WO2009128690A2 - 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치 - Google Patents

타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power generation apparatus using a load applied to a tire, and more particularly, a drive gear is rotated using a fluid pressure generated by a load of a vehicle body applied to a tire while driving, and a generator is generated by using a rotation force of the drive gear.
  • the present invention relates to a power generation apparatus using a load applied to a tire, which is drawn to draw a current generated in the engine.
  • Cars have many problems such as necessities that are indispensable to modern life, environmental problems caused by the use of fossil fuels due to operation, and energy depletion problems.
  • the present invention includes a power generator (application number No. 10-2002-0032416) using a load of a vehicle body applied to a tire. Due to being located between the rotor and the rotor, when the fluid is kept airtight, the rotational resistance by the retainer increases, while the tire has a risk of flowing into the power generator when the tire is impacted by a rough road.
  • the present invention not only improves the energy efficiency by converting mechanical energy acting on the tire during the driving of the vehicle to electrical energy to solve the above problems, but also prevents the rotation of the axle due to power generation, which is a conventional problem in such technology. It is an object of the present invention to provide a power generation apparatus using a load applied to a tire that improves a phenomenon, a problem of a fluid flowing into the power generator, an increase in tire fatigue due to the formation of a diaphragm, and a problem of deterioration of ride comfort.
  • a diaphragm is formed in an oblique direction with respect to the traveling direction of the tire inside the tire, and a compartment for separating and accommodating the fluid is formed between the outer circumferential wall surface of the wheel and the diaphragm.
  • Each of the compartments is provided with a hydraulic hose for ejecting the fluid into the hydraulic drive device and a suction hydraulic hose for sucking the fluid in the hydraulic drive into the compartment.
  • the hydraulic hoses are connected to the wheel portion of the compartment and the housing of the hydraulic drive device, and the hydraulic drive device is equipped with a drive gear that rotates against the tire and generates rotational force by a fluid ejected from the hydraulic hose for injection, and the drive A drive shaft for transmitting the rotational force of the gear to the generator is formed extending from the center of the drive gear.
  • a hydraulic drive device having a driven gear engaged with the drive gear for concentrating the injection force of the fluid therein, a generator housing having a field coil provided inside the wheel, and a tire by the drive shaft in the center of the generator housing. It characterized in that it comprises a generator having a rotor for generating electricity and rotating in the opposite direction of the electrical extraction means for drawing the electricity generated from the rotor of the generator.
  • the electric drawing means further comprises a housing fixed to the chassis, a terminal for electric drawing formed on the outer peripheral surface of the housing, a commutator formed inside the housing and fixed to the drive shaft, and a brush connected to the terminal and grounded to the commutator. It is characterized by including.
  • a housing surrounding the axle outer circumference and fixed to the chassis, a terminal formed on the outer peripheral surface of the housing for supplying an excitation current, and formed inside the housing, And a field coil ground means composed of a fixed slip ring and a brush connected to the terminal and grounded to the slip ring.
  • the electrical drawing means includes a housing fixed to a chassis, a terminal for electrical drawing formed on an outer circumferential surface of the housing, a slip ring formed inside the housing and fixed to the drive shaft, and a brush connected to the terminal and grounded to the slip ring. It characterized in that it further comprises.
  • a housing surrounding the axle outer circumference and fixed to the chassis, a terminal formed on the outer peripheral surface of the housing for supplying an excitation current, and formed inside the housing, It characterized in that it further comprises a field coil grounding means consisting of a fixed commutator and a brush connected to the terminal and grounded to the commutator.
  • the generator using the load applied to the tire according to the present invention can produce electrical energy without additional loss of energy consumed in driving a vehicle, thereby increasing energy efficiency as compared to a conventional electric vehicle, and also by means of mechanical energy. It is very effective in improving environmental problems by producing energy.
  • Figure 1 is a side cross-sectional view showing an embodiment of the interior of the tire and the hydraulic drive of the power generator using the load applied to the tire according to the present invention.
  • Figure 2 is a front sectional view showing an embodiment of the interior of the hydraulic drive unit and generator of the power generator using the load applied to the tire according to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a diaphragm formed in a direction perpendicular to a wheel in a compartment structure of a power generator using a load applied to a conventional tire;
  • FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of a diaphragm formed in an oblique direction with a wheel in a compartment structure of a power generator using a load applied to a tire according to the present invention
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of the current drawing means and the field coil grounding means of the power generator using the load applied to the tire according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of a current drawing means and a field coil grounding means for drawing a direct current in a power generation apparatus using a load applied to a tire according to the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of a current drawing means and a field coil grounding means for drawing alternating current in the power generation apparatus using a load applied to a tire according to the present invention
  • Figure 1 is a side cross-sectional view showing an embodiment of the interior of the tire and the hydraulic drive of the power generator using the load applied to the tire according to the present invention
  • Figure 2 is a power generator using the load applied to the tire according to the present invention
  • Fig. 3 is a front sectional view showing an embodiment of a hydraulic drive device and a generator
  • Fig. 3 is a diaphragm formed at right angles to the traveling direction of a tire in a hydraulic part diaphragm structure of a power generator using a load applied to a conventional tire. Is a perspective view illustrating an embodiment of the present invention.
  • the tire 10 is largely equipped with a compartment, a hydraulic hose for transmitting a fluid pressure, a hydraulic driving device 200 that is installed inside the wheel 20 and generates a rotational force using the fluid pressure, and It is composed of a generator 300 for generating power using the rotational force, and the electric drawing means.
  • a diaphragm 110 is formed in the tire 10 in an oblique direction with respect to a traveling direction of the tire in the tire 10, and a compartment for separating and accommodating the fluid between the diaphragms 110. 120) is formed.
  • the hydraulic hose 130 for ejecting the fluid in the compartment 120 into the hydraulic drive device 200 and the fluid in the hydraulic drive device 200 are injected into the compartment.
  • a suction hydraulic hose 140 for suction is provided, and the hydraulic hoses are fastened to the wheel 20 of each compartment and the housing 210 of the hydraulic drive device.
  • the hydraulic drive device 200 is fixed to the inside of the wheel 20 is formed, the housing 210 is fixed to the generator 300, and the ejection in the center of the housing 210
  • the driving gear 220 is provided to generate a rotational force while rotating in opposition to the tire by the fluid ejected from the hydraulic hose 130, the drive shaft 230 for transmitting the rotational force of the drive gear to the generator 300 is It is formed extending from the center of the drive gear, driven gear 240 for the efficient transmission of the force of the fluid is engaged with the drive gear 220 is installed.
  • the fastening part with the wheel of the hydraulic hose 130 shown in Figure 2 is located at the middle point of the outer peripheral wall of the wheel, but this is for convenience of understanding and in the actual manufacturing in consideration of the obstacles in the fluid flow left It is preferable to move to, and it is preferable to use a flexible hose also the hydraulic hose.
  • the generator is separated from the axle is mounted inside the wheel 20, the housing 310 of the generator fixed to the wheel 20, and fixed to the housing 310 rotates in the same direction as the tire and generates a magnetic force
  • the field coil 320 is provided, the rotor 330 is rotated in the opposite direction of the tire by the drive shaft 230 to generate electricity in the center of the housing 310.
  • Compartment 120a, second compartment 120b, and third compartment 120c are sequentially pressed and then restored.
  • the present invention provides the gravity energy without additional consumption of energy required for driving the vehicle.
  • the kinetic energy can be produced by converting the kinetic energy back to electrical energy sequentially.
  • the hydraulic drive device 200 is applied to the gear pump method, for the smooth rotation of the drive shaft can use other known structures such as a turbine method, a vane method, if the gear pump method is driven as much as possible
  • the manufacture of gears and drive gears of similar size is efficient in the transmission of fluid forces.
  • the hydraulic drive device 200 and the generator 300 installed inside the wheel 20 are separated from each other by the housings 210 and 310. This is because when the fluid flows into the generator 300, the rotational direction of the fluid and the rotational direction of the field coil 320 are reversed, which may interfere with the rotation of the wheel 20 due to the friction of the fluid. This is to isolate the drive gear 220 which rotates in the opposite direction to the rotational direction of the wheel 20 by the fluid in a separate housing and extend only the drive shaft 230 to rotate the rotor 330. As a result, the field coil 320 and the rotor 330 in the generator 300 may smoothly rotate in opposite directions without mutual friction.
  • the housing 210, the generator housing 310 and the field coil 320 of the hydraulic drive device rotates in the same direction as the tire 10 about the axle 340 extending from the wheel 20, while the Since the drive gear 220 and the rotor 330 are rotated in the opposite direction to the tire 10 about the drive shaft 230, the drive gear 220 and the rotor 330 are faster than the general generator including a stator and a rotor rotating in the stator. It has a change in magnetic flux and thus high electromotive force can be obtained.
  • the drive gear 220 and the driven gear 240, the drive shaft 230 and the housing 210 of the hydraulic drive device, the generator housing 310 and the field coil 320 and the rotor 330 smoothly in the opposite direction
  • a means for minimizing friction and maintaining airtightness such as an airtight bearing, may be provided in a required position.
  • the compartment 120 inside the tire 10 isolates the fluid using the inner wall of the tire, the diaphragm 110, and the outer circumferential wall surface of the wheel as shown in FIGS.
  • the connection portion of the hydraulic hose for ejection and the hydraulic hose is formed by using an airtight material, the outer shape has a form of a compartment 120 and a plurality of tubes filled with fluid therein Can be installed and used as a compartment.
  • the outer shape of the tube-shaped compartment, the connection points of the intermediate point of the thickness of the diaphragm 110 is formed horizontally or obliquely with respect to the traveling direction of the tire, the connection points of the outer peripheral wall surface of the wheel 20 and It is said that the external structure of the tubular compartment is formed by the connection points of the inner wall of the tire.
  • the compartment of such a tube structure compared with the compartment formed by the diaphragm 110, there is an advantage of preventing the damage of the tire due to the diaphragm formation, and relatively easy to maintain the airtight of the compartment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of the current drawing means and the field coil grounding means of the power generator using the load applied to the tire according to the present invention.
  • a current drawing means a variety of known means may be used so as to draw electricity from the rotor by slip grounding, but as a preferred embodiment, the electric drawing means 400 is provided on an extended outer circumferential surface of the drive shaft as follows. Can be applied. In addition, a part of the drawn current may be supplied as an excitation current of the field coil.
  • a method of providing the following field coil grounding means 500 on the outer circumferential surface of the axle 340 may be applied. You can do it.
  • the field coil grounding means 500 is formed while enclosing the outer circumferential surface of the axle 340 extending from the wheel 20, and passes through the hole 341 of the axle from the drive gear 220 to the outside.
  • An electric drawing means 400 is formed while surrounding the outer circumferential surface of the extended drive shaft 230.
  • the lead wire of the field coil 320 may be buried between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the axle 340 to be connected to the field coil grounding means 500, and the coil lead of the rotor 330 may be connected to the driving shaft. Buried in the interior of the 230 may be connected to the electrical drawing means (400).
  • the electric drawing means 400 and the field coil grounding means 500 will have a configuration for maintaining a contact from the rotating body as described below.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of a current drawing means and a field coil grounding means for drawing a direct current in the power generation apparatus using a load applied to a tire according to the present invention.
  • the current induced in the generator 300 is an alternating current
  • the axle 340 having a hole 341 at the center of the drive shaft 230 may be penetrated in the center of the wheel 20.
  • the drive shaft 230 penetrates the wheel 20 and the axle 340 and extends to the outside.
  • the electrical drawing means 400 is formed on the housing 410 fixed to the chassis, the outer peripheral surface of the housing 410 is formed in the terminal 430 for the electrical drawing, and the housing 410 inside the drive shaft (
  • the apparatus may further include a current drawing unit 420 formed of a commutator 421 fixed to 230 and a brush 422 connected to the terminal 430 and grounded to the commutator 421.
  • the field coil grounding means 500 for supplying the excitation current to the field coil is formed on the housing 510 fixed to the chassis and surrounding the outer circumference of the axle 340, and is provided on the outer circumferential surface of the housing 510 to supply the excitation current.
  • a slip ring 521 formed in the housing 510 and fixed to the axle 340 and connected to the terminal 530 and grounded to the slip ring 521. It is composed of a ground portion 520 configured as.
  • the alternating current is converted into direct current by the commutator 421 and the brush 422 of the electric drawing means 400, and the converted direct current is transmitted to a storage battery or another device, and part of the field coil is grounded.
  • the excitation current of DC can be supplied to the field coil by the slip ring 521 and the brush 522 of the means 500.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of a current drawing means and a field coil grounding means for drawing alternating current in the power generation apparatus using a load applied to a tire according to the present invention.
  • an axle 340 having a hole 341 is formed in the center of the wheel 20 so that the driving shaft 230 can be penetrated in the center of the wheel 20, and the driving shaft 230 is formed.
  • Silver penetrates the wheel 20 and the axle 340 and extends to the outside.
  • the electric drawing means 400 is formed on the housing 410 fixed to the chassis and the outer circumferential surface of the housing 410 to draw the electric drawing.
  • the AC current is drawn out without switching by the slip ring 423 and the brush 424 of the electric drawing means 400, and the drawn AC current is transferred to the storage battery or another device, some of which are field coils.
  • the rectifier 523 and the brush 524 of the grounding means 500 may be converted into direct current to transmit the excitation current of the direct current to the field coil.
  • the present invention can be used for all means of transportation driven by tires, special vehicles such as electric vehicles and hybrid cars, container vehicles, forklifts, excavators, bulldozers, tractors, electric vehicles, golf cars, electric vehicles as well as general vehicles As it can be used for two-wheeled vehicles, electric bicycles, etc., the industrial applicability is very large.

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Abstract

본 발명은 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어에 가해지는 하중에 의해 격실에 발생되는 유압을 이용하여, 발전기의 회전축과 연결된 유압구동장치 내의 구동기어를 회전하게 함으로써, 구동기어와 연결된 발전기에서 생성된 전류를 인출하는, 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 타어어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치는 타이어 내부에, 타이어의 진행방향에 대하여 사선방향 또는 수평방향으로 장치되는 유연한 격판에 의해 휠 외주면과 타이어 내주면 사이에 유체를 격리 수용하는 다수개의 격실이 형성되며, 각 격실마다 내부의 유체를 유압구동장치 내부에 분출하기 위한 분출용 유압호스와 상기 유압구동장치 내의 유체를 상기 격실 내부로 흡입하기 위한 흡입용 유압호스가 구비된다. 상기 유압구동장치의 하우징은 발전기에 장치되고, 발전기는 휠의 내부에 장착되며, 분출용 유압호스에서 분출된 유체에 의해 구동기어가 타이어의 회전방향과 반대로 회전하고 구동기어의 축이 발전기의 회전자축에 회전력을 전달함으로써, 전기를 발생시키는 회전자가 구비된 발전기 및 상기 발전기의 회전자로부터 생성된 전기를 인출하기 위한 전기인출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치
본 발명은 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행중 타이어에 가해지는 차체의 하중에 의해 발생되는 유체압을 이용해 구동기어를 회전시키고, 구동기어의 회전력을 이용하여 발전기에서 생성된 전류를 인출하도록 안출된, 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
자동차는 현대생활에 빼놓을 수 없는 필수품이나, 운행으로 인한 화석연료의 사용에 의한 환경문제, 에너지 고갈문제 등 많은 문제점들을 가지고 있으며 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전기자동차 개발 등 많은 연구가 있어왔다.
그 중 전기자동차와 관련하여, 종래의 전기자동차는 전기충전소 등 외부로부터 공급받은 전기에너지를 사용하고, 운행중의 재충전이 어려우며, 또한 충전소로부터 공급받는 전기에너지도 화력, 원자력 등의 연료를 사용하여 생산된 것으로 에너지 측면에서의 비효율적인 측면이 여전히 남아 있다.
이러한 문제와 관련하여, 주행 중 전기에너지의 재충전을 하는데 있어서 주행을 위해 공급받는 에너지와 관련없는 타이어에 가해진 중력에너지와 타이어 내부 압력에 의한 복원에너지를 이용하여 생성된 전기에너지를 주행 중 재충전함으로써 보다 효율적인 에너지사용을 위한 연구가 있어왔다.
주행 중 재충전을 위한 기술로는 본 출원인의 "타이어에 가해지는 차체의 하중을 이용한 동력발생장치(출원번호 제10-2002-0032416호)등을 들 수 있는데, 상기 기술은 발전구동장치가 휠 내주면과 회전자 사이에 위치하고 있음으로 인하여, 유체의 기밀을 유지할 경우 리테이너에 의한 회전저항이 커지는 한편, 타이어가 거친 노면 등으로 인해 충격을 받을 경우 유체가 발전장치로 유입될 위험이 있었다.
그리고, 무엇보다도 발전장치의 내부회전자가 차축에 장치됨으로 인해, 발전을 위해 회전자가 타이어의 반대방향으로 회전하면 차축의 구동을 방해하는 결과를 초래하게 되고, 격판의 형성에 의한 타이어의 피로도 증가, 타이어 내부의 격판을 휠과 직각방향으로 장치함으로 인한 승차감 저하의 문제점 등이 도출되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 차량의 주행시 타이어에 작용하는 역학적 에너지를 전기에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 높일 뿐만 아니라, 이러한 기술에 있어서 종래 문제점이었던, 발전으로 인한 차축의 회전을 방해하는 현상, 발전장치 내부로의 유체가 유입되는 문제, 격판의 형성에 의한 타이어의 피로도 증가, 승차감 저하의 문제 등을 개선한 타이어에 가해진 하중을 이용한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치는 타이어의 안쪽에 타이어의 진행방향에 대해 사선방향으로 격판이 형성되고, 휠의 외주벽면과 상기 격판사이에 유체를 격리 수용하는 격실이 형성되며, 상기 격실마다 유체를 유압구동장치 내부에 분출하기 위한 분출용 유압호스와 상기 유압구동장치 내의 유체를 상기 격실 내부로 흡입하기 위한 흡입용 유압호스가 장치된다.
상기 유압호스들은 상기 격실의 휠 부위와 유압구동장치의 하우징에 연결되며, 유압구동장치에는 분출용 유압호스에서 분출되는 유체에 의해 타이어와 반대로 회전하며 회전력을 발생하는 구동기어가 장착되며, 상기 구동기어의 회전력을 발전기로 전달하기 위한 구동축이 상기 구동기어 중심에서 연장되어 형성된다.
그리고 그 내부에 유체의 분사력을 집중하기 위한 종동기어가 상기 구동기어와 맞물려 구비된 유압구동장치와, 필드코일이 구비되어 휠 내부에 장치되는 발전기하우징과, 상기 발전기하우징 중앙에 상기 구동축에 의해 타이어의 반대방향으로 회전하며 전기를 발생시키는 회전자가 구비된 발전기 및 상기 발전기의 회전자로부터 생성된 전기를 인출하기 위한 전기인출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발전기로부터 직류전류를 인출하기 위하여, 상기 휠의 중심부에 상기 구동축이 관통될 수 있도록 중심에 홀을 가진 차축이 형성되고, 상기 구동축은 휠 및 차축을 관통하며 외부로 연장되어 형성되며, 상기 전기인출수단은 차대에 고정된 하우징과, 상기 하우징 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자와, 상기 하우징 내부에 형성되되 상기 구동축에 고정된 정류자 및 상기 단자와 연결되고 정류자에 접지된 브러시를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 여자전류를 상기 필드코일에 공급하기 위하여, 상기 차축 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징과, 상기 하우징 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자와, 상기 하우징 내부에 형성되되 상기 차축에 고정된 슬립링 및 상기 단자와 연결되고 슬립링에 접지된 브러시로 구성된 필드코일 접지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발전기로부터 교류전류를 인출하기 위하여, 상기 휠의 중심부에 상기 구동축이 관통될 수 있도록 중심에 홀을 가진 차축이 형성되고, 상기 구동축은 휠 및 차축을 관통하며 외부로 연장되어 형성되며, 상기 전기인출수단은 차대에 고정된 하우징과, 상기 하우징 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자와, 상기 하우징 내부에 형성되되 상기 구동축에 고정된 슬립링 및 상기 단자와 연결되고 슬립링에 접지된 브러시를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 여자전류를 상기 필드코일에 공급하기 위하여, 상기 차축 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징과, 상기 하우징 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자와, 상기 하우징 내부에 형성되되 상기 차축에 고정된 정류자 및 상기 단자와 연결되고 정류자에 접지된 브러시로 구성된 필드코일 접지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 타이어에 가해진 하중을 이용한 발전장치는 차량 주행에 소모되는 에너지의 추가적 손실없이 전기에너지를 생산할 수 있기 때문에 종래의 전기자동차 등에 비해 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 역학적 에너지에 의한 전기에너지를 생산함으로써 환경문제를 개선하는데 매우 효과적이다.
그리고 종래의 문제점이었던, 발전장치 내부로 유체가 유입되는 문제를 해결할 수 있고, 무엇보다도 차축과 발전기구동축을 분리함으로써 발전에 따른 타이어 구동을 방해하는 현상을 해결할 수 있으며, 운전자에게 쾌적한 승차감을 제공하며,또한 튜브형태의 격실을 이용할 경우에는 격판형성으로 인한 타이어의 손상을 예방하는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 타이어와 유압구동장치의 내부의 실시예를 도시한 측단면도.
도2는 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 유압구동장치 및 발전기의 내부의 실시예를 도시한 정단면도.
도3은 종래의 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 격실 구조에 있어서 휠과 직각방향으로 형성된 격판의 실시예를 도시한 투시도.
도4는 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 격실 구조에 있어서 휠과 사선방향으로 형성된 격판의 실시예를 도시한 투시도.
도5는 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 단면도.
도6은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 있어서 직류를 인출하기 위한 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 사시도.
도7은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 있어서 교류를 인출하기 위한 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 타이어 20 : 휠
110 : 격판 120 : 격실 130 : 분출용 유압호스 140 : 흡입용 유압호스 200 : 유압구동장치 210 : 유압구동장치 하우징 220 : 구동기어 230 : 구동축 240 : 종동기어 300 : 발전기 310 : 발전기의 하우징 320 : 필드코일 330 : 회전자 340 : 차축 341 : 홀 400 : 전기인출수단 410 : 전기인출수단의 하우징 421 : 정류기 422 : 브러시 423 : 슬립링 424 : 브러시 430 : 단자 500 : 필드코일 접지수단 510 : 필드코일 접지수단의 하우징 521 : 슬립링 522 : 브러시 523 : 정류자 524 : 브러시 530 : 단자 600 : 축전지
본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 타이어와 유압구동장치의 내부의 실시예를 도시한 측단면도이고, 도2는 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 유압구동장치 및 발전기의 내부의 실시예를 도시한 정단면도이며, 도3은 종래의 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 유압부 격판 구조에 있어서 타이어의 진행방향에 대하여 직각방향으로 형성된 격판의 실시예를 도시한 투시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 격실이 장치되는 타이어(10)와, 유체압을 전달하는 유압호스, 휠(20) 내부에 장치되고 유체압을 이용하여 회전력을 발생시키는 유압구동장치(200) 및 상기 회전력을 이용하여 발전하는 발전기(300), 그리고 전기인출수단 등으로 구성된다.
도4에 도시된 바와 같이 타이어(10)에는 상기 타이어(10) 내부에 타이어의 진행방향에 대하여 사선방향으로 격판(110)이 형성되고, 상기 격판(110)사이에 유체를 격리 수용하는 격실(120)이 형성된다. 도4에 도시하지는 않았으나 여기에도 각각의 격실마다 격실(120) 내의 유체를 유압구동장치(200) 내부에 분출하는 분출용 유압호스(130)와 상기 유압구동장치(200) 내의 유체를 상기 격실 내부로 흡입하기 위한 흡입용 유압호스(140)가 장치되며, 상기 유압호스들은 상기 각각의 격실의 휠(20)과 유압구동장치의 하우징(210)에 체결된다.
도1 내지 2에 도시된 바와 같이 유압구동장치(200)는 휠(20) 내부에 고정되어 형성되되, 발전기(300)에 고정되는 하우징(210)과, 상기 하우징(210) 내부 중앙에 상기 분출용 유압호스(130)에서 분출된 유체에 의해 타이어와 반대로 회전하면서 회전력을 발생하는 구동기어(220)가 구비되며, 상기 구동기어의 회전력을 발전기(300)로 전달하기 위한 구동축(230)이 상기 구동기어 중심에서 연장되어 형성되고, 유체의 힘을 효율적으로 전달하기 위한 종동기어(240)들이 상기 구동기어(220)와 맞물려 장치된다.
그리고 도2에 도시된 유압호스(130)의 휠과의 체결부는 휠 외주벽면의 중간지점에 위치해 있으나, 이는 이해의 편의를 위한 것이고 실제 제작시에는 유체흐름시의 장애를 고려하여 도면상에서 볼때 좌측으로 이동시킴이 바람직하며, 유압호스 또한 유연한 소재를 이용함이 바람직하다.
또한, 발전기는 차축과 분리되어 휠(20) 내부에 장치되며, 휠(20)에 고정된 발전기의 하우징(310)과, 상기 하우징(310)에 고정되어 타이어와 동일방향으로 회전하며 자력을 생성하는 필드코일(320)이 구비되고, 상기 하우징(310)의 중앙에는 상기 구동축(230)에 의해 타이어의 반대방향으로 회전하며 전기를 발생시키는 회전자(330)가 위치한다.
본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
격실과 유압호스 및 유압구동장치(200)의 내부에 적정량의 유체가 채워지고타이어(10)가 차체의 하중을 받으며 A방향으로 회전하면, 상기 타이어(10)가 받는 차체의 하중에 의하여 제1 격실(120a), 제2 격실(120b), 제3 격실 (120c)는 순차적으로 눌려졌다가 다시 복원된다. 이때 도시된 바와 같이 압력을 받은 제2격실 (120b)에 채워진 유체는 유압구동장치(200) 방향으로만 유체를 분사하게 하는 체크밸브기능을 가진 분출용 유압호스(130b)를 통하여 구동기어(220)와 종동기어(240)가 맞물린 위치에 유체를 분사되게 되고, 이와 동시에 복원되는 제1 격실(120a)은 유압구동장치(200)내의 높아진 압력과 타이어의 복원에 따른 제1 격실(120a) 내에 낮아진 압력에 의하여 상기 유압구동장치(200)내의 유체의 일부를 격실(120)방향으로만 유체를 분사하게 하는 체크벨브기능을 가진 흡입용 유압호스(140a)를 통하여 흡입하게 된다. 구동기어(220)와 종동기어(240)가 맞물린 위치에 유체를 분사하면구동기어와 종동기어가 회전하게 되고, 구동기어의 중심부에 키이로 체결된 구동축(230)이 회전하게 되며, 발전기의 회전자가 휠(20)에 체결된 발전기 하우징(310)의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 발전이 이루어진다. 이때 구동기어(220)의 회전에 필요한 운동에너지는 상기와 같이 차체의 하중에 의해 격실내부의 유체가 받는 중력에너지로부터 변환된 것이므로, 본 발명은 자동차 주행에 필요한 에너지의 추가적 소모없이 상기 중력에너지를 운동에너지로 상기 운동에너지를 다시 전기에너지로 순차적으로 변환하여 생산할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서 유압구동장치(200)는 기어펌프 방식을 적용하였으나, 구동축의 원활한 회전을 위해서 터어빈 방식이나, 베인 방식 등 이미 알려진 다른 형태의 구조를 이용할 수 있으며, 기어펌프 방식을 이용할 경우 가능한 한 종동기어와 구동기어를 비슷한 크기로 제작하는 것이 유체의 힘의 전달에 있어서 효율적이다.
도2에 도시된 바와 같이 휠(20) 내부에 설치된 유압구동장치(200)와 발전기(300)는 각각의 하우징(210)(310)에 의해 격리되어 형성된다. 이는 상기 발전기(300)에 유체가 유입될 경우 유체의 회전방향과 필드코일(320)의 회전방향이 반대가 되기 때문에 유체의 마찰에 의하여 휠(20)의 회전을 방해할 우려가 있기 때문에 유체와 유체에 의하여 휠(20)의 회전방향과 반대로 회전하는 구동기어(220)를 별도 하우징에 격리하고 구동축(230)만을 연장하여 회전자(330)를 회전하게 하기 위함이다. 이로 인하여 발전기(300)내의 필드코일(320)과 회전자(330)는 상호 마찰없이 원활하게 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 따라서 상기 유압구동장치의 하우징(210), 발전기 하우징(310) 및 필드코일(320)은 휠(20)에서 연장된 차축(340)을 중심으로 타이어(10)와 같은 방향으로 회전하는 반면, 상기 구동기어(220) 및 회전자(330)는 상기 구동축(230)을 중심으로 상기 타이어(10)와 반대방향으로 회전하게 되므로 고정자와 고정자 내에서 회전하는 회전자로 구성된 일반적인 발전기와 비교할 때 더욱 빠른 자속변화를 가지게 되어 높은 기전력을 얻을 수 있게 된다.
상기 구동기어 (220)와 종동기어(240), 구동축(230)과 유압구동장치의 하우징(210), 발전기 하우징(310) 및 필드코일(320)과 회전자(330)가 상호 반대 방향으로 원할히 회전할 수 있도록, 필요한 위치에 기밀용 베어링 등 마찰을 최소화하고 기밀을 유지할 수 있는 수단을 구비할 수 있다.
또한, 상기 타이어(10)내부의 격실(120)은 도1 내지 도2에 도시된 바와 같이 타이어의 내벽, 격판(110), 휠의 외주벽면을 이용하여 유체를 격리하고 있으나, 격실의 기밀유지를 위한 격판(110)을 대신하여, 기밀성 소재를 이용하여 분출용 유압호스와 분출용 유압호스의 연결부가 형성되며 그 외형이 격실(120)의 형태를 가지고 그 내부에 유체가 충진되는 튜브를 다수 장착하여 격실로 이용할 수 있다.
튜브 형태 격실의 외형을 보다 상세하게는 표현하면, 타이어의 진행방향에 대하여 수평방향 또는 사선방향으로 형성되는 격판(110)의 두께의 중간지점의 연결점들과, 휠(20) 외주벽면 연결점들 및 타이어의 내벽면 연결점들로 튜브형태 격실의 외형구조가 구성된다고 할 수 있다.
그리고 이러한 튜브구조의 격실은, 격판(110)으로 형성된 격실에 비해, 격판형성으로 인한 타이어의 손상을 예방하고, 상대적으로 간편하게 격실의 기밀이 유지되는 등의 잇점이 있다.
도5는 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치의 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 단면도이다. 전류인출수단으로서 회전체로부터 슬립 접지하여 전기를 인출할 수 있도록 이미 알려진 다양한 수단을 이용할 수 있을 것이나, 바람직한 일실시예로서 하기와 같이 구동축의 연장된 외주면에 전기인출수단(400)을 구비하는 방식을 적용할 수 있다. 또한 인출된 전류의 일부는 필드코일의 여자전류로 공급할 수 있을 것인바 역시 이미 알려진 다양한 수단의 접지방식 이외에 하기와 같은 필드코일 접지수단(500)을 차축(340)의 외주면에 구비하는 방식을 적용할 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이 휠(20)에서 연장된 차축(340)의 외주면을 에워싸면서 필드코일 접지수단(500)이 형성되고, 구동기어(220)에서 부터 차축의 홀(341)을 관통하여 외부로 연장된 구동축(230)의 바깥쪽 외주면을 에워싸면서 전기인출수단(400)이 형성된다. 세부적으로 도시되지는 않았으나 필드코일(320)의 리드선은 상기 차축 (340)의 외주면과 내주면 사이에 매설되어 필드코일 접지수단(500)과 연결될 수 있고, 회전자(330)의 코일 리드선은 상기 구동축(230)의 내부에 매설되어 전기인출수단(400)과 연결될 수 있다. 이는 필드코일(320)은 차축(340)과 같은 방향으로 회전하고 회전자(330)은 구동축(230)과 같은 방향으로 회전하므로 각각의 리드선들이 회전에 의하여 꼬이는 현상을 막기 위함이다. 상기 전기인출수단(400)과 필드코일 접지수단(500)은 하기에서 설명하는 바와 같이 회전체로부터 접점을 유지하기 위한 구성을 가지게 된다.
도6은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 있어서 직류를 인출하기 위한 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 사시도이다. 상기 발전기(300)에서 유도되는 전류는 교류전류이므로 이를 직류로 전환하여 인출하기 위한 전기인출수단(400)과 직류로 전환된 여자전류를 필드코일에 공급하기 위한 필드코일 접지수단(500)의 구조이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의하여 교류를 직류로 전환하여 전류를 인출하기 위해서는 상기 휠(20)의 중심부에 상기 구동축(230)이 관통될 수 있도록 중심에 홀(341)을 가진 차축(340)이 형성되고, 상기 구동축(230)은 휠(20) 및 차축(340)을 관통하며 외부로 연장되어 형성됨이 바람직하다. 또한 상기 전기인출수단(400)은 차대에 고정된 하우징(410)과, 상기 하우징(410) 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자(430)와, 상기 하우징(410) 내부에 형성되되 상기 구동축(230)에 고정된 정류자(421) 및 상기 단자(430)와 연결되고 정류자(421)에 접지된 브러시(422)로 구성된 전류인출부(420)를 더 포함한다. 여자전류를 필드코일에 공급하기 위한 필드코일 접지수단(500)은 상기 차축(340) 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징(510)과, 상기 하우징(510) 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자(530)와, 상기 하우징(510) 내부에 형성되되 상기 차축(340)에 고정된 슬립링(521) 및 상기 단자(530)와 연결되고 슬립링(521)에 접지된 브러시(522)로 구성된 접지부(520)로 구성된다.
상기와 같은 구조에 의하여 전기인출수단(400)의 정류자(421)와 브러시(422)에 의하여 교류전류가 직류로 전환되며, 전환된 직류전류는 축전지 또는 다른 장치로 전달되고 그중 일부는 필드코일 접지수단(500)의 슬립링(521)과 브러시(522)에 의하여 직류의 여자전류를 필드코일에 공급할 수 있다.
도7은 본 발명에 따른 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치에 있어서 교류를 인출하기 위한 전류인출수단 및 필드코일 접지수단의 실시예를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 직류전류를 인출하기 위하여, 상기 휠(20)의 중심부에 상기 구동축(230)이 관통될 수 있도록 중심에 홀(341)을 가진 차축(340)이 형성되고, 상기 구동축(230)은 휠(20) 및 차축(340)을 관통하며 외부로 연장되어 형성되며, 상기 전기인출수단(400)은 차대에 고정된 하우징(410)과, 상기 하우징(410) 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자(430)와, 상기 하우징(410) 내부에 형성되되 상기 구동축(230)에 고정된 슬립링(423) 및 상기 단자(430)와 연결되고 슬립링 (423)에 접지된 브러시(424)를 더 포함한다. 여자전류를 필드코일에 공급하기 위하여, 상기 차축(340) 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징(510)과, 상기 하우징(510) 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자(530)와, 상기 하우징(510) 내부에 형성되되 상기 차축(340)에 고정된 정류자(523) 및 상기 단자(530)와 연결되고 정류자(523)에 접지된 브러시(524)로 구성된다.
상기와 같은 구조에 의하여 전기인출수단(400)의 슬립링(423)과 브러시(424)에 의하여 교류전류를 전환없이 인출하고 인출된 교류전류는 축전지 또는 다른 장치로 전달되고, 그중 일부는 필드코일 접지수단(500)의 정류자(523)과 브러시(524)에 의하여 직류로 전환되어 직류의 여자전류가 필드코일에 전달될 수 있다.
상기 내용은 발명의 구체적인 실시의 목적을 위하여 실시예로 표현하였으나 본 발명의 내용은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 그 기술사상과 균등범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있을 것이므로 본 발명의 권리범위는 청구범위에 의해 제한적으로 해석될 수 없다.
본 발명은 타이어를 이용하여 구동하는 모든 수송수단에 이용할 수 있으며, 일반자동차는 물론 전기자동차와 하이브리드자동차, 컨테이너차량, 지게차, 굴삭기, 불도저 등의 특수차량, 트랙터, 전기운반차, 골프카, 전기용 2륜차, 전기자전거 등에 두루 사용될 수 있어 산업상 이용가능성은 매우 크다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 타이어(10) 내부에 타이어의 진행방향에 대하여 사선방향으로 격판(110)이 형성되고, 휠(20) 외주벽면 및 타이어의 내벽과 상기 격판(110)사이에 유체를 격리 수용하는 격실(120)이 형성된 타이어(10);
    상기 격실(120) 내의 유체를 유압구동장치(200)에 전달하는 분출용 유압호스(130)와 상기 유압구동장치(200) 내의 유체를 상기 격실 내부로 전달하는 흡입용 유압호스(140)가 각 격실에 구비되되, 각각 체크밸브가 장치되고 각 격실의 휠(20)과 유압구동장치의 하우징(210)에 체결되는 유압호스;
    휠(20) 내부에서 발전기(300)에 장치되는 하우징(210)과, 상기 하우징(210) 내부 중앙에 상기 분출용 유압호스(130)에서 분출되는 유체에 의해 타이어와 반대로 회전하며 회전력을 발생시키는 구동기어(220)가 장치되고, 상기 구동기어의 회전력을 발전기(300)로 전달하기 위한 구동축(230)이 상기 구동기어 중심에서 연장되어 형성되며, 내부에 유체의 힘을 전달하는 다수개의 종동기어(240)가 상기 구동기어(220)와 체결되는 유압구동장치(200);
    상기 격실(120)과 분출용 유압호스(130)와 흡입용 유압호스(140)와 유압구동장치(200) 내부에 충진되는 유체;
    휠(20) 내부에 장치되어, 휠(20)에 고정된 하우징(310)과, 상기 하우징(310) 내부에 고정되어 타이어와 동일방향으로 회전하며 자력을 생성하는 필드코일(320)이 형성되고, 상기 하우징(310)의 중앙에는 상기 구동축(230)에 의해 타이어의 반대방향으로 회전하며 전기를 발생시키는 회전자(330)가 구비된 발전기(300);
    상기 발전기(300)에서 생성된 전기를 인출하는 전기인출수단이 장치되고, 타이어의 회전시 차체의 하중에 의해 전기가 생산되는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
  2. 제1항에 있어서, 타이어의 진행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 격판(110)의 두께의 중간지점의 연결점들과, 휠(20) 외주벽면 연결점들 및 타이어의 내벽면 연결점들로 이루어진 외형구조를 가지며;
    그 내부에 유체가 격리 수용되고, 분출용 유압호스와 흡입용 유압호스의 연결부가 형성된 기밀성 소재의 튜브 형태로 이루어진 격실이 장치되는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발전기(300)로부터 직류전류를 인출하기 위하여, 상기 휠(20)의 중심부에 상기 구동축(230)이 관통될 수 있도록 중심에 홀(341)을 가진 차축(340)이 형성되고, 상기 구동축(230)은 휠(20) 및 차축(340)을 관통하여 외부로 연장되어 형성되며,
    상기 전기인출수단(400)은 차대에 고정된 하우징(410)과, 상기 하우징(410) 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자(430)와, 상기 하우징(410) 내부에 형성되되 상기 구동축(230)에 고정된 정류자(421) 및 상기 단자(430)와 연결되고 정류자(421)에 접지된 브러시(422)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
  4. 제3항에 있어서, 여자전류를 상기 필드코일(320)에 공급하기 위하여, 상기 차축(340) 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징(510)과, 상기 하우징(510) 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자(530)와, 상기 하우징(510) 내부에 형성되되 상기 차축(340)에 고정된 슬립링(521) 및 상기 단자(530)와 연결되고 슬립링(521)에 접지된 브러시(522)로 구성된 필드코일 접지수단(500)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발전기(300)로부터 교류전류를 인출하기 위하여, 상기 휠(20)의 중심부에 상기 구동축(230)이 관통될 수 있도록 중심에 홀(341)을 가진 차축(340)이 형성되고, 상기 구동축(230)은 휠(20) 및 차축(340)을 관통하며 외부로 연장되어 형성되며,
    상기 전기인출수단(400)은 차대에 고정된 하우징(410)과, 상기 하우징(410) 외주면에 형성되어 전기인출을 위한 단자(430)와, 상기 하우징(410) 내부에 형성되되 상기 구동축(230)에 고정된 슬립링(423) 및 상기 단자(430)와 연결되고 슬립링(423)에 접지된 브러시(424)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
  6. 제3항에 있어서, 여자전류를 상기 필드코일(320)에 공급하기 위하여, 상기 차축(340) 외주를 에워싸며 차대에 고정된 하우징(510)과, 상기 하우징(510) 외주면에 형성되어 여자전류를 공급하기 위한 단자(530)와, 상기 하우징(510) 내부에 형성되되 상기 차축(340)에 고정된 정류자(523) 및 상기 단자(530)와 연결되고 정류자(523)에 접지된 브러시(524)로 구성된 필드코일 접지수단(500)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 가해지는 하중을 이용한 발전장치.
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