KR20160082907A

KR20160082907A - 에너지 재활용 자동차 발전시스템

Info

Publication number: KR20160082907A
Application number: KR1020150000011A
Authority: KR
Inventors: 김성봉
Original assignee: 김성봉
Priority date: 2015-01-01
Filing date: 2015-01-01
Publication date: 2016-07-11

Abstract

본 발명은 자동차가 주행 중일 때 회전운동에너지가 전기에너지로 변환되지 못하고 손실되는 대부분의 자동차나, 일부 회수되어 재사용하는 회생제동장치 기능을 갖고 있는 자동차에서도 사용할 수 있도록 고안된 에너지 재활용 자동차 발전시스템에 관한 것이다.
발전장치(100)를 작동시키기 위한 에너지 소비없이 전기에너지를 생산하기 위하여, 자동차가 주행 중일 때 휠(910)에 구동력을 전달하는 회전동력전달장치(190)에 위치하면서 전류를 생산하는 발전장치(100), 발전장치(100)로 부터 생산된 교류를 직류로 변환해 주는 기능을 하는 정류장치(210)와 정류장치(210)로 부터 출력되는 직류전류의 세기를 측정하는 전류측정장치(220)와 정류장치(210)로 부터 출력되는 직류전류의 전압이 일정한 전압으로 변환되어 슈퍼커패시터 또는 배터리로 구성된 보조충전장치(300)에 지속적으로 충전이 되도록 기능을 하는 전압조정장치(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 재활용 자동차 발전시스템 {Energy recycling car alternator system}

[0001] 본 발명은 자동차가 주행중에 발전장치(100)를 작동시키기 위한 에너지를 사용하지 않으면서 지속적으로 전기를 생산하여 충전을 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차가 주행할 수 있도록 휠(910)에 구동력을 전달하는 허브(800)와 허브베어링 기능을 수행하는 회전동력전달장치(190)에 개별적으로 설치된 발전장치(100)로 부터 교류전류를 생산하여, 정류장치(210)를 통해 직류로 변환하여, 전류측정장치(220)로 직류전류의 세기가 측정되면서, 전압조정장치(230)에 의해 일정한 전압으로 조정되어, 슈퍼커패시터 또는 배터리로 구성된 보조충전장치(300)에 지속적으로 충전이 되는 에너지 재활용 자동차 발전시스템에 관한 것이다.

[0002] 자동차 보급의 증대는 빠른 기동력과 편리함을 제공하지만, 배출되는 배기가스가 환경 오염의 원인 중 하나로 대두되어, 배출가스를 감소시키면서 에너지 사용 효율이 증가된 자동차의 개발 및 판매가 진행되고 있으며, 자동차는 기계적인 부품들 위주 구성에서 기술의 발달로 2차전지-배터리, 전기모터 및 전장 부품의 사용이 증가한 하이브리드, 전기 및 연료전지 자동차 등의 등장으로 자동차에서 에너지 사용의 효율 향상 필요성과 전기의 사용량은 점점 증가되고 있다.

[0003] 일반적으로 자동차가 운행중일 때 차량에서 필요한 전기는 발전기를 작동시켜 전기를 생산하여 공급하는데, 내연기관 자동차는 엔진에 연결된 벨트로 발전기를 작동시키며, 2차전지-배터리 및 연료전지를 이용하는 자동차는 배터리의 충전된 전기를 이용하여 발전기를 작동시키는데, 발전기의 작동을 위해서는 추가적인 에너지가 소비되어 자동차 에너지 사용의 효율을 저하시키는 원인의 하나로 작용하고 있다.

[0004] 자동차 중에서 가장 많이 보급된 내연기관 자동차도 최소한의 전장 구조만 변경하면 연비를 향상시킬 수 있는 마이크로 및 마일드 하이브리드차가 대두되고 있다.

[0005] 마이크로-하이브리드차란 정차시 시동이 꺼졌다가 다시 출발할 때 시동이 켜지는 등 최소한의 전기동력 보조를 해주는 차를 뜻하며, 마일드-하이브리드차는 여기에 회생제동, 동력 지원(자동차 시동을 보조하는 소형 전기모터가 장착) 등의 기능이 추가된 자동차를 말한다.

[0006] 또한 한발 더 나아가 연비를 향상시키기 위하여 내리막길을 달리거나 운전자가 가속 페달에서 발을 떼면 엔진이 꺼지는 연비강화 타행(Coasting)기술도 개발되고 있다.

[0007] 한편 자동차 배터리 전압을 12V에서 48V로 상승시킨 자동차도 판매될 예정인데, 컨버터 또는 전동 에어컨 컴프레셔, 히터와 같은 전력수요가 높은 장치들이 배터리에서 안정적으로 전력을 공급받을 수 있도록 48V로 이행할 가능성이 있으며, 전동 에어컨 컴프레셔’는 에어컨 사용시 엔진 동력 대신 전기모터를 이용하는 방식으로 작동되어 연비 개선과 에어컨 성능을 향상시켰다.

[0008] 인휠(in-wheel) 모터 구조는 가솔린 또는 디젤 자동차에서 엔진-미션-구동축을 통한 동력 전달에 의해 바퀴가 회전 구동하는 방식과는 달리, 휠 내부에 배치되는 모터에 의해 동력이 휠에 직접 전달토록 하여, 차축을 통해 동력을 전달하면서 발생하는 에너지 손실을 줄이고 차량의 무계를 경량화 시킬 수 있다.

[0009] 플러그인-하이브리드자동차(PHEV), 전기자동차(EV), 연료전지 전기자동차(FCEV) 등은 배출가스 문제를 해결할 수 있는 좋은 방법 중 하나이지만 고가의 판매가격, 충전 인프라, 충전 표준규격 부재 등의 문제로 내연기관 자동차를 대체하는데 시간이 더 소요될 것으로 전망되고 있다.

[0010] 상술한 바와 같이 연비 향상을 위해 많은 기술들이 사용 및 적용 예정이지만, 종래의 발전기를 작동시키기 위한 에너지를 사용하면서 필요한 전기를 생산하는 방법과 다르게, 회생제동(RB: Regenerative Braking) 장치와 같이 발전기를 작동시키기 위한 에너지를 소비하지 않으면서, 전기를 생산할 수 있는 발전장치를 이용하여 주행중인 자동차에 필요로 하는 전기를 생산하고 저장 및 활용하여 연비를 향상시킬 수 있는 기술 개발은 미미한 편이다.

[0011] 기존의 차량들은 주행 중에 상당히 많은 양의 에너지를 제동에 의해 낭비하게 되지만, 회생제동 장치 기능을 갖춘 자동차는 제동 또는 감속 시 모터가 발전기로 동작해 소모되는 에너지를 전기 에너지로 변환, 배터리를 충전하여 주행거리를 연장하고 있다.

[0012] (특허문헌 1)에서는 발전기가 내장된 하우징을 자동차의 후륜에 연결되어 자동차의 주행시 후륜과 함께 후륜과 연결된 샤프트에 의해 발전기의 로터를 회전시킴으로써 발전하는 것을제안하고 있다.

[0013] (특허문헌 2)에서는 자동차의 프런트 액슬 중 허브베어링과 휠 허브에 개재되어 자동차의 하중에 의해 발생하는 압력에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 제안하고 있다.

[0014] (특허문헌 3)에서는 허브베어링의 외륜 측면부에 인입 설치되는 영구자석 조립체와 내륜측면부에 인입 설치되는 코일 조립체가 허브베어링의 회전으로 전기를 발전하는 방법을 제안하고 있다.

[0015] 그러나, 종래의 자동차 자가 발전장치들은 실질적으로 상용화 되지 못하고 있는데, 그와 같은 배경은 전기 모터 또는 인휠 모터를 이용하여 구동하는 자동차 구조와는 맞지 않아 설치나 유지, 보수에 따른 실용성이 미흡하거나, 실질적으로 발전용량이 적어 에너지 소비 절감 효과가 그리 크지 않은 실정이다.

[0016] (특허문헌 1) KR1020131237409 A, 특허등록 제2013-1237409호

(공고:2013.02.27) "자동차의 자가발전장치".

(특허문헌 2) KR1020121217128 A, 특허등록 제2012-1217128호

(공고:2012.12.31) "자동차의 자가 발전장치".

(특허문헌 3) KR1020141389218 A, 특허등록 제2014-1389218호

(공고:2014.04.24) "차량의 자가발전 조명장치".

[0017] 본 발명은 상기와 같은 자동차 구조에서도 사용할 수 있으면서 에너지 소비 절감을 위하여, 자동차가 주행중에 필요한 전기를 공급하기 위해 종래의 발전기와 같이 추가적인 에너지를 소비하지 않으면서, 회전동력전달장치(190)에 개별적으로 설치되어 동시에 회전하는 발전장치(100)로 전기를 지속적으로 생산하여 보조충전장치(300)에 저장되는 에너지 재활용 자동차 발전시스템을 제공하고자 한다.

[0018] 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 에너지 재활용 자동차 발전시스템은, 자동차 주행 시 발생되는 회전운동에너지를 이용하기 위하여, 휠(910)에 구동력을 전달하기 위해 회전하는 허브(800)와 허브베어링(810)의 기능을 수행하는 회전동력전달장치(190)에 위치하면서 교류기전력을 발생시키는 발전장치(100); 발전장치(100)의 교류를 직류로 변환해 주는 정류장치(210); 정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 세기를 측정하는 전류측정장치(220); 정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 전압이 일정한 전압으로 변환되어 슈퍼커패시터 또는 배터리로 구성된 보조충전장치(300)에 충전 되도록 하는 전압조정장치(230);를 포함하는 에너지를 재활용하는 자동차 발전시스템을 제공하고자 한다.

[0019] 자동차가 전기를 생산하기 위해서는 기존 구동원인 에너지를 소비하여 발전기를 작동시키지만, 본 발명은 전기를 생산하기 위하여 별도의 에너지를 소비하지 않는 발전장치(100)로, 자동차가 주행중에는 지속적으로 전기를 생산하여 보조충전장치(300)에 충전할 수 있어, 전력 소비가 많은 공조장치, 모터 및 배터리 충전 등에 사용함으로써 주행거리를 늘리려는 고안이다.

[0020] 충전 인프라가 부족하여 친환경 자동차 보급이 제한적인데, 기존 정지 후 고정 충전기에 의한 배터리를 재충전하거나 연료를 주입하는 방식에서 주행하면서 충전되는 방식이 추가되어 환경오염 방지 및 충전 인프라 건설 비용이 감소된다.

[0021] 기존의 회생제동장치와는 별도로 구성됨으로써, 회생제동장치 기능이 구현되는 하이브리드(HEV), 플러그인-하이브리드(Plug-in HEV), 전기차(EV), 수소연료전지차(FCEV)와 같은 자동차 등에도 적용이 가능하다.

[0022] 기존 2차전지 배터리를 에너지원으로 작동하는 자동차에서 배터리 용량은 고정적이었지만, 발전장치(100)에서 추가로 생성되는 전기의 사용으로 인하여 배터리 용량을 선택할 수 있는 품목으로 변경되어, 자동차 판매 가격을 더 낮추거나 현재의 가격에서 유지하며 주행거리가 연장됨으로 인하여 보급이 촉진되는 요소가 될 수 있다.

[0023] 발전장치(100)를 적용하는 신규 자동차 모델은 기존의 발전기를 제거할 수 있으며, 엔진의 모양도 발전기를 작동시키기 위한 부속품들이 제거되어, 내연기관 자동차와 하이브리드(HEV), 플러그인-하이브리드(Plug-in HEV) 자동차에서 사용되는 엔진을 공용화할 수 있어 원가 상승을 최소화 할 수 있다.

[0024] 기존 내연기관 자동차에도 본 발명의 장치를 활용하기 위한 호환성, 사용자

편의성 및 장치의 설치와 유지를 하는 데 큰 비용이 들지 않아 경제적으로도 매우유리하며 특히, 냉동, 냉장 탑차등은 주행 중 발전장치(100)로 전기를 생산, 충전해 그 전기로 모터를 구동함으로써 효과가 더욱 극대화 될 수 있다.

[0025] 도1은 본 발명에 따른 에너지를 재활용하는 자동차 발전시스템 구성도
도 2는 종래 자동차들의 휠로 부터 허브베어링 및 너클 까지의 분해도
도 3은 본 발명에 따른 회전동력전달장치와 발전장치의 분해 사시도
도 4은 본 발명에 따른 회전동력전달장치와 발전장치의 결합 구성도
도 5은 본 발명에 따른 발전장치의 회전체 구성도
도 6-1은 본 발명에 따른 회전체 영구자석 배치 V형 구성도
도 6-2는 본 발명에 따른 회전체 영구자석 배치 표면부착형 구성도
도 6-3는 본 발명에 따른 회전체 영구자석 배치 수직형 구성도
도 7은 종래의 허브 및 허브베어링의 단면도
도 8은 본 발명에 따른 회전동력전달장치 단면도

[0026] 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

[0027] 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형의 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[0028] 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

[0029] 이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

[0030] 도 1은 본 발명에 따른 에너지를 재활용 하는 자동차 발전시스템 구성도로, 발전장치(100)를 작동시키기 위한 별도의 에너지 소비없이 전기를 발생시키는 발전장치(100)와, 발전장치(100)의 교류를 직류로 변환시켜주는 정류장치(210), 정류장치로부터 출력되는 직류전류의 세기를 측정하는 전류측정장치(220), 정류장치로부터 출력되는 직류전류의 전압을 일정한 전압으로 변환시켜 보조충전장치(300)에 지속적으로 충전시켜 주는 전압조정장치(230)를 포함하여 구성된다.

[0031] 발전장치(100)는 승용차 기준으로 엔진, 모터 또는 엔진과 모터의 구동력이 동력전달장치들에 의해 전달되어 최종적으로 회전동력전달장치(190)가 회전하면서 자동차 휠(910)에 전달되어 자동차가 지속적으로 주행을 하게 되는데, 발전장치(100)는 회전동력전달장치(190)에 독립적으로 4개가 각각 설치되어 전기를 생산하며, 정류장치(210), 전류측정장치(220), 전압조정장치(230), 보조충전장치(300)는 차체에 설치된다.

[0032] 도 2는 종래 자동차의 너클로 부터 허브베어링 및 휠 까지의 분해도 이며,

도 3은 본 발명에 따른 회전동력전달장치와 발전장치의 분해 사시도 로, 너클로 부터 회전동력전달장치(190), 발전장치(100) 및 휠(910)이 도시되어 있다.

[0033] 발전장치(100)의 구성에 대해 좀 더 상세하게 살펴보면, 회전동력전달장치(190)의 회전운동을 전달받아 가변 자장을 발생시키는 영구자석(113)을 갖고 있는 회전체(110)와, 회전체(110)의 가변 자장으로 유도전류를 발생시키는 코일(123)을 포함하고 있는 고정체(120)와 구동력을 휠(910)에 전달하면서 회전체(110)를 회전시키는 회전동력전달장치(190) 및 고정체(120)의 내경과 회전체(112)의 외경이 일정한 간격과 동일 중심을 유지할 수 있도록 고정체(120)의 위치를 고정시켜 주는 고정체고정장치(122)를 포함하여 구성되는데, 발생된 교류전류는 정류장치(210)와 유선으로 연결되어 전달되어 진다.

[0034] 도 4는 본 발명에 따른 회전동력전달장치와 발전장치의 결합 구성도로

회전동력전달장치(190)에 위치한 발전장치(100)는 회전체(110)가 내부에 있고 고정체(120)가 외부에 있는 이너-로터(Inner-rotor)형태로 구성되며, 관통홀이 형성된 원통형의 모양인 회전체(110)에서 자장을 발생시키기 위해 계자 권선 방식이 아닌 네오디움 계열의 영구자석(113)을 사용하여, 계자에 전원 공급이 필요하지 않고, 회전체(110)의 부피 및 중량이 감소되며, 단순한 구조로 인해 고장 발생률이 감소되는 장점이 있다.

[0035] 도 5에 도시된 발전장치(100)의 회전체(110)는 회전동력전달장치(190)와 접촉하는 내경과 영구자석(113) 사이에 4개 이상의 관통공간(114)이 형성되어, 회전체의 온도 상승을 감소시켜 영구자석(113)이 감자되는 것과 자기력이 감소되는 것을 방지하는 역할과 회전체의 중량을 감소시켜 회전체(110)의 원심력이 휠(910)에 미치는 영향력을 감소 시킨다.

[0036] 발전장치(100)의 회전체(110)는 영구자석이 배치되는 코어(112)를 규소강판을 펀칭해서 성층시켜 제작하거나 또는 중량을 감소시키기 위하여 에폭시를 사용하여 1개로 제작하거나, 설치 및 유지보수의 편리를 위하여 2개 이상 분할되게 제작할 수 있다.

[0037] 1개 또는 2개 이상 분할하여 결합되게 제작한 회전체(110) 각각에는 영구자석(113)들이 2개 이상씩 짝수의 수량으로 N극과 S극이 교대로 방사상 균형을 맞추며 일정한 간격을 갖고 3가지 형태로 배치되어 접합 및 장착될 수 있는데, 도 6은 발전장치(100)의 회전체(110)에 사각형 영구자석(113)들이 수직으로 배치된 형상에 대하여 자세하게 나타나 있다.

코어(112)와 영구자석(113) 사이의 빈 공간은 먼지와 같은 이물질 침투 방지, 방수 및 접합 기능 향상, 영구자석의 도금 보호와 원심력으로 인한 탈착 방지 등을 위하여 수지(Resin) 계열 화합물로 충진하여 제작하는 것이 바람직 하다.

이외에도 영구자석(113)의 배치형태 및 모양(직사각형, 사디리꼴 등)은 다양한 형태가 존재할 수 있다.

[0038] 위와 같이 구성된 발전장치(100)의 회전체(110)는 회전동력전달장치(190)에 조립 장착되어 진다.

[0039] 도 7 은 기존 휠(910)과 연결되는 허브 및 허브베어링의 단면도 이고, 도 8은 본 발명에 따른 회전동력전달장치(190)의 단면도를 나타내고 있다.

[0040] 회전동력전달장치(190)는 자동차의 상, 하 또는 전, 후 방향에서의 하중과 선회할 때 발생되는 수평, 수직 방향의 하중을 400kg 이상 지지할 수 있는 강재로 제작되며, 자동차 엔진 또는 모터에서 발생된 구동력이 바퀴(900)의 마찰손실을 최소화하면서 원할히 회전할 수 있도록 내륜과 외륜으로 구성된 2개의 베어링을 가지며, 볼트로 연결하는 플랜지(마운팅플레이트)부를 가지고 있어서 일측에 드라이브 샤프트가 끼워져 너클에 형성되어 있는 부착 구조물과 베어링이 회전 가능하도록 연결되기 위해 고정 결합되며, 타측에 브레이크 디스크 로터(840) 및 휠(910)이 장착되는 허브(800)에 드라이브샤프트의 단부가 스플라인 결합되어, 허브(800)를 회전 가능토록 지지하는 베어링의 조합체로서, 회전부인 휠(910)과 연결되는 허브플랜지(820)가 접한 원통형 허브바디(860) 부분이 기존 허브(800)보다 휠(910)쪽에서 너클쪽으로 길이가 긴 구조의 형태를 하고 있으며, 허브바디(860) 외경에는 고정된 1개 이상의 베어링이 허브바디(860) 외경을 내경 치수로 하여 고정 설치되어 있어 고정체케이스(121)와 연결할 때 사용되어 진다.

[0041] 회전동력전달장치(190)의 허브바디(860)는 휠(910)로부터 전달받은 회전력과 동일하거나 유사하게 회전체(110))를 회전시키기 위하여, 외경의 모양이 원형일 때는 걸림턱을 만들어 회전력을 전달하고, 회전체(110)와의 접촉면 확대를 위해 베어링과 베어링 사이의 허브바디(860) 모양을 다각형 모양으로 구성시킬 수 있는데, 회전체(110)를 둘러싼 회전체케이스(111)의 내경도 동일한 모양을 갖게 구성 시킨다.

[0042] 발전장치(100)의 고정체(120)는 회전동력전달장치(190)와 수평 방향으로 관통홀이 형성된 원통형 모양으로 내부에 위치하고 있는 회전체(110)와 동일한 중심축을 가지며, 회전체(110) 외경과는 동일한 간격을 유지하며, 내측 및 외측에 다수개의 접합부가 형성되어 있는 고정체케이스(121)를 갖고 있으며, 습기 및 외부충격에 견딜 수 있는 보호관으로 구성되어 있는 유선으로 정류장치(210)와 전기적으로 연결되어 있다.

[0043] 발전장치(100)의 고정체(120)는 에폭시 또는 규소강판을 펀칭해서 성층하여

일정한 간격을 유지하면서 3배수 수량으로 구성되어진 슬롯에 다중으로 감겨진 코일(123)들이 3상으로 교번되게 권선되어 연결되어진 상태로 회전동력전달장치(190)와 수평으로 2개 이상 분할되게 각각 제작되어, 동일 수량으로 분할되어진 고정체케이스(121)의 내측에 위치한 다수개의 접합부와 연결되어 고정 결합되어 진다.

[0044] 발전장치(100)의 회전체(110)와 고정체(120)는 설치 및 수리의 용이함을 위하여 1개 또는 2개 이상으로 분할되어 결합될 수 있도록 제작되는데, 결합력을 높이기 위하여 분할되어 서로 대응되는 분리선단에는 2개 이상의 요철이 사각 모양으로 각각 형성되어 있으며, 분할결합체결장치들로 체결하여 회전에 따른 원심력과 외부 충격에서 발전장치(100)들을 보호할 수 있게 구성된다.

[045] 더스트커버는 고정체케이스(121)로 쓰기 위하여 대체품으로 구성하는 것이 발전장치(100)의 길이를 크게 제작할 수 있어 발전용량에 크게 할 수 있는 방법의 하나로 사료되고 있다. 발전용량을 증대시키기 위한 방법들을 더 연구하면 계속해서 더욱 좋은 방법이 나타나리라 믿고 있다.

[0046] 고정체(120)의 권선에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하기 위하여 회전체케이스는 밋밋한 형태보다는 요철이 반복된 모양으로 제작되는 것이 효율적이며, 냉각 기능이 좋아지면 같은 용량의 권선에 비하여 더 많은 전류를 흘릴 수가 있다.

[0047] 발전장치(100)의 교류를 슈퍼커패시터 또는 휴대폰 배터리와 같은 종류의 배터리로 구성된 보조충전장치(300)에 저장하려면 직류로 변환시켜 주어야 하는데이때 쓰이는 장치를 정류장치(210)라 하며, 인버터를 사용할 수도 있다.

[0048] 근래에는 100(℃)의 고온에도 견딜 수 있는 실리콘 다이오드(SILICON DIODE)가 실용화되면서 이를 교류 정류기로 사용한 교류발전기(ALTERNATOR)를 개발되어 있으며, 이러한 교류발전기는 직류발전기에 비하면 서행 시에도 충분한 출력을 얻을 수 있으며 동일 출력이라면 소형 경량화 할 수 있는 장점을 갖게 되며, 또 반도체를 이용한 교류 발전기를 이용할 경우, 짧은 시간 내에 많은 전기를 얻을 수 있는 장점이 있는 것으로 알려져 있다.

[0049] 전류측정장치(220)는 정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 세기를 측정하여, 이 측정한 데이터들을 MCU(700)로 주기적으로 전송한다.

[0050] 자동차가 정지해 있을때와 고속으로 달릴 때는 엔진의 회전수가 크게 다르기 때문에 엔진에 연결된 교류 발전기의 출력 전압이 심한 차이를 보일 수 있습니다. 발전기의 계좌 코일에 흐르는 전류를 조정하여 일정한 교류 전압이 나오도록 하는 장치를 전압 조정기(Voltage Regulator)라고 하는데 자동차의 발전기에는 그 내부에 들어 있습니다.

[0051] 본 발명에서는 정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 전압을 일정한 전압으로 변환시켜 보조충전장치(300)에 자동차가 주행을 하는 동안 지속적으로 충전시켜 주는 전압조정장치(230)가 포함되어 구성된다.

[0052] 이와 같이, 자동차가 주행을 하는 동안은 발전장치(100)를 작동시키기 위해 서 에너지를 소비하지 않고 지속적으로 전기를 생산하여, 보조충전장치(300)에 충전하여 전기를 필요로 하는 장치에서 사용함으로써, 전기를 생산하기 위하여 에너지를 소비하는 발전기를 사용하는 것보다 주행거리를 연장할 수 있게 되는 것이다.

[0053] 이상 본 발명의 여러가지 실시 가능한 예 중에서 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 이 발명의 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로 부터 벗어나지 않는 범위내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

[0054] 1 에너지 재활용 자동차 발전시스템
100 발전장치
110 회전체
111 회전체케이스
112 회전체코어
113 영구자석
114 회전체관통공간
115 회전체분할결합체결장치
120 고정체
121 고정체케이스
122 고정체코어
123 코일
124 고정체연결장치
125 고정체분할결합체결장치
190 회전동력전달장치
210 정류장치
220 전류측정장치
230 전압조정장치
300 보조충전장치
700 MCU
800 허브
810 허브 베어링
820 허브 플랜지
830 허브 볼트
840 브레이크 디스크 로터
860 허브 바디
900 자동차 바퀴
910 자동차 바퀴 휠

Claims

에너지 재활용 자동차 발전시스템(1)에 있어서,
자동차가 주행중일 때 발전장치(100)에 회전운동에너지를 전달하는 회전동력전달장치(190)와 교류 기전력을 발생시키면서 회전동력전달장치(190)에 개별적으로 각기 설치되는 발전장치(100)로 구성된 발전부(10),;와
발전장치(100)의 교류를 직류로 변환해 주는 정류장치(210),;와
정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 세기를 측정하는 전류측정장치(220),;와
정류장치(210)로부터 출력되는 직류전류의 전압이 일정한 전압으로 변환되어
보조충전장치(300)에 충전 되도록 하는 전압조정장치(230),;와
슈퍼커패시터와 2차전지 배터리로 구성되어 전류를 충전하는 보조충전장치(300),;
로 구성되어 차체에 설치되는 전력관리부(20),;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제1항에 있어서 상기 발전부(10)는
회전동력전달장치(190)로 부터 회전운동에너지를 전달받아 가변 자장을 발생시키는 영구자석(113)을 갖고 있는 회전체(110),;와
회전체(110)의 가변 자장으로 유도전류를 발생시키는 코일(123)을 포함하고 있는 고정체(120),;와
고정체(120)의 내경과 회전체(112)의 외경이 일정한 간격과 동일 중심을 유지할 수 있도록 위치를 고정시켜 주는 고정체연결장치(124),;
로 구성된 발전장치(100),;와
자동차가 주행 중 일 때 회전력을 회전체(110)에 전달하는 회전동력전달장치(190),;를 포함하여
구성된 것을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제2항에 있어서 상기 발전장치(100)는
자동차가 주행중 일 때에만 발전 기능이 작동하여 전력을 생산하며,;
발전 기능이 작동할 때는, 회전동력전달장치(190)와 회전체(110)의 회전속도에 의해 발전으로 생산되는 전력의 용량이 증가하거나 감소하는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제3항에 있어서 상기 발전장치(100)는
엔진이나 모터 또는 엔진과 모터의 구동력을 이용하여 자동차가 주행 중 일 때는,
구동력을 전달받은 회전동력전달장치(190)가 회전하면서 구동력을 휠(910)에 전달하는 동시에 회전체(110)도 회전시키면서 고정체(120)의 코일(123)에 유도 기전력이 발생되어, 보조충전장치(300)가 지속적으로 충전되며,;,
내리막길을 달리거나 운전자가 가속 페달에서 발을 떼어 엔진이나 모터 또는 엔진과 모터의 구동력이 정지된 상태로 자동차가 주행 중 일 때에도,
휠(910)의 회전력이 전달된 회전동력전달장치(190)가 회전하면서 동시에 회전체(110)도 회전되어, 고정체(120)의 코일(123)에 유도 기전력이 발생되어 보조충전장치(300)가 지속적으로 충전되는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제4항에 있어서 상기 발전장치(100)는
차량이 주행 중 일 때는 지속적으로 발전이 되어 전기를 생산하며,;
발전으로 인해 발생하는 열을 냉각하기 위하여 동력을 사용하지 않고,
차량의 주행으로 인해 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 냉각을 하는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제2항에 있어서 상기 회전체(110)는
회전동력전달장치(190)의 회전운동에너지를 전달받아 동시에 회전하며,;
회전동력전달장치(190)와 수평으로 회전동력전달장치(190)와 결합될 1개의 관통홀과 2개 이상 10개 이하로 구성된 관통공간(114),;이 구성되어 있으며,
영구자석(113)이 코어(112)에 매립되어 장착되며,;
가로 방향의 길이보다 세로 방향의 직경 길이가 더 긴 원통형의 모양으로,;
회전동력전달장치(190)와 수평으로 1개 이상 2개 이하로 분할되게 제작되어 결합되며,;
회전체(110)와 동일한 관통홀과 관통공간이 형성된 모양과 수량의 회전체케이스(111)를 가지고 있는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제6항에 있어서 상기 회전체(110)는
내경과 코어(112) 사이에 형성된 관통공간(114)들이, 회전체(111)의 회전으로 인해 발생하는 열이 영구자석(113)으로 전달되는 것을 감소시켜, 열로 인하여 영구자석(113)이 감자되어 성능이 저하되는 것을 방지하며,;
내경의 중심점으로 부터 관통공간(114) 까지의 길이보다, 코어(112)의 내경 반지름 길이가 긴 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제7항에 있어서 상기 회전체(110)는
회전동력전달장치(190)로 부터 회전력을 전달받아 회전시에는, 가변 자장을 코일(123)이 아닌 영구자석(113)으로 발생시키므로 전기 권선을 갖지 않는 것.;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제6항에 있어서 상기 회전체케이스(111)는
알루미늄과 마그네슘을 이용하여 각각의 재질로 구성되며,;
2개로 분할되어 제작 및 결합시에는 서로 상호 대응되는 분리선단면에는 결합력을 높이기 위하여 2개 이상 5개 이하의 요철이 사각 모양으로 각각 형성되어 있으며,;
회전동력전달장치(190)와 수직으로 마주보는 휠과 차체쪽 양쪽면의 분리선단면에는 회전체(110)가 고속에서도 안정적인 회전과 결합력을 유지하기 위하여 회전체분할결합체결장치(115)들로 결합되는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제6항에 있어서 상기 영구자석(113)은
2개 이상 짝수의 수량으로 N극과 S극이 교대로 방사상 균형을 맞추며 일정한 간격을 갖고 코어(112)에 매립되게 배치되며,;
직사각형과 마주보는 면이 동일한 길이인 부분의 길이가 더 긴 사다리꼴과 회전체(111) 외경 곡률과 유사한 곡률을 갖거나 평면인 사각형 모양으로 구성된 형상을 갖고 있으며,;
직사각형과 사다라꼴 형상은 회전체(110) 외경의 반지름 방향으로 길이가 가장 긴 면들이 위치하면서, 직사각형 형상은 길이가 짧은 면이, 사다리꼴 형상에서는 마주보는 면의 길이가 동일하지 않은 면에서 길이가 긴 면이 코어(112) 외경에 위치하고,;
회전체(110) 외경 곡률과 동일한 곡률을 갖거나 평면인 사각형 형상은 회전체코어(112)의 외경 표면에 매립되어 위치하며,;
방수 기능과 영구자석(113) 도금 보호와 원심력으로 인한 탈착 방지를 위한 접합 기능 향상을 위하여, 회전체코어(112)부터 회전체케이스(111)까지의 틈새 공간은 수지(Resin) 계열 화합물로 충진 제작되어 결합되는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제2항에 있어서 상기 고정체(120)는
회전동력전달장치(190)와 수평 방향으로 관통홀이 형성된 원통형 모양으로,;
내경의 안쪽에 위치한 회전체(110)와 동일한 중심축을 가지며,;
내경과 회전체(110) 외경과는 일정한 간격을 유지하며,;
회전동력전달장치(190)와 수평으로 1개 이상 2개 이하로 분할되게 제작되어 결합되며,;
외측 및 내측에 다수개의 접합부가 형성되어 있으면서 동일한 수량으로 만들어진 고정체케이스(121)를 갖고 있으며,;
일정한 간격을 갖고 3배수 수량으로 구성된 슬롯에, 코일(123)이 3상으로 교번되게 권선되어, 방수를 위하여 수지(resin) 계열 화합물로 덮혀, 고정체케이스(121)의 내측에 위치하고 있는 다수개의 접합부와 연결되어 고정 결합되며,;
고정체(120)를 고정시켜주는 고정체연결장치(124)를 가지고 있으며,;
습기 및 외부충격에 견딜 수 있는 보호관으로 구성되어 있는 유선으로 정류장치(210)와 전기적으로 연결되어 있는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제11항에 있어서 상기 고정체케이스(121)는
강도가 강하고 중량이 적은 알루미늄과 마그네슘으로 각각 제작되며,;
더스트커버가 존재하는 쪽은 더스트커버를 대체하는 케이스가 제작되어 결합되며,;
회전동력전달장치(190)와 수평으로 1개 이상 2개 이하로 분할되게 제작 및 결합시에는 서로 대응되는 분리선단면에는 결합력을 높이기 위하여 2개 이상 6개 이하의 요철이 사각 모양으로 각각 형성되어 있으며,;
회전동력전달장치(190)의 허브바디(860)에 고정되어 설치된 베어링과 결합될 수 있도록 2개로 분할 결합되는 베어링용 플랜지로 된 베어링 결합 장치가 구비되어 있어서, 외부로부터의 이물질 침입 방지, 방수, 충격 방지, 설치 및 수리 용이 등,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제2항에 있어서 상기 회전동력전달장치(190)는
자동차의 상, 하 또는 전, 후 방향에서의 하중과 선회할 때 발생되는 수평, 수직 방향의 하중을 지지할 수 있는 강재로 되어 있으며,;
자동차 바퀴(900)의 마찰손실을 최소화하면서 원할히 회전할 수 있도록
내륜과 외륜으로 구성된 2개의 베어링을 가지며,;
일측에 너클에 형성되어 있는 부착 구조물과 베어링이 회전 가능하게 연결하기 위해 볼트로 연결하는 플랜지(마운팅플레이트)부를 가지며,;
타측에 브레이크 로터(840) 및 휠(910)이 장착되는 허브(800)를 회전 가능토록 지지하는 베어링의 조합체로서,;
허브(800)가 접한 원통형 허브바디(860) 부분이 기존 허브(800)보다 휠(910)쪽에서 너클쪽으로 길이가 길어져 발전장치(100)의 회전체(110)가 결합될 수 있는 구조이며,;
허브바디(860) 외경에는 고정된 1개 이상 3개 이하의 베어링이 허브바디(860) 외경을 내경의 크기로 하여 결합되어 있으며,;
허브바디(860) 외경에는 걸림턱을 갖추고 있어서 회전체(110)의 회전력 손실을 최소화 시키며,;
ABS센서 장착 및 연결을 하기 위한 장치들을 갖는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템
제11항에 있어서 상기 고정체연결장치(124)는
고정체(120)의 중량과 회전체(110)의 원심력이 휠(910)에 미치는 영향을 최소화 하고, 외부 충격으로부터 발전장치의 보호를 위하여, 고정체케이스(121)와 차체가 연결되는 다수개의 연결장치를 가지는 것,;
을 특징으로 하는 에너지 재활용 자동차 발전시스템