected in series. ). It may include a series conversion switch 151a-1 to connect between, and a module connection switch 151a-2 to connect between each pole 121 and the connected rectifier 13. For example, when the rectifying part 13 connected to each pole 121 is represented as 13a, 13b, 13c, 13d as shown in FIG.
  • each rectifying part 13a, 13b, 13c, 13d is a module connection switch ( 151a-2), the conversion circuit 151 and the power storage device (B) are connected by a series conversion switch 151a-1, and the module connection switch 151a-2 and the series conversion switch ( 151a-1) are all turned on.
  • the connection of the module connection switch 151a-2 can be adjusted. For example, if only three poles (13a, 13b, 13c) are connected, the module connection switch (151a-2) formed between 13c and 13d is turned off to release the connection. ,13b,13c) can only be connected in series.
  • the module connection switch 151b-2 of the parallel switch 151b formed under the rectifier 13c is connected instead so that the configuration of a series circuit can be made.
  • the parallel switch 151b is connected in parallel to connect the rectifier 13 connected to each pole 121 and the power storage device B in parallel, and the operating principle is the same as the serial switch 151a.
  • the serial-to-parallel conversion module 152 is configured to control the serial or parallel connection of the conversion circuit 151 according to the rotational speed of the rotating part 11, and the serial switch 151a or the parallel switch 151b is turned on. Adjust as much as possible. Accordingly, when the rotational speed of the rotating unit 11 is greater than or equal to a set value, the serial-parallel conversion module 152 turns on all of the serial switches 151a as shown in Fig. 6(a), so that each pole 121 ) And the connected rectifying unit 13 are connected in series, and when the rotational speed of the rotating unit 11 is less than the set value, all the parallel switches 151b are turned on as shown in Fig. 6(b). Each pole 121 and the connected rectification unit 13 to be connected in parallel.
  • the connection setting module 153 is configured to adjust the number of the poles 121 to be connected, and more precisely, the number of rectifiers 13 connected to the poles 121 to be connected.
  • the circuit conversion unit 15 controls the series or parallel connection of the conversion circuit 151 through the series/parallel conversion module 152 so that the voltage value of the current generated in the DC generator 1 can be kept constant. , Since the voltage value cannot be accurately kept constant only by adjusting in series or in parallel, the number of poles 121 to be connected is adjusted so as to fit the set voltage value as much as possible.
  • the connection setting module 153 adjusts the connection of the module connection switches 151a-2 and 151b-2 in either series or parallel connection to control the number of poles 121 to be connected, and provides a smooth connection of circuits.
  • connection setting module 153 is configured to control the number of poles 121 to be connected after the series or parallel connection of the conversion circuit 151 is selected by the series/parallel conversion module 152 according to the rotational speed of the rotating part 11. In the case of series connection, if the voltage value output from the switching circuit 151 is less than the set value, the number of poles 121 to be connected is increased, and if it is more than the set value, the number of poles 121 to be connected is increased. Reduce it so that it is as close as possible to the set voltage value.
  • the DC generator 1 can output a constant voltage as much as possible even when the rotating part 11 is rotated irregularly and connected to a plurality of poles 121, and through this, efficient power generation and efficient power storage device (B) And stable charging.
  • the electric bike includes the DC generator 1 and a drive device 2 mounted on the wheels of the electric bike to drive the wheels. , It may include a drive control unit (3) for controlling the operation of the drive device (2).
  • the DC generator 1 may be applied to and used in various power generation devices and electric drive devices, but may be connected to a wheel of an electric bike to generate power.
  • the DC generator 1 allows the rotating part 11 to rotate together by being connected to a wheel, and stores the generated power in a battery so that it can be used for driving an electric bike.
  • the description of the DC generator 1 is the same as described above, and thus will be omitted below.
  • the electric bike allows a plurality of drive motors 211 to be directly connected to and mounted on one wheel, thereby distributing the load given to the drive motor 211 and enabling effective diffusion of heat, and depending on the degree of acceleration, the drive motor ( 211) is selectively operated to enable efficient use of electricity.
  • the electric bike can stop the operation of the drive motor 211 in places where electricity consumption is unnecessary, such as a downhill road, while preventing the rotation of the wheel from affecting the drive motor 211. It prevents damage and maintains the rotational balance between the drive motors 211.
  • the wheel refers to a wheel on one side of the electric bike on which the driving device 2 is mounted, and includes all wheels at various positions that transmit driving force to the electric bike, such as the front side and the rear side.
  • the electric bike of the present invention includes electric motorcycles, electric bicycles, etc. having various numbers of wheels such as two, three, and four wheels.
  • the driving device 2 is mounted directly on a wheel of an electric bike to generate a driving force, and a plurality of driving modules 21 each having a driving motor 211 are mounted on and fixed to the partition 22, The driving force of each driving motor 211 is transmitted to the main shaft 23 of the wheel through the differential gear 24 so that the wheel can be rotated.
  • the driving module 21 includes a driving motor 211, and a plurality of them are directly mounted on a wheel to transmit a driving force.
  • the driving module 21 includes a driving gear 212 rotated by the driving motor 211 in order to transmit the rotational force of the driving motor 211 to the differential gear 24. Accordingly, the driving module 21 is formed in a shape surrounding the circumference of the differential gear 24, and causes the driving gear 212 to rotate according to the operation of the driving motor 211, and the rotation of the driving gear 212 According to the differential gear 24 rotates together so that the wheel can be rotated.
  • the drive motor 211 is configured to provide a driving force for rotating the wheels of the electric bike, and a plurality of them are directly mounted on the wheels. More precisely, the driving motor 211 rotates the driving gear 212, and the differential gear 24 engaged with the driving gear 212 can also rotate together.
  • the drive motor 211 is formed in plural and is formed to directly rotate the wheel so that the load applied to the drive motor 211 can be distributed.
  • the motor of the existing electric bike was formed as one and had to cover all RPMs, there was a problem that an excessive load was generated, and accordingly, a large-capacity motor had to be used, and heat generation was also very severe. In particular, at the start of the electric bike, since one motor must continuously exert maximum torque for acceleration, the load applied to the motor is further increased.
  • the present invention divides the driving motor 211 into a plurality of parts and rotates one wheel, thereby distributing the load applied to the driving motor 211, and the driving motor 211 is formed by dividing into a plurality of small pieces. Accordingly, the heat generated from each driving motor 211 does not remain in the driving motor 211 and can be easily radiated to the outside.
  • the present invention allows the driving motor 211 to be opened to the outside while maintaining the gap between the driving motors 211, and a first partition wall 221 to be described later to which the driving motor 211 is fixed is formed as a heat sink. Thus, it is possible to more effectively diffuse heat generated from the driving motor 211.
  • the plurality of drive motors 211 are selectively operated according to the degree of acceleration of the electric bike, so that a larger number of drive motors 211 are operated as greater force is required, thereby distributing load and using electricity. This can be achieved efficiently, and the operation degree between the operated drive motors 211 is maintained uniformly, thereby enabling more efficient use of the drive motor 211.
  • a rotation blocking member 212b is formed between the driving shaft 211a of the driving motor 211 and the driving gear 212, so that the rotation of the driving gear 212 with respect to the driving shaft 211a is made only in one direction. Make it possible. A detailed description of this will be described later.
  • the driving gear 212 is configured to rotate according to the operation of the driving motor 211, and more precisely, it may be formed on the upper side of the driving motor 211 to be connected to the driving shaft 211a of the driving motor 211. .
  • the driving gear 212 is formed in the space between the second partition wall 222 and the third partition wall 223 to be described later, and each of the plurality of driving gears 212 can rotate in engagement with the differential gear 24 at the center. So that the driving force of the driving motor 211 can be transmitted to the wheel.
  • the driving gear 212 may rotate by inserting a rotation shaft 212a at the center thereof, and is connected to the driving shaft 211a of the driving motor 211 to rotate according to the operation of the driving motor 211.
  • a rotation blocking member 212b may be formed between the rotation shaft 212a and the drive shaft 211a.
  • the rotation blocking member 212b is a configuration that allows rotation in only one direction between two adjacent configurations, and allows the rotation shaft 212a to rotate in only one direction with respect to the drive shaft 211a, and one-way bearing It can be formed as Accordingly, when the rotation shaft 212a rotates in one direction with respect to the driving shaft 211a, the rotation of the rotation shaft 212a can freely rotate without affecting the driving shaft 211a. Through this, it is possible to prevent the rotation of the rotation shaft 212a, that is, the rotation of the wheel, from affecting the driving motor 211 even when the operation of the driving motor 211 is stopped on a downhill road, etc.
  • the rotation blocking member 212b blocks the rotation of the rotation shaft 212a in the other direction with respect to the driving shaft 211a, which allows the rotation shaft 212a to engage with it and rotate together when the driving shaft 211a rotates. By doing so, it is to allow the driving force of the driving motor 211 to be transmitted to the driving gear 212 and the wheel.
  • the rotation blocking member 212b causes the rotation shaft 212a to rotate together with the driving shaft 211a when the driving motor 211 is operated so that the driving gear 212 is rotated, and the driving motor 211 When the motor is stopped, the rotation of the rotation shaft 212a is prevented from being transmitted to the driving shaft 211a to block the influence on the driving motor 211.
  • the partition wall portion 22 is configured to fix the driving device 2, so that the first partition wall 221, the second partition wall 222, and the third partition wall 223 are opposed to each other and formed at a predetermined interval. . Therefore, the first partition wall 221, the second partition wall 222, and the third partition wall 223 form a predetermined space therebetween, preferably the first partition wall 221 and the second partition wall 222 The space between them is opened to the outside, and the space between the second partition wall 222 and the third partition wall 223 is blocked from the outside so as to be sealed.
  • the first partition wall 221 is a configuration in which the driving motor 211 is mounted and fixed, and is formed to be spaced apart from the second partition wall 222 with the driving motor 211 therebetween.
  • the first partition wall 221 allows a plurality of driving motors 211 to be fixed at a predetermined interval, and the space between the second partition walls 222 is opened to the outside. Therefore, the drive motor 211 fixed to the first partition wall 221 not only reduces heat generation as the size and capacity of the drive motor 211 are reduced and the load applied is reduced, but also the space between the drive motors 211 open to the outside. The heat is discharged through to prevent overheating.
  • the first partition wall 221 may be formed as a heat sink so that heat generated in the driving motor 211 can be effectively diffused, and may be made of a metal material having high thermal conductivity, but is not limited thereto. , It can be formed of a variety of materials that can be made to be effective heat diffusion.
  • the second partition wall 222 is formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval between the first partition wall 221 and the third partition wall 223, and the rotation shaft 212a of the driving gear 212 may pass therethrough.
  • a driving motor 211 is positioned in the space between the second partition wall 222 and the first partition wall 221, and a driving gear 212 between the second partition wall 222 and the third partition wall 223 ) And the differential gear 24 are formed.
  • the second partition wall 222 may allow the main shaft 23 to pass therethrough, and the space between the second partition wall 222 and the third partition wall 223 is sealed with the outside, and lubricant oil in the sealed space Can be injected.
  • the third partition wall 223 is formed to face the second partition wall 222, and allows the main shaft 23 to pass through and form an enclosed space with the second partition wall 222.
  • the main shaft 23 is connected to the wheel to become the center of rotation of the wheel, is coupled to the differential gear 24 to rotate together, and allows the wheel to rotate according to the operation of the driving motor 211 .
  • the differential gear 24 is fixed to the main shaft 23 and rotates together, and a plurality of driving gears 212 are engaged and rotated along the periphery. Accordingly, the differential gear 24 is rotated together by a plurality of driving gears 212 that rotate according to the operation of the driving motor 211.
  • the driving control unit 3 is configured to control the operation of the driving device 2, and the driving module 21 to be operated is selected according to the acceleration degree of the electric bike, and the selected driving module 21 can be uniformly operated. To be.
  • the driving control unit 3 detects the load applied to the driving motor 211 of each driving module 21 and adjusts the output, so that the driving motor 211 is evenly used even when the driving motor 211 is aging. This is possible, and if the inconsistency in the degree of operation between the driving motors 211 continues, the abnormality of the driving motor 211 can be diagnosed and notified to the user, so that a quick response to the abnormality of the driving motor 211 is possible. do.
  • the drive control unit 3 may include an operation control unit 31, a load control unit 32, and an abnormality diagnosis unit 33, as shown in FIG. 9.
  • the operation control unit 31 is configured to adjust the operation of the driving module 21 according to the acceleration of the electric bike, and controls the operation of the plurality of driving modules 21 mounted on the wheels.
  • the operation control unit 31 selects the driving module 21 to be operated according to the input acceleration information, and enables each driving motor 211 of the selected driving module 21 to operate uniformly.
  • the operation control unit 31 may include an acceleration information input module 311, an operation module selection module 312, and a uniform operation module 313.
  • the acceleration information input module 311 is configured to input acceleration information of an electric bike, and allows acceleration information according to a user's manipulation to be input as an electric signal.
  • the operation module selection module 312 is configured to select the driving module 21 to be operated according to the acceleration information input by the acceleration information input module 311, and more accurately select the driving motor 211 to be operated. do.
  • the operation module selection module 312 may be configured to preset the number of drive motors 211 to be operated according to the acceleration degree, and the greater the acceleration degree, the greater the number of drive motors 211 to operate.
  • the driving motors 211 selected by the operation module selection module 312 are uniformly operated by the uniform operation module 313, and even if only some of the driving motors 211 are selected and operated, the driving gear 212 thereby Since the rotation of the rotation blocking member 212b does not affect the driving motor 211 not operated by the rotation blocking member 212b, uniform operation of the selected driving motors 211 can be performed smoothly.
  • the uniform operation module 313 is configured to uniformly operate the driving motors 211 selected by the operation module selection module 312, and evenly distributes the load for each driving motor 211 and drives each It allows efficient use of the motor 211. Accordingly, the uniform operation module 313 can guarantee the life of each drive motor 211 to the maximum, and heat generated by each drive motor 211 can be kept to a minimum.
  • the load adjustment unit 32 maintains the rotational speed of each drive motor 211 uniformly, distributes the load applied to each drive motor 211 evenly, and enables efficient driving of the wheels. It detects the load applied to 211) so that the output can be adjusted.
  • Each driving motor 211 operates uniformly by the uniform operation module 313, but the rotational speed of each driving motor 211, that is, the driving shaft 211a, according to aging, contamination, damage, etc. of each driving motor 211 May lead to inconsistent rotational speed.
  • the load adjustment unit 32 may include a load detection module 321, a load comparison module 322, and an output control module 323.
  • the load detection module 321 is configured to detect the load applied to each driving motor 211, and the driving motor 211 of the driving module 21 selected and operated by the operation module selection module 312 is Try to sense the load.
  • the load detection module 321 may measure the load by various methods, and as an example, measure the rotation speed of the drive shaft 211a of each drive motor 211.
  • the load comparison module 322 is configured to compare the load of each driving motor 211 sensed by the load detection module 321, and to compare the rotation speed of the drive shaft 211a of each driving motor 211 can do.
  • Each driving motor 211 is started to operate with the same output by the uniform operation module 313, but as described above, even when operating with the same output, the same due to aging, contamination, damage, etc. of the specific driving motor 211
  • the load comparison module 322 compares the load of each driving motor 211 and adjusts it to the same rotational speed, so that the other driving motor 211 due to aging, contamination, damage, etc. of the specific driving motor 211 It prevents excessive load from being generated, and enables efficient transmission of driving force to the wheel through even use of the driving motor 211.
  • the output control module 323 is configured to have the same rotational speed by adjusting the output of each drive motor 211 according to the load of each drive motor 211 compared by the load comparison module 322 , By preventing the load from being biased on the specific driving motor 211, it is possible to use the driving motor 211 evenly, so that the driving of the wheels using the plurality of driving motors 211 can be efficiently performed. For example, the output control module 323 may lower the output of the driving motor 211 with a high load and increase the output of the driving motor 211 with a low load to have the same rotational speed.
  • the abnormality diagnosis unit 33 is configured to diagnose an abnormality of the driving motor 211, and when a rotational speed mismatch between each driving motor 211 occurs by the load adjustment unit 32, according to the degree or frequency of the mismatch.
  • the abnormality of the driving motor 211 is diagnosed and notified.
  • the abnormality diagnosis unit 33 can immediately diagnose an abnormality of the driving motor 211 when the degree of inconsistency in the rotational speed is large, and even when the degree of inconsistency is not large, the driving motor 211 ) To be diagnosed and notified.
  • the abnormality diagnosis unit 33 may include an inconsistency calculation module 331, a diagnosis start module 332, a frequency calculation module 333, and an abnormality warning module 334.
  • the inconsistency degree calculation module 331 is configured to calculate the degree of inconsistency between each driving motor 211 compared by the load comparison module 322, and calculates the degree of difference in rotation speed of each driving motor 211. I can. If the degree of inconsistency calculated by the inconsistency degree calculation module 331 is very large and exceeds a certain value, it can be immediately diagnosed as an abnormality of a specific drive motor 211, but does not exceed a certain value, but the output control module ( When the output is adjusted by 323, the diagnosis of the driving motor 211 may be started by the diagnosis start module 332.
  • the diagnosis initiation module 332 does not exceed a certain value of the inconsistency calculated by the inconsistency calculation module 331, but when the output adjustment by the output control module 323 occurs, the specific driving motor 211
  • This configuration initiates diagnosis of, and stores information on a specific driving motor 211 so that the frequency at which the output adjustment occurs by the frequency calculation module 333 can be calculated.
  • the frequency calculation module 333 calculates the frequency at which the output adjustment occurs by the output control module 323 for the driving motor 211 for which diagnosis is started.
  • the output of each driving motor 211 is adjusted by the output control module 323 to match the rotational speed, but the rotational speed mismatch occurs again within a certain time. In this case, the output is adjusted again by the output control module 323.
  • the rotational speed mismatch occurs repeatedly, the probability of occurrence of an abnormality of the specific driving motor 211 is very high, so that the frequency calculation module 333 generates a rotational speed mismatch with respect to the specific drive motor 211.
  • the frequency is calculated so that when a discrepancy occurs more than a certain frequency, the abnormality of the driving motor 211 can be notified by the abnormality warning module 334.
  • the abnormality warning module 334 is configured to notify the user of an abnormality in the driving motor 211, and the degree of inconsistency exceeds a certain value by the inconsistency calculation module 331 or is calculated by the frequency calculation module 333. When the frequency is more than a certain number of times, it is notified as an abnormality of the driving motor 211.
  • the abnormality warning module 334 may visually and audibly notify the occurrence of an abnormality in the driving motor 211 through a separate screen, lighting, or sound.

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Abstract

본 발명은 DC발전기에 관한 것으로, 더욱 상사하게는 회전하는 영구자석의 내측으로 코일이 권선된 다수의 폴을 형성하도록 하고, 폴 각각에서 발생된 전류는 각 폴에 연결된 개별적인 정류다이오드에 의해 직류로 변환되도록 함으로써, 고용량의 대형 정류기 없이 고출력·초경량의 DC발전기 제작이 가능하고, 각 폴에서 발생된 전류간의 간섭 및 역류를 방지하여 고순도의 직류를 생산할 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기에 관한 것이다.

Description

모듈형 초경량 DC발전기
본 발명은 DC발전기에 관한 것으로, 더욱 상사하게는 회전하는 영구자석의 내측으로 코일이 권선된 다수의 폴을 형성하도록 하고, 폴 각각에서 발생된 전류는 각 폴에 연결된 개별적인 정류다이오드에 의해 직류로 변환되도록 함으로써, 고용량의 대형 정류기 없이 고출력·초경량의 DC발전기 제작이 가능하고, 각 폴에서 발생된 전류간의 간섭 및 역류를 방지하여 고순도의 직류를 생산할 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기에 관한 것이다.
발전기는 전기의 생산을 위하여 화력, 수력, 원자력, 풍력 등 다양한 동력을 이용하게 되는데, 주로 코일 주위를 영구자석이 회전하며 발생되는 유도 기전력에 의해 교류 전류가 발생되는 원리를 이용한다.
이때, 발생된 전류는 아래 특허문헌에서 보는 바와 같이 별도의 정류기를 이용하여 직류로 변화하게 되는데, 많은 양의 전류를 처리하기 위해서는 정류기의 용량과 부피가 커져야만 하고, 많은 양의 발열로 인해 아래 특허문헌과 같이 별도의 냉각장치를 설치해야만 했다.
또한, 최근에는 화석연료의 고갈, 환경오염 등의 문제로 효율적이고 친환경적인 전기의 생산이 주요 이슈가 되고 있는데, 기존 대형의 풍력발전, 수력발전 등 친환경 발전사업뿐만 아니라 소수력발전, 소형 풍력발전 등 소규모로 전력을 생산하는 저전력 발전사업의 진행이 확대되고 있다.
또한, 전기 자전거, 전기 바이크, 전기 자동차, 무인기 등 전기를 저장하여 운행하는 이동 수단에 있어서, 발전기를 내장하여 효율적인 전기의 사용이 이루어지도록 하고, 운행거리를 늘릴 수 있는 기술의 개발도 활발하게 이루어지고 있다.
이때, 소규모의 저전력 발전사업이나 전기를 이용한 이동수단에 사용되는 발전기는 높은 효율뿐만 아니라 그 부피와 무게를 줄여 다양한 장소에 설치가 가능하도록 하고, 이동수단에 있어서 그 적용이 용이하며 전기의 사용 효율 또한 높일 수 있고 디자인적 적용이 가능하도록 초경량, 소형으로 제작되어야 할 필요성이 매우 높다.
그러나 현재에는 많은 양의 전류를 생산할수록 부피가 크고 무거운 고용량의 정류기를 별도로 설치해야만 하므로, 소형, 경량화된 발전기의 제작을 더욱 어렵게 하고 있다.
(특허문헌)
공개특허공보 제10-2018-0057905호(2018.05.31. 공개)"정류자 분리 구조의 차량용 교류 발전기"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 고용량의 대형 정류기 없이 고출력·초경량으로 제작되고, 고순도의 직류를 생산할 수 있는 모듈형 초경량 DC발전기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 고출력·초경량의 DC발전기를 쉽고 간단하게 제작할 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 다양한 사양을 갖는 DC발전기의 제작 및 변경이 쉽게 이루어질 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 고용량의 발전기도 쉽게 제작할 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 회전부의 회전속도에 상관없이 일정한 전압을 유지할 수 있도록 하는 모듈형 초경량 DC발전기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기는 내측 둘레를 따라 영구자석이 설치된 상태로 회전하는 회전부와; 코일이 권선된 다수의 폴이 영구자석의 내측으로 대향되어 형성되며, 회전부의 회전에 따라 교류 전류가 발생되는 권선부와; 상기 권선부와 연결되어 권선부에서 발생된 전류를 직류로 전환하는 정류부와; 상기 권선부 및 정류부가 고정되는 PCB판;을 포함하고, 상기 정류부는 다수의 폴 각각에 개별적으로 연결되는 다수의 정류다이오드를 포함하여, 각 폴에서 발생되는 전류를 각 정류다이오드에서 개별적으로 정류하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 PCB판은 정류를 위해 인쇄된 정류회로를 포함하며, 각 폴에 권선된 코일은 정류회로에 연결되도록 하고, 각 폴의 코일과 연결된 정류회로는 각각 정해진 정류다이오드와 연결되도록 하여, 각 폴 별로 개별적인 정류가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 폴은 일정 간격 이격되어 원형으로 형성되도록 하고, 상기 정류다이오드는 상기 폴의 외측 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 원형으로 형성되도록 하며, 상기 폴 및 정류다이오드는 사용자가 원하는 전압과 전류에 따라 일정 개수로 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기는 상기 PCB판을 서로 대향되도록 연결하여 고정되도록 함으로써, 복수개가 적층되어 하나의 발전기를 형성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기는 각 폴에서 발생되어 정류부를 거쳐 나온 전류가 직렬 또는 병렬로 연결되어 별도의 전력저장장치로 전달되도록 하는 회로전환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 회로전환부는 각 폴 사이를 직렬 또는 병렬로 연결하는 전환회로와, 상기 회전부의 회전속도에 따라 상기 전환회로를 직렬 또는 병렬로 전환하는 직병렬전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 전환회로는 각 폴 사이를 직렬로 연결되도록 하는 직렬스위치와, 각 폴 사이를 병렬로 연결되도록 하는 병렬스위치를 포함하고, 상기 직병렬전환모듈은 상기 회전부의 회전속도가 설정된 값 이상인 경우 직렬스위치를 온 상태가 되도록 하고 병렬스위치를 오프 상태가 되도록 하며, 회전부의 회전속도가 설정된 값 미만인 경우 병렬스위치를 온 상태가 되도록 하고 직렬스위치를 오프 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 회로전환부는 설정된 전압값에 따라 연결되는 폴의 개수를 조절하는 연결설정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기에 있어서, 상기 직렬스위치는 각 폴이 직렬로 연결된 상태에서 전환회로를 별도의 전력저장장치와 연결시키는 직렬전환스위치와, 각 폴 사이를 직렬로 연결하는 모듈연결스위치를 포함하고, 상기 병렬스위치는 각 폴이 병렬로 연결된 상태에서 전환회로를 별도의 전력저장장치와 연결시키는 병렬전환스위치와, 각 폴 사이를 병렬로 연결하는 모듈연결스위치를 포함하고, 상기 연결설정모듈은 상기 모듈연결스위치의 작동을 조절하여 전환회로에 연결되는 폴의 개수를 조절하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 회전하는 영구자석의 내측으로 코일이 권선된 다수의 폴을 형성하도록 하고, 폴 각각에서 발생된 전류는 각 폴에 연결된 개별적인 정류다이오드에 의해 직류로 변환되도록 함으로써, 고용량의 대형 정류기 없이 고출력·초경량의 DC발전기 제작이 가능하고, 각 폴에서 발생된 전류간의 간섭 및 역류를 방지하여 고순도의 직류를 생산할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 원형으로 형성되는 영구자석과 대향되어 내측 둘레를 따라 다수의 폴이 일정 간격으로 형성되도록 하고, 폴의 외측 둘레에는 각각의 폴에 연결되는 정류다이오드가 일정 간격으로 PCB판에 고정되어 설치되도록 함으로써, 고출력·초경량의 DC발전기를 쉽고 간단하게 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 사용자가 원하는 전압, 전류에 따라 폴 및 정류다이오드의 개수를 조절하여 설치하도록 함으로써, 다양한 사양을 갖는 DC발전기의 제작 및 변경이 쉽게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 복수의 PCB판을 대향하여 연결하는 방법으로 복수의 발전기가 적층되어 형성될 수 있도록 함으로써, 고용량의 발전기도 쉽게 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 각 폴에서 발생되어 정류부를 거쳐 나온 전류가 직렬 또는 병렬로 연결되어 별도의 전력저장장치에 전달되도록 함으로써, 회전부의 회전속도에 상관없이 일정한 전압을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초경량 DC발전기의 사시도
도 2는 도 1의 분해사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초경량 DC발전기가 복수개 적층되어 형성된 상태를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 초경량 DC발전기의 회로전환부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 4의 전환회로의 회로도
도 6은 전환회로의 작동상태를 나타내는 참고도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초경량 DC발전기를 포함하는 전기바이크의 사시도
도 8은 도 7의 분해사시도
도 9는 도 7의 구동제어부의 구성을 나타내는 블럭도
*도면에 사용되는 부호의 설명
1: DC발전기 11: 회전부 111: 회전부재 112: 영구자석
12: 권선부 121: 폴 122: 코일 13: 정류부
131: 정류다이오드 14: PCB판 15: 회로전환부 151: 전환회로
151a: 직렬스위치 151a-1: 직렬전환스위치 151a-2: 모듈연결스위치
151b: 병렬스위치 151b-1: 병렬전환스위치 151b-2: 모듈연결스위치
152; 직병렬전환모듈 153: 연결설정모듈 2: 구동장치
21: 구동모듈 211: 구동모터 211a: 구동축 212: 구동기어
212a: 회전축 212b: 회전차단부재 22: 격벽부 221: 제1격벽
222: 제2격벽 223: 제3격벽 23: 메인샤프트 24: 차동기어
3: 구동제어부 31: 작동조절부 311: 가속정보입력모듈
312: 작동모듈선택모듈 313: 균일작동모듈 32: 부하조정부
321: 부하감지모듈 322: 부하비교모듈 323: 출력조절모듈
33: 이상진단부 331: 불일치도산출모듈 332: 진단개시모듈
333: 빈도산출모듈 334: 이상경고모듈
이하에서는 본 발명에 따른 모듈형 초경량 DC발전기 및 이를 포함하는 전기바이크의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초경량 DC발전기(1)를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 DC발전기(1)는 내측 둘레를 따라 영구자석(112)이 설치된 상태로 회전하는 회전부(11)와; 코일(122)이 권선된 다수의 폴(121)이 영구자석(112)의 내측으로 대향되어 형성되며, 회전부(11)의 회전에 따라 교류 전류가 발생되는 권선부(12)와; 상기 권선부(12)와 연결되어 권선부(12)에서 발생된 전류를 직류로 전환하는 정류부(13)와; 상기 권선부(12) 및 정류부(13)가 고정되는 PCB판(14);을 포함한다.
본 발명에 따른 DC발전기(1)는 많은 양의 전류를 생산할 수 있도록 하면서도 초경량·소형으로 제작될 수 있도록 하기 위해, 회전하는 영구자석(112)의 내측으로 코일(122)이 권선된 다수의 폴(121)이 대향되어 형성되도록 하고, 각각의 폴(121)에서 생산되는 교류의 전류는 각 폴(121)에 연결되는 정류다이오드(131)에 의해 직류로 변환되도록 한다. 따라서, 상기 DC발전기(1)는 많은 전류를 한 번에 생산함에도 대용량의 크고 무거운 정류기를 사용할 필요가 없으며, 소형·경량의 정류다이오드(131)를 통해 개별적인 정류가 가능하도록 한다. 또한, 소형·경량의 정류다이오드(131)들은 PCB판(14)에 고정되어 영구자석(112)의 내측 둘레를 따라 형성되므로 별도의 설치 공간이 필요 없으며, DC발전기(1)가 차지하는 공간을 줄일 수 있도록 한다. 또한, 각 폴(121)에서 생산된 전류는 다른 폴에서 생산된 전류와 전혀 간섭없이 개별적인 정류가 이루어지므로, 전류가 역류하는 등의 문제 없이 높은 순도의 직류를 얻을 수 있다.
상기 회전부(11)는 내측 둘레를 따라 영구자석(112)이 설치된 상태에서 회전하는 구성으로, 영구자석(112)의 회전에 따라 권선부(12)에 전류를 발생시킬 수 있도록 한다. 상기 회전부(11)는 개방된 원통형의 회전부재(111)와 회전부재(111)의 내측 둘레를 따라 형성되는 영구자석(112)을 포함할 수 있다.
상기 회전부재(111)는 풍력, 수력, 회전하는 바퀴 등 별도의 동력원과 연결되어 회전하는 구성으로, 상하가 개방된 원통형으로 형성될 수 있다. 상기 회전부재(111)는 내측 둘레를 따라 영구자석(112)이 배치되어 회전부재(111)의 회전과 함께 영구자석(112)도 회전할 수 있도록 한다.
상기 영구자석(112)은 회전부재(111)의 내측 둘레를 따라 형성되어 회전하며, 상기 권선부(12)에 전류를 발생시키는 구성으로, 더욱 정확하게는 영구자석(112)의 회전에 따라 발생되는 유도 기전력에 의해 상기 권선부(12)의 각 폴(121)에 감기는 코일(122)에 교류 전류가 발생되도록 한다. 상기 영구자석(112)은 회전부재(111)의 내측 둘레를 따라 원형으로 형성되며, 복수개가 연속되어 회전부재(111) 둘레 전체에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 권선부(12)는 영구자석(112)의 내측으로 대향되도록 형성되어 영구자석(112)의 회전에 따라 전류를 발생시키는 구성으로, 다수의 폴(121)과 폴(121) 내에 권선되는 코일(122)을 포함한다.
상기 폴(121)은 영구자석(112)의 내측으로 대향되어 형성되는 구성으로, 내부에는 코일(122)이 권선되어 영구자석(112)의 회전에 따라 코일(122)에 전류가 발생될 수 있도록 한다. 상기 폴(121)은 다수개가 형성되어 PCB판(14)에 고정되도록 할 수 있으며, 원형으로 형성되는 영구자석(112)에 대향되도록 영구자석(112)의 내측 둘레를 따라 원형으로 배치되도록 할 수 있다. 상기 폴(121)은 다수개가 일정 간격 이격되도록 형성되어 많은 양의 전류를 한 번에 발생시킬 수 있도록 하고, 각각의 폴(121)은 개별적인 정류다이오드(131)와 연결되어 정류가 이루어지도록 함으로써, 높은 순도의 직류를 생산할 수 있도록 함과 함께 소형, 경량의 발전기 제작이 가능하도록 한다. 또한, 상기 폴(121)은 DC발전기(1)에서 생산될 전력의 전압, 전류에 따라 그 개수를 조절할 수 있도록 하는데, 이때 PCB판(14)에 설치되는 폴(121)의 개수를 조절하기만 하면 충분하므로, 출력 및 사양의 조절이 매우 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 코일(122)은 상기 폴(121) 내에 권선되어 전류가 발생되는 구성으로, 에나멜선으로 형성될 수 있으며, 영구자석(112)의 회전에 의해 발생된 유도 기전력에 의해 교류 전류가 발생된다. 상기 코일(122)은 각 폴(121)에 권선된 상태에서 외부로 인출되어 PCB판(14)에 인쇄된 정류회로에 연결되며, 정류회로는 각각의 개별적인 정류다이오드(131)에 연결되어 직류로의 전환이 이루어진다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이 각 폴(121) 내에서 발생된 전류는 개별적으로 각각의 정류다이오드(131)에 의해 정류되어 발전기의 소형 경량화 및 높은 순도의 직류 생성이 가능해진다.
상기 정류부(13)는 각 폴(121) 내의 코일(122)에 발생된 교류 전류를 직류로 전환하는 구성으로, 각 폴(121)과 연결되는 정류다이오드(131)를 별개로 형성하여 PCB판(14)에 고정될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 정류부(13)는 다수의 폴(121) 중 하나에서 발생되는 전류만을 직류로 변환하면 충분하므로, 초소형 초경량의 정류다이오드(131)를 적용할 수 있으며, 원형으로 배열되는 폴(121)의 외측으로 정류다이오드(131)들이 대향되어 배치되도록 한다. 따라서, 상기 정류부(13)는 별도의 고용량 정류기 사용 없이도 DC발전기(1) 내 PCB판(14)에 초소형, 초경량의 정류다이오드(131)를 설치하는 것만으로 충분하므로, DC발전기(1)의 무게, 크기 또한 줄이도록 할 수 있다. 상기 정류다이오드(131)는 폴(121)의 개수에 상응하도록 형성되므로, 폴(121)과 같이 사용자가 원하는 출력에 따라 그 개수가 조절되며, 폴(121)도 PCB판(14)에 설치하는 것만으로 개수의 조절이 완료되므로, 사양 및 출력의 변경이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 PCB판(14)은 폴(121), 정류다이오드(131) 등의 구성을 고정시키는 구성으로, 원판형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 PCB판(14)에는 정류회로가 형성되어 각각의 폴(121)과 정류다이오드(131)가 연결되도록 할 수 있다.
또한, 상기 PCB판(14)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수개가 연결되도록 고정되어 복수의 DC발전기(1)가 하나의 발전기를 형성하도록 할 수 있다. 따라서, 각 회전부(11)의 회전을 통해 동시에 더욱 많은 전류가 생산되도록 구성할 수 있으며, 이때에도 사용자가 원하는 출력에 따라 연결된 DC발전기(1)의 개수를 설정하여 고정시키도록 함으로써, 손쉬운 제작이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 모듈형 초경량 DC발전기(1)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 회로전환부(15)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 각 폴(121)에서 생산된 전력을 상기 정류부(13)에 의해 정류되어 별도의 전력저장장치(B)에 저장될 수 있는데, 이때 각 폴(121)에서 발생되어 정류부(13)를 거친 전류가 회로전환부(15)에 의해 직렬 또는 병렬로 연결되어 전력저장장치(B)로 전달되도록 함으로써 회전부(11)의 불규칙적인 회전에도 일정한 전압을 확보할 수 있도록 한다.
상기 회로전환부(15)는 각 폴(121)에서 발생된 전류를 직렬 또는 병렬로 연결하여 전력저장장치(B)로 전달하는 구성으로, 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있도록 한다. 상기 회로전환부(15)는 회전부(11)의 회전속도에 따라 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이를 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 하며, 회전부(11)의 회전속도가 설정된 값보다 느린 경우에는 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이를 직렬로 연결하여 필요한 전압을 확보할 수 있도록 하고, 회전부(11)의 회전속도가 설정된 값보다 빠른 경우에는 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이를 병렬로 연결하여 적절한 전압을 유지할 수 있도록 한다. 상기 회전부(11)는 수력, 풍력 등의 동력원과 전기바이크 등에 연결되어 불규칙한 속도로 회전하게 되는데, 상기 DC발전기(1)로부터 출력되는 전류가 상기 회로전환부(15)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 함으로써, 안정적이고 효율적인 전력의 발생 및 충전이 가능하도록 한다. 또한, 상기 회로전환부(15)는 직렬 또는 병렬로 연결된 상태에서 연결되는 각 폴(121)의 정류부(13) 개수를 조절하도록 할 수 있으며, 이를 통해 전압의 조절이 더욱 정확하게 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 회로전환부(15)는 전환회로(151), 직병렬전환모듈(152), 연결설정모듈(153)을 포함할 수 있다.
상기 전환회로(151)는 각 폴(121)에 연결된 정류부(13)와 전력저장장치(B) 사이를 연결하는 구성으로, 각 폴(121)에 연결된 정류부(13)가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 전환회로(151)는 도 5에 도시된 바와 같이 각 폴(121)에 연결된 정류부(13) 사이를 직렬로 연결시키는 직렬스위치(151a)와 병렬로 연결시키는 병렬스위치(151b)를 포함할 수 있으며, 직렬스위치(151a)가 온 상태가 되고 병렬스위치(151b)가 오프 상태가 되는 경우에는 직렬로 연결되고, 그 반대의 경우에는 병렬로 연결될 수 있도록 한다. 상기 전환회로(151)는 상기 PCB판(14)에 인쇄되거나 별도의 전력저장장치(B)측에 형성될 수 있다.
상기 직렬스위치(151a)는 직렬연결시 연결되어 각 폴(121)과 연결된 정류부(13)와 전력저장장치(B) 사이를 직렬로 연결하는 구성으로, 전환회로(151)와 전력저장장치(B) 사이를 연결하는 직렬전환스위치(151a-1), 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이를 연결하는 모듈연결스위치(151a-2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 폴(121)과 연결된 정류부(13)를 도 5에 도시된 바와 같이 13a,13b,13c,13d로 표시할 경우 각 정류부(13a,13b,13c,13d)는 모듈연결스위치(151a-2)에 의해 연결되고, 전환회로(151)와 전력저장장치(B)는 직렬전환스위치(151a-1)에 의해 연결되어 직렬연결시 모듈연결스위치(151a-2) 및 직렬전환스위치(151a-1)가 모두 온 상태가 되도록 한다. 그리고 상기 연결설정모듈(153)에 의해 연결되는 폴(121)의 개수가 조절될 경우에는 모듈연결스위치(151a-2)의 연결을 조절할 수 있도록 한다. 예를 들어 3개의 폴(13a,13b,13c)만이 연결되도록 할 경우에는 13c와 13d 사이에 형성되는 모듈연결스위치(151a-2)가 오프 상태가 되도록 하여 연결을 해제하도록 함으로써 3개의 폴(13a,13b,13c)만이 직렬로 연결될 수 있도록 한다. 참고로, 이때에는 정류부(13c) 하측에 형성되는 병렬스위치(151b)의 모듈연결스위치(151b-2)가 대신 연결되도록 하여 직렬 회로의 구성이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 병렬스위치(151b)는 병렬연결시 연결되어 각 폴(121)과 연결된 정류부(13)와 전력저장장치(B) 사이를 병렬로 연결하는 구성으로, 직렬스위치(151a)와 작동원리는 동일하며, 병렬전환스위치(151b-1) 및 모듈연결스위치(151b-2)를 포함한다. 상세한 설명은 직렬스위치(151a)에서 설명한 바와 같다.
상기 직병렬전환모듈(152)은 회전부(11)의 회전속도에 따라 전환회로(151)의 직렬 또는 병렬 연결을 조절하는 구성으로, 상기 직렬스위치(151a) 또는 병렬스위치(151b)를 온 상태가 되도록 조절한다. 따라서, 상기 직병렬전환모듈(152)은 회전부(11)의 회전속도가 설정된 값 이상인 경우에는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 직렬스위치(151a)를 모두 온 상태가 되도록 하여 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이가 직렬로 연결되도록 하고, 회전부(11)의 회전속도가 설정된 값 미만인 경우에는 도 6(b)에 도시된 바와 같이 병렬스위치(151b)를 모두 온 상태가 되도록 하여 각 폴(121)과 연결된 정류부(13) 사이가 병렬로 연결될 수 있도록 한다.
상기 연결설정모듈(153)은 연결되는 폴(121)의 개수를 조절하는 구성으로, 더욱 정확하게는 각 폴(121)과 연결되는 정류부(13)가 연결되는 개수를 조절하도록 한다. 상기 회로전환부(15)는 직병렬전환모듈(152)을 통해 전환회로(151)의 직렬 또는 병렬 연결을 조절하여 DC발전기(1)에서 발생되는 전류의 전압값이 일정하게 유지될 수 있도록 하나, 직렬 또는 병렬의 조절만으로는 전압값을 정확하게 일정하게 유지되도록 할 수 없으므로, 연결되는 폴(121)의 개수를 조절하여 설정된 전압값에 최대한 맞출 수 있도록 한다. 상기 연결설정모듈(153)은 직렬 또는 병렬 연결에 있어서 모두 모듈연결스위치(151a-2,151b-2)의 연결을 조절하여 연결되는 폴(121)의 개수를 조절할 수 있도록 하고, 회로의 원활한 연결을 위하여 회로의 후단, 예를 들어 13d에서 부터 연결의 해제가 이루어질 수 있도록 한다. 상기 연결설정모듈(153)은 회전부(11)의 회전속도에 따라 직병렬전환모듈(152)에 의해 전환회로(151)의 직렬 또는 병렬 연결이 선택된 다음 연결되는 폴(121)의 개수를 조절하도록 할 수 있으며, 직렬 연결인 경우에는 전환회로(151)에서 출력되는 전압값이 설정된 값 미만인 경우 연결되는 폴(121)의 개수를 늘리도록 하고, 설정된 값 이상인 경우 연결되는 폴(121)의 개수를 줄이도록 하여 설정된 전압값에 최대한 가까워질 수 있도록 한다. 또한, 전환회로(151)가 병렬로 선택되는 경우에는 전압값이 설정된 값보다 높은 경우 연결되는 폴(121)의 개수를 늘려 전압값이 더욱 떨어지도록 하고, 설정된 값 미만인 경우 연결되는 폴(121)의 개수를 줄이도록 한다. 따라서, 상기 DC발전기(1)는 회전부(11)의 불규칙적인 회전과 다수의 폴(121) 연결에도 최대한 일정한 전압이 출력되도록 할 수 있으며, 이를 통해 효율적인 발전과 전력저장장치(B)에 대한 효율적이고 안정적인 충전이 가능하도록 한다.
상기 DC발전기(1)를 포함한 전기바이크를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 전기바이크는 상기 DC발전기(1)와, 전기바이크의 바퀴에 장착되어 바퀴를 구동시키는 구동장치(2), 구동장치(2)의 작동을 제어하는 구동제어부(3)를 포함할 수 있다.
상기 DC발전기(1)는 다양한 발전장치, 전기 구동장치에 적용되어 활용될 수 있으나, 일 예로 전기바이크의 바퀴에 연결되어 전력을 발생시키도록 할 수 있다. 이때, 상기 DC발전기(1)는 회전부(11)가 바퀴에 연결되어 함께 회전하도록 하며, 발생된 전력을 배터리 등에 저장시켜 전기바이크의 구동에 사용할 수 있도록 한다. 상기 DC발전기(1)에 관한 설명은 상술한 바와 같으므로 이하 생략한다.
상기 전기바이크는 하나의 바퀴에 복수의 구동모터(211)가 직접 연결되어 장착되도록 함으로써, 구동모터(211)에 주어지는 부하를 분산시키고 발열의 효과적 확산이 가능하도록 하며, 가속 정도에 따라 구동모터(211)를 선택적으로 작동시키도록 하여 전기의 효율적 사용이 가능하도록 한다. 또한, 상기 전기바이크는 내리막길 등 전기의 소비가 불필요한 곳에서는 구동모터(211)의 작동을 멈출 수 있도록 하면서 바퀴의 회전이 구동모터(211)에 영향을 미치지 않도록 하여, 구동모터(211)의 손상을 방지하고 구동모터(211) 간의 회전 밸런스를 유지할 수 있도록 한다.
여기서 바퀴라 함은 구동장치(2)가 장착되는 전기바이크의 일측 바퀴를 의미하며, 전측, 후측 등 전기바이크에 구동력을 전달하는 다양한 위치의 바퀴를 모두 포함한다. 또한, 본 발명의 전기바이크는 2륜, 3륜, 4륜 등 다양한 개수의 바퀴를 갖는 전기 오토바이, 전기 자전거 등을 포함한다.
상기 구동장치(2)는 전기바이크의 바퀴에 직접 장착되어 구동력을 발생시키는 구성으로, 각각 구동모터(211)를 갖는 복수의 구동모듈(21)이 격벽부(22)에 장착되어 고정되도록 하고, 각 구동모터(211)의 구동력이 차동기어(24)를 통해 바퀴의 메인샤프트(23)로 전달되어 바퀴를 회전시킬 수 있도록 한다.
상기 구동모듈(21)은 구동모터(211)를 포함하며, 복수개가 바퀴에 직접 장착되어 구동력을 전달하도록 한다. 상기 구동모듈(21)은 구동모터(211)의 회전력이 차동기어(24)에 전달될 수 있도록 하기 위해, 구동모터(211)에 의해 회전하는 구동기어(212)를 포함하도록 한다. 따라서, 상기 구동모듈(21)은 차동기어(24)의 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되며, 구동모터(211)의 작동에 따라 구동기어(212)가 회전하도록 하고, 구동기어(212)의 회전에 따라 차동기어(24)가 함께 회전하여 바퀴를 회전시킬 수 있도록 한다.
상기 구동모터(211)는 전기바이크의 바퀴를 회전시키는 구동력을 제공하는 구성으로, 복수개가 바퀴에 직접 장착되도록 한다. 더욱 정확하게 상기 구동모터(211)는 구동기어(212)를 회전시키게 되며, 구동기어(212)와 맞물리는 차동기어(24)도 함께 회전할 수 있도록 한다. 상기 구동모터(211)는 복수개로 형성되어 바퀴를 직접 회전시키도록 형성됨에 따라 구동모터(211)에 주어지는 부하를 분산시킬 수 있도록 한다. 기존 전기바이크의 모터는 하나로 형성되어 모든 RPM을 커버해야 했던바, 과도한 부하가 발생하고 이에 따라 대용량의 모터를 사용해야 하며, 이에 따른 발열도 매우 심하다는 문제가 있었다. 특히, 전기바이크의 출발시에는 가속을 위해 하나의 모터가 최대토크를 지속적으로 발휘해야 하므로, 모터에 주어지는 부하가 더욱 높아지게 된다. 따라서, 본 발명은 구동모터(211)를 복수개로 나누어 하나의 바퀴를 회전시키도록 함으로써, 구동모터(211)에 주어지는 부하를 분산시킬 수 있도록 하고, 구동모터(211)가 소형의 복수개로 나뉘어 형성됨에 따라 각 구동모터(211)에서 발생되는 열이 구동모터(211) 내에 잔존하지 않고 쉽게 외부로 발산될 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 구동모터(211) 사이의 간격을 유지하면서 구동모터(211)를 외부로 개방시키도록 하고, 구동모터(211)가 고정되는 후술할 제1격벽(221)이 방열판으로 형성되도록 하여, 구동모터(211)에서 발생되는 열의 확산이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 복수의 구동모터(211)는 전기바이크의 가속 정도에 따라 선택적으로 작동하도록 하여, 큰 힘이 필요할수록 많은 수의 구동모터(211)를 작동시키도록 함으로써, 부하의 분배와 전기의 사용이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하며, 작동되는 구동모터(211) 사이의 작동정도가 균일하게 유지되도록 함으로써 더욱 효율적인 구동모터(211)의 사용이 가능하도록 한다. 또한, 상기 구동모터(211)의 구동축(211a)과 구동기어(212) 사이에는 회전차단부재(212b)가 형성되도록 하여, 구동축(211a)에 대한 구동기어(212)의 회전이 일방향으로만 이루어질 수 있도록 한다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
상기 구동기어(212)는 구동모터(211)의 작동에 따라 회전하는 구성으로, 더욱 정확하게는 구동모터(211)의 상측에 형성되어 구동모터(211)의 구동축(211a)과 연결되도록 할 수 있다. 상기 구동기어(212)는 후술할 제2격벽(222)과 제3격벽(223) 사이의 공간에 형성되며, 복수의 구동기어(212) 각각이 중심의 차동기어(24)와 맞물려 회전할 수 있도록 하여 구동모터(211)의 구동력이 바퀴에 전달될 수 있도록 한다. 상기 구동기어(212)는 중심에 회전축(212a)이 삽입되어 회전하도록 할 수 있으며, 구동모터(211)의 구동축(211a)과 연결되어 구동모터(211)의 작동에 따라 회전하도록 한다. 이때, 회전축(212a)과 구동축(211a) 사이에는 회전차단부재(212b)가 형성되도록 할 수 있다.
상기 회전차단부재(212b)는 인접하는 두 구성 사이에 일 방향만으로의 회전이 가능하도록 하는 구성으로, 회전축(212a)이 구동축(211a)에 대해 일 방향만으로의 회전이 가능하도록 하며, 원웨이베어링으로 형성될 수 있다. 따라서, 회전축(212a)이 구동축(211a)에 대해 일 방향으로 회전할 경우에는 회전축(212a)의 회전이 구동축(211a)에 영향을 미치지 않고 자유롭게 회전할 수 있게 된다. 이를 통해, 내리막길 등에서 구동모터(211)의 작동을 정지시키는 경우에도 회전축(212a)의 회전, 즉 바퀴의 회전이 구동모터(211)에 영향을 미치지 않도록 할 수 있으며, 구동모터(211)에 의한 브레이킹 현상을 방지하여 구동모터(211) 작동의 정지에 따른 전기 소비의 절감이 가능하도록 하고, 구동모터(211)의 손상을 방지하며, 각 구동모터(211)의 균일한 작동이 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 반대로, 상기 회전차단부재(212b)는 회전축(212a)이 구동축(211a)에 대해 타 방향으로 회전하는 것은 차단하도록 하는데, 이는 구동축(211a)이 회전하는 경우 회전축(212a)이 이와 맞물려 함께 회전하도록 함으로써, 구동모터(211)의 구동력이 구동기어(212) 및 바퀴로 전달될 수 있도록 하기 위함이다. 결과적으로, 상기 회전차단부재(212b)는 구동모터(211)의 작동시 구동축(211a)과 함께 회전축(212a)이 회전하도록 함으로써 구동기어(212)의 회전이 이루어지도록 하고, 구동모터(211)의 정지시에는 회전축(212a)의 회전이 구동축(211a)으로 전달되지 않도록 하여 구동모터(211)에 대한 영향을 차단하도록 한다.
상기 격벽부(22)는 구동장치(2)를 고정시키는 구성으로, 제1격벽(221), 제2격벽(222), 제3격벽(223)이 대향되어 일정 간격 이격된 상태로 형성되도록 한다. 따라서, 상기 제1격벽(221), 제2격벽(222), 제3격벽(223)은 그 사이에 일정 공간을 형성하게 되며, 바람직하게는 제1격벽(221) 및 제2격벽(222) 사이의 공간은 외부로 개방되고, 제2격벽(222) 및 제3격벽(223) 사이의 공간은 외부와 차단되어 밀폐된 상태가 되도록 한다.
상기 제1격벽(221)은 구동모터(211)가 안착되어 고정되는 구성으로, 구동모터(211)를 사이에 두고 제2격벽(222)과 일정 간격 이격되어 형성되도록 한다. 상기 제1격벽(221)은 복수의 구동모터(211)가 일정 간격 이격되어 고정되도록 하며, 제2격벽(222) 사이의 공간은 외부와 개방된 상태가 되도록 한다. 따라서, 제1격벽(221)에 고정되는 구동모터(211)는 그 자체의 크기와 용량이 소형화되고 주어지는 부하가 적어짐에 따라 발열이 줄어들 뿐만 아니라, 외부로 개방되는 구동모터(211) 사이의 공간을 통해 열의 배출이 이루어지도록 하여 과열을 방지할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제1격벽(221)은 방열판으로 형성되어 구동모터(211)에 발생된 열의 확산이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있으며, 열전도율이 높은 금속재질로 형성되도록 할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않으며, 열 확산이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있는 다양한 소재로 형성되도록 할 수 있다.
상기 제2격벽(222)은 제1격벽(221)과 제3격벽(223) 사이에 일정 간격 이격되도록 형성되며, 상기 구동기어(212)의 회전축(212a)이 관통하도록 할 수 있다. 상기 제2격벽(222)과 제1격벽(221) 사이의 공간에는 앞서 설명한 바와 같이 구동모터(211)가 위치하며, 제2격벽(222)과 제3격벽(223) 사이에는 구동기어(212) 및 차동기어(24)가 형성되도록 한다. 또한, 상기 제2격벽(222)은 메인샤프트(23)가 관통되도록 할 수 있으며, 제2격벽(222)과 제3격벽(223) 사이의 공간은 외부와 밀폐되도록 하고, 밀폐된 공간에 윤활유가 주입되도록 할 수 있다. 따라서, 제2격벽(222)과 제3격벽(223) 사이의 밀폐된 공간으로 주입되는 윤활유를 통해 구동기어(212) 및 차동기어(24) 사이의 마모를 방지하면서, 윤활유를 통한 냉각이 이루어질 수 있도록 하여 추가적인 과열 방지가 가능하도록 한다.
상기 제3격벽(223)은 제2격벽(222)과 대향되도록 형성되며, 메인샤프트(23)가 관통되고 제2격벽(222)과 밀폐된 공간을 형성하도록 한다.
상기 메인샤프트(23)는 바퀴와 연결되어 바퀴의 회전 중심이 되는 구성으로, 차동기어(24)에 결합되어 함께 회전하도록 하며, 구동모터(211)의 작동에 따라 바퀴의 회전이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 차동기어(24)는 메인샤프트(23)에 고정되어 함께 회전하며, 둘레를 따라 복수의 구동기어(212)가 맞물려 회전하도록 한다. 따라서, 상기 차동기어(24)는 구동모터(211)의 작동에 따라 회전하는 복수의 구동기어(212)에 의해 함께 회전하게 된다.
상기 구동제어부(3)는 상기 구동장치(2)의 작동을 조절하는 구성으로, 전기바이크의 가속 정도에 따라 작동될 구동모듈(21)을 선택하고 선택된 구동모듈(21)이 균일하게 작동될 수 있도록 한다. 또한, 상기 구동제어부(3)는 각 구동모듈(21)의 구동모터(211)에 주어지는 부하를 감지하여 출력을 조정하도록 함으로써, 구동모터(211)의 노화 등에도 구동모터(211)의 고른 사용이 가능하도록 하고, 구동모터(211) 사이의 작동정도에 불일치가 계속되는 경우 구동모터(211)의 이상을 진단하여 사용자에게 알릴 수 있도록 함으로써, 구동모터(211)의 이상에 대한 신속한 대처가 가능하도록 한다. 이를 위해, 상기 구동제어부(3)는 도 9에 도시된 바와 같이 작동조절부(31), 부하조정부(32), 이상진단부(33)를 포함할 수 있다.
상기 작동조절부(31)는 전기바이크의 가속에 따른 구동모듈(21)의 작동을 조절하는 구성으로, 바퀴에 장착되는 복수 구동모듈(21)의 작동을 조절하도록 한다. 상기 작동조절부(31)는 입력되는 가속 정보에 따라 작동될 구동모듈(21)을 선택하도록 하며, 선택된 구동모듈(21)의 각 구동모터(211)가 균일하게 작동할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 작동조절부(31)는 가속정보입력모듈(311), 작동모듈선택모듈(312), 균일작동모듈(313)을 포함할 수 있다.
상기 가속정보입력모듈(311)은 전기바이크의 가속 정보가 입력되는 구성으로, 사용자의 조작에 따른 가속 정보가 전기적 신호로 입력되도록 한다.
상기 작동모듈선택모듈(312)은 가속정보입력모듈(311)에 의해 입력되는 가속 정보에 따라 작동될 구동모듈(21)을 선택하는 구성으로, 더욱 정확하게는 작동될 구동모터(211)를 선택하도록 한다. 상기 작동모듈선택모듈(312)은 가속 정도에 따라 작동될 구동모터(211)의 개수를 미리 설정하도록 할 수 있으며, 가속 정도가 클수록 많은 숫자의 구동모터(211)가 작동하도록 설정할 수 있다. 상기 작동모듈선택모듈(312)에 의해 선택된 구동모터(211)들은 균일작동모듈(313)에 의해 균일하게 작동되는데, 일부의 구동모터(211)만이 선택되어 작동하더라도, 이에 의한 구동기어(212)의 회전은 상기 회전차단부재(212b)에 의해 작동하지 않는 구동모터(211)에는 영향이 미치지 않으므로, 선택된 구동모터(211)들의 균일한 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 균일작동모듈(313)은 작동모듈선택모듈(312)에 의해 선택된 구동모터(211)들의 작동이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 구성으로, 각 구동모터(211)에 대한 부하를 고르게 분산시키고 각 구동모터(211)의 효율적인 사용이 가능하도록 한다. 따라서, 상기 균일작동모듈(313)은 각 구동모터(211)의 수명을 최대한으로 보장할 수 있으며, 각 구동모터(211)에 의한 발열은 최저로 유지되도록 할 수 있다.
상기 부하조정부(32)는 각 구동모터(211)의 회전속도를 균일하게 유지하여 각 구동모터(211)에 주어지는 부하를 고르게 분산시키고, 바퀴의 효율적인 구동이 가능하도록 하는 구성으로, 각 구동모터(211)에 주어지는 부하를 감지하여 출력의 조정이 이루어질 수 있도록 한다. 각 구동모터(211)는 상기 균일작동모듈(313)에 의해 균일하게 작동하나, 각 구동모터(211)의 노화, 오염, 손상 등에 따라 각 구동모터(211)의 회전속도, 즉 구동축(211a)의 회전속도가 불일치하게 될 수 있다. 각 구동모터(211)의 회전속도가 불일치하게 될 경우 빠른 회전속도의 구동모터(211)에 더 많은 부하가 주어지게 되고, 각 구동모터(211)를 통한 차동기어(24)로의 회전력의 전달은 효율적으로 이루어지지 못하므로, 각 구동모터(211)의 출력을 조정하여 각 구동모터(211)의 회전속도가 균일하게 유지될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 부하조정부(32)는 부하감지모듈(321), 부하비교모듈(322), 출력조절모듈(323)을 포함할 수 있다.
상기 부하감지모듈(321)은 각 구동모터(211)에 주어지는 부하를 감지하는 구성으로, 상기 작동모듈선택모듈(312)에 의해 선택되어 작동되는 구동모듈(21)의 구동모터(211)에 대한 부하를 감지하도록 한다. 상기 부하감지모듈(321)은 다양한 방법에 의해 부하를 측정하도록 할 수 있으며, 일 예로 각 구동모터(211)의 구동축(211a)의 회전속도를 측정하도록 할 수 있다.
상기 부하비교모듈(322)은 상기 부하감지모듈(321)에 의해 감지되는 각 구동모터(211)의 부하를 비교하는 구성으로, 각 구동모터(211)의 구동축(211a)의 회전속도를 비교하도록 할 수 있다. 각 구동모터(211)는 상기 균일작동모듈(313)에 의해 동일한 출력으로 작동이 개시되나, 앞서 설명한 바와 같이 동일한 출력으로의 작동에도 특정 구동모터(211)의 노화, 오염, 손상 등으로 인해 동일한 회전속도가 출력되지 못하는 경우, 더욱 빠른 회전속도의 구동모터(211)에는 회전속도의 유지를 위해 더욱 많은 출력이 필요하게 되어 과도한 부하가 발생하게 된다. 따라서, 상기 부하비교모듈(322)은 각 구동모터(211)의 부하를 비교하여 동일한 회전속도로 맞춰질 수 있도록 함으로써, 특정 구동모터(211)의 노화, 오염, 손상 등에 의해 타 구동모터(211)에 과도한 부하가 발생하는 것을 차단하고, 구동모터(211)의 고른 사용을 통해 바퀴에 대한 효율적인 구동력의 전달이 가능하도록 한다.
상기 출력조절모듈(323)은 상기 부하비교모듈(322)에 의해 비교되는 각 구동모터(211)의 부하에 따라 각 구동모터(211)의 출력을 조절하여 동일한 회전속도를 가질 수 있도록 하는 구성으로, 특정 구동모터(211)에 부하가 편중되는 것을 방지하여 구동모터(211)의 고른 사용이 가능하도록 함으로써 복수의 구동모터(211)를 이용한 바퀴의 구동이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다. 일 예로, 상기 출력조절모듈(323)은 부하가 높은 구동모터(211)의 출력은 낮추고, 부하가 낮은 구동모터(211)의 출력을 높여 동일한 회전속도를 갖도록 할 수 있다.
상기 이상진단부(33)는 구동모터(211)의 이상을 진단하는 구성으로, 상기 부하조정부(32)에 의해 각 구동모터(211) 간의 회전속도 불일치가 발생하는 경우 그 불일치 정도 또는 횟수에 따라 구동모터(211)의 이상을 진단하여 알리도록 한다. 상기 이상진단부(33)는 회전속도의 불일치 정도가 큰 경우 바로 구동모터(211)의 이상으로 진단할 수 있으며, 불일치 정도가 크지 않은 경우에도 그 빈도가 일정 횟수 이상 발생하는 경우 구동모터(211)의 이상으로 진단하여 알릴 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 이상진단부(33)는 불일치도산출모듈(331), 진단개시모듈(332), 빈도산출모듈(333), 이상경고모듈(334)을 포함할 수 있다.
상기 불일치도산출모듈(331)은 상기 부하비교모듈(322)에 의해 비교되는 각 구동모터(211) 간의 불일치 정도를 산출하는 구성으로, 각 구동모터(211)의 회전속도 차이 정도를 산출하도록 할 수 있다. 상기 불일치도산출모듈(331)에서 산출되는 불일치 정도가 매우 커서 일정값을 초과하는 경우에는 곧바로 특정 구동모터(211)의 이상으로 진단하도록 할 수 있으며, 일정값을 초과하지는 않으나 상기 출력조절모듈(323)에 의해 출력의 조정이 발생한 경우에는 상기 진단개시모듈(332)에 의해 구동모터(211)에 대한 진단의 개시가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 진단개시모듈(332)은 상기 불일치도산출모듈(331)에 의해 산출되는 불일치 정도가 일정값을 초과하지는 않으나, 출력조절모듈(323)에 의한 출력의 조정이 발생한 경우 특정 구동모터(211)에 대한 진단을 개시하는 구성으로, 특정 구동모터(211)에 대한 정보를 저장하여 상기 빈도산출모듈(333)에 의해 출력 조정이 발생하는 빈도를 산출할 수 있도록 한다.
상기 빈도산출모듈(333)은 진단이 개시된 구동모터(211)에 대해 출력조절모듈(323)에 의해 출력 조정이 발생하는 빈도를 산출하도록 한다. 구동모터(211)의 회전속도 간에 불일치가 발생하는 경우 상기 출력조절모듈(323)에 의해 회전속도가 일치하도록 각 구동모터(211)의 출력이 조정되는데, 일정 시간 내에 다시 회전속도의 불일치가 발생하는 경우에는 다시 출력조절모듈(323)에 의해 출력이 조정이 이루어진다. 이렇게 반복적으로 회전속도의 불일치가 발생하는 경우에는 특정 구동모터(211)의 이상이 발생할 확률이 매우 높아지므로, 상기 빈도산출모듈(333)은 특정 구동모터(211)에 대해 회전속도의 불일치가 발생하는 빈도를 산출하여, 일정 빈도 이상 불일치가 발생하는 경우 상기 이상경고모듈(334)에 의해 구동모터(211)의 이상을 알릴 수 있도록 한다.
상기 이상경고모듈(334)은 구동모터(211)의 이상을 사용자에게 알리는 구성으로, 상기 불일치도산출모듈(331)에 의해 불일치 정도가 일정값을 초과하거나 빈도산출모듈(333)에 의해 산출되는 빈도가 일정 횟수 이상인 경우 구동모터(211)의 이상으로 알리도록 한다. 상기 이상경고모듈(334)은 별도의 화면, 점등 또는 소리를 통해 시각적, 청각적으로 구동모터(211)의 이상 발생을 알리도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 내측 둘레를 따라 영구자석이 설치된 상태로 회전하는 회전부와;
    코일이 권선된 다수의 폴이 영구자석의 내측으로 대향되어 형성되며, 회전부의 회전에 따라 교류 전류가 발생되는 권선부와;
    상기 권선부와 연결되어 권선부에서 발생된 전류를 직류로 전환하는 정류부와;
    상기 권선부 및 정류부가 고정되는 PCB판;을 포함하고,
    상기 정류부는, 다수의 폴 각각에 개별적으로 연결되는 다수의 정류다이오드를 포함하여, 각 폴에서 발생되는 전류를 각 정류다이오드에서 개별적으로 정류하도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB판은
    정류를 위해 인쇄된 정류회로를 포함하며,
    각 폴에 권선된 코일은 정류회로에 연결되도록 하고,
    각 폴의 코일과 연결된 정류회로는 각각 정해진 정류다이오드와 연결되도록 하여, 각 폴 별로 개별적인 정류가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 폴은
    일정 간격 이격되어 원형으로 형성되도록 하고,
    상기 정류다이오드는 상기 폴의 외측 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 원형으로 형성되도록 하며,
    상기 폴 및 정류다이오드는 사용자가 원하는 전압과 전류에 따라 일정 개수로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 모듈형 초경량 DC발전기는
    상기 PCB판을 서로 대향되도록 연결하여 고정되도록 함으로써, 복수개가 적층되어 하나의 발전기를 형성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈형 초경량 DC발전기는
    각 폴에서 발생되어 정류부를 거쳐 나온 전류가 직렬 또는 병렬로 연결되어 별도의 전력저장장치로 전달되도록 하는 회로전환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 회로전환부는
    각 폴 사이를 직렬 또는 병렬로 연결하는 전환회로와, 상기 회전부의 회전속도에 따라 상기 전환회로를 직렬 또는 병렬로 전환하는 직병렬전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전환회로는
    각 폴 사이를 직렬로 연결되도록 하는 직렬스위치와, 각 폴 사이를 병렬로 연결되도록 하는 병렬스위치를 포함하고,
    상기 직병렬전환모듈은, 상기 회전부의 회전속도가 설정된 값 이상인 경우 직렬스위치를 온 상태가 되도록 하고 병렬스위치를 오프 상태가 되도록 하며, 회전부의 회전속도가 설정된 값 미만인 경우 병렬스위치를 온 상태가 되도록 하고 직렬스위치를 오프 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 회로전환부는
    설정된 전압값에 따라 연결되는 폴의 개수를 조절하는 연결설정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 직렬스위치는
    각 폴이 직렬로 연결된 상태에서 전환회로를 별도의 전력저장장치와 연결시키는 직렬전환스위치와, 각 폴 사이를 직렬로 연결하는 모듈연결스위치를 포함하고,
    상기 병렬스위치는, 각 폴이 병렬로 연결된 상태에서 전환회로를 별도의 전력저장장치와 연결시키는 병렬전환스위치와, 각 폴 사이를 병렬로 연결하는 모듈연결스위치를 포함하고,
    상기 연결설정모듈은, 상기 모듈연결스위치의 작동을 조절하여 전환회로에 연결되는 폴의 개수를 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 초경량 DC발전기.
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