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KR20130093610A - 전기 발생 충격 흡수 장치 - Google Patents

전기 발생 충격 흡수 장치 Download PDF

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KR20130093610A
KR20130093610A KR1020137004901A KR20137004901A KR20130093610A KR 20130093610 A KR20130093610 A KR 20130093610A KR 1020137004901 A KR1020137004901 A KR 1020137004901A KR 20137004901 A KR20137004901 A KR 20137004901A KR 20130093610 A KR20130093610 A KR 20130093610A
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KR
South Korea
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magnet
magnets
coil
assembly
shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020137004901A
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English (en)
Inventor
레이 주오
시우동 탕
페이 성 장
Original Assignee
더 리서치 파운데이션 오브 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 리서치 파운데이션 오브 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕 filed Critical 더 리서치 파운데이션 오브 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕
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Abstract

전기 발생 충격 흡수 장치는 전기 저항 재료로 형성된 소정 길이의 중공 튜브의 길이를 따라 외주 둘레에 감겨진 소정 길이의 전도성 재료로 이루어진 코일 조립체; 적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석으로 형성된 자석 유닛; 복수의 자석 유닛들이 장착되는 자기 저항을 나타내는 중앙 샤프트로서, 상기 적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석의 중앙 개구를 통하여 삽입되는 크기로 되어 있고, 상기 중공 튜브의 중앙 공동 내로 슬라이딩 이동가능하게 삽입되는 자석 조립체를 형성하는 복수의 자석 유닛들과 결합된 상기 중앙 샤프트; 및 자석 조립체의 종단부에 부착된 제1 단부를 구비한 원통형 쉘을 포함하며, 상기 원통형 쉘은 자석 조립체의 길이를 따라 연장되어 있고, 상기 원통형 쉘은 상기 코일 조립체의 외경을 슬라이딩 가능하게 수용하는 크기의 내경을 갖는다.

Description

전기 발생 충격 흡수 장치{ELECTRICITY GENERATING SHOCK ABSORBERS}
이 출원은 "전기 발생 충격 흡수 장치"의 제목으로 2010년 7월 29일 출원된 미국 가출원 번호 제61/368,846에 대한 우선권 주장 출원이며, 가출원 명세서의 내용 및 개시된 사항들은 본 명세서에 기재된 바와 같이 전체적으로 참조하여 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 에너지 회수에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 재생(regenerative) 현가 장치에 관한 것이다.
대기 중의 오염 물질의 모든 원천 중에, 일반적으로 수송 분야가 상당한 부분을 점유하고 있다. 예를 들면, 미국에서 수송 산업은 원유의 대부분을 소비하며, 그 중의 많은 부분은 자동차에 의해 사용되고 있다. 따라서, 에너지 효율성, 특히 수송 분야에 있어서의 개선은 상응하게 에너지 소비의 감소로 이어질 수 있는데, 이러한 개선은 에너지 비용을 점증적으로 감소시킬 뿐만 아니라 청정한 환경과 에너지 독립성 및 안보에도 점증적으로 크게 기여한다.
더욱 양호한 연료 경제성에 대해 높아지는 요구는 하이브리드 차량, 전기 차량, 및 연료 전지나 디젤 연료로 구동되는 차량에서의 개선 및 발전으로 이어졌다. 연료 경제성을 높이기 위한 자동차 산업 분야에서의 노력들에는, 열거하는 것으로 제한되는 것은 아니지만 차량 중량의 감소, 향상된 공기역학적인 구조, 능동적 연료 관리, 직접 분사 엔진, 균일한 차지 압축 점화 엔진 및 하이브리드 엔진과 같은 것이 포함되었다. 여전히, 연료 경제성을 향상시키는 다른 메커니즘, 기술 및 에너지 원천이 계속해서 강구되고 있다.
현재, 자동차를 구동하기 위하여 사용되는 가용 연료 에너지의 약 10% 내지 16%는 도로 및 바람으로부터의 마찰과 항력을 극복하기 위해 사용된다. 엔진 사이클 효율 외에, 자동차에서 에너지 손실의 하나의 중요한 메커니즘은 차량 진동 및 이동 중에 운동 에너지의 소산이다. 과거 수 백년 동안, 자동차 산업에서는 제동 장치와 현가 장치의 최적 설계에 의해, 그리고 잠김 방지 제동 시스템이나 능동 현가 장치와 같은 능동 제어를 채용하는 것에 의해, 운동 에너지와 진동 에너지를 폐열로 소산시키기 위한 많은 노력을 기울여 왔다. 과거 수 십년 동안, 제동으로부터 에너지 회수는 하이브리드 차량에서 커다란 상업적인 성공을 거두었다. 그러나, 연속적인 에너지 회수의 장점을 갖는 재생 차량 현가 장치들은 불충분한 진동 제어, 만족스럽지 못한 에너지 획득, 엄두를 내지 못할 높은 비용, 높은 복잡성, 실제적인 비호환성 및 비효율성과 같은 여러 요인으로 인해 실용화되지 못했다.
이러한 사정을 감안하면, 전술한 요인들을 고려한 재생 차량 현가 장치 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 전기 발생 충격 흡수 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 전기 저항 재료로 형성된 소정 길이의 중공 튜브의 길이를 따라 외주 둘레에 감겨진 소정 길이의 전도성 재료로 이루어진 코일 조립체; 적어도 하나의 환형상(annular)인 축선 방향의 자석으로 형성된 자석 유닛; 복수의 자석 유닛들이 장착되는 자기 저항을 나타내는 중앙 샤프트로서, 상기 적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석의 중앙 개구를 통하여 삽입되는 크기로 되어 있고, 상기 중공 튜브의 중앙 공동(cavity) 내로 슬라이딩 이동가능하게 삽입되는 자석 조립체를 형성하는 복수의 자석 유닛들과 결합된 상기 중앙 샤프트; 및 자석 조립체의 종단부에 부착된 제1 단부를 구비한 원통형 쉘을 포함하며, 상기 원통형 쉘은 자석 조립체의 길이를 따라 연장되어 있고, 상기 원통형 쉘은 상기 코일 조립체의 외경을 슬라이딩 가능하게 수용하는 크기의 내경을 갖는다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 전기 발생 충격 흡수 장치를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 전기 저항을 갖는 중공 튜브 둘레에 적어도 한번 코일을 감고; 자기 저항을 갖는 샤프트에 쌍으로 이루어진 제1 영구 자석들을 적층하고; 적층된 샤프트를 중공 튜브의 중공 공동에 대하여 이동가능하도록 하고; 샤프트를 제1 기부에 부착하고; 샤프트 상의 쌍으로 이루어진 제1 자석들 사이에 투자성의 제1 스페이서에 의해서 자석들을 서로 분리하고; 같은 극들이 서로 마주하게 쌍으로 이루어진 제1 자석들을 정렬시키고; 감겨진 코일의 적어도 일부를 한쪽 단부에서 제1 기부에 부착된 동심의 외부 실린더를 통하여 캡슐화(encapsulating)하는 것을 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 전기를 발생시키기 위한 전기 발생 충격 흡수 장치를 사용하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 자석 조립체를 코일 조립체에 대하여 이동시키는 것을 포함하고; 상기 코일 조립체는 전기 저항을 갖고 중공 공동을 구비한 중공 튜브 둘레에 적어도 한번 감긴 코일을 포함하며; 상기 자석 조립체는 자기 저항을 갖는 샤프트에 적층된 쌍으로 이루어진 제1 영구 자석들을 포함하며, 상기 샤프트는 제1 기부에 부착되고, 샤프트 상의 쌍으로 이루어진 제1 자석들 사이에 투자성의 제1 스페이서에 의해서 자석들이 서로 분리되고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들은 같은 극들이 서로 마주하게 정렬되고, 그리고 상기 코일 조립체의 적어도 일부를 캡슐화하는 동심의 외부 실린더를 포함하며, 실린더는 한쪽 단부에서 제1 기부에 부착된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 전기 발생 충격 흡수 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 제1 케이스와 제2 케이스를 포함하고, 제1 케이스는 제1 케이스의 내면에 부착된 랙을 포함하며, 제2 케이스는 제1 기부에 장착된 제1 샤프트를 통하여 제2 케이스의 내면에 부착되고 랙과 접촉하는 피니언, 서로 접촉하는 제1 베벨 기어와 제2 베벨 기어를 포함하는 베벨 기어박스를 포함하며, 제1 베벨 기어는 제1 샤프트에 장착되고, 제2 베벨 기어는 제2 케이스의 내면에 부착된 회전 모터에 연결 장치를 통해서 결합된 제2 샤프트에 장착된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 자기 저항 재료로 구성된 샤프트를 따라 수평 방향으로 적층된 쌍으로 이루어진 제1 자석들을 포함하는 자석 조립체와 전기 저항을 갖는 중공 튜브 둘레에 감긴 코일을 포함하는 코일 조립체를 구비한 전기 발생 충격 흡수 장치를 제공하고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들은 같은 극들이 서로 마주하게 정렬되고, 쌍으로 이루어진 제1 자석, 자석 조립체의 삽입 단부는 코일 조립체의 중공 튜브의 개방 단부 내로 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 동심의 외부 실린더가 코일 조립체의 적어도 일부를 캡슐화하고, 실린더는 삽입 단부 반대쪽의 자석 조립체의 기부 단부에 부착되고; 중공 튜브의 폐쇄 단부를 제1 질량부에 연결하고; 자석 조립체의 기부 단부를 제2 질량부에 연결하고, 전기 발생 충격 흡수 장치는 제1 질량부와 제2 질량부 사이에 진동 감쇠를 제공하고; 코일에서 기전력을 발생시키기 위하여 자석 조립체와 코일 조립체 간에 상대 운동을 유도하고; 기전력을 수집하는 것을 포함한다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 조합하여 설명하는 이하의 상세한 설명을 통하여 당업자에게 명확해질 것이다.
도 1a는 선형 전자기 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한 도면이다.
도 1b는 자석 조립체의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 방사상의 자석들을 구비한 단층 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한 도면이다.
도 3은 복층 전기 발생 충격 흡수 장치의 실시예를 상징적으로 도시한 도면이다.
도 4는 기어 기반의 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들의 전자기 자석들의 대안적인 배열을 상징적으로 도시한 도면이다.
명세서에 사용되는 바와 같이, 차량은 사람 또는 화물을 수송하도록 설계되거나 사용되는 장치이다, 차량은 버스, 트럭, 기차와 같은 육상 기반의 교통 수단, 또는 배, 보트와 같은 해상 기반의 교통 수단 또는 비행기, 헬리콥터, 우주선과 같은 항공 기반의 교통 수단이 될 수 있다.
명세서에 사용되는 바와 같이, 충격 흡수 장치는 가속 및 제동 중에 또는 노면의 불규칙함으로 발생하는 진동을 감소시키는 현가 스프링과 병렬로 일반적으로 사용되는 에너지 소산 장치이다.
한편, 단순함 및 명료함을 위해 도면들에 대한 이하의 설명은 육상 기반의 교통 수단을 참조하여 설명되지만, 명세서에 개시되는 기술이 육상 기반의 교통 수단으로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 명세서에 개시되는 기술은 사람 또는 화물을 수송하기 위하여 설계되거나 사용되는 어떠한 장치로도 실현될 수 있고 함께 사용될 수 있다.
도 1a는 선형 전자기 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시하며 도 1b는 자석 조립체의 예시적인 실시예의 단면도를 상징적으로 도시한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 재생 충격 흡수 장치(100)는 형태적으로 선형 유도 발전기이다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(100)는 코일 조립체(120)에 대하여 이동가능한 자석 조립체(110)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(100)는 자석 조립체(110)에 대하여 이동가능한 코일 조립체(120)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 자석 조립체(110)와 코일 조립체(120)는 서로에 대하여 모두 이동가능하다.
예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(100)는 압축 사이클과 확장 사이클의 2 사이클로 작동한다. 코일 조립체(120)가 자동차의 프레임에 부착되고 자석 조립체(110)가 자동차의 현가 장치에 부착되는 예시적인 자동차 실시 형태에서, 압축 사이클은 코일 조립체(120)가 아래쪽으로 이동할 때 일어나고 확장 사이클은 자석 조립체(110)가 위쪽으로 이동할 때 일어난다(코일 조립체(110)와 자석 조립체(120)의 상대 이동은 상이한 구조에 따라 달라질 수 있다). 따라서, 만약 압축 사이클이 차량의 스프링 하 중량의 운동을 제어한다면, 확장 사이클은 더욱 무거운 스프링 하 중량의 운동을 제어한다. 결국, 예를 들면 가속 및 제동 중에 또는 노면 불규칙함으로 인한 사이클들의 교대를 통하여, 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 충격 흡수 장치(100)는 자동차 휠과 스프링 상 질량 간의 현가 장치 진동의 운동 에너지를 유용한 전력으로 변환한다.
예시적인 실시예에서 자석 조립체(110)는 높은 자기 저항 재료인 샤프트(113) 상에 적층된 고투자율의 링 형상 스페이서(114)들에 의해 분리된 링 형상, 즉 환형상의 영구 자석(111)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 샤프트 재료는 알루미늄이다. 예시적인 실시예에서, 자석(111)들은 희토류 영구 자석이다. 예시적인 실시예에서, 스페이서(114)들은 강철 스페이서이다. 예시적인 실시예에서, 자석 조립체는 12개의 자석(111)들과 13개의 스페이서(114)들을 포함한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 자석(111)들은 자속을 방사상의 방향으로 다시 보내기 위하여 인접한 자석(111)들의 같은 극들이 서로 마주하여 배열된다. 코일을 보호하고 자기 루프의 자기 저항을 감소시키고 코일에서 자속 밀도를 더욱 증가시키기 위하여, 즉 자속을 바깥쪽으로 더욱 밀어내기 위하여 고투자율의 재료로 만들어진 동심의 외부 실린더(112)가 사용된다.
코일 조립체(120)는 높은 전기 저항을 갖는 튜브(122) 둘레에 감긴 코일(121)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 코일(121)들은 구리로 만들어지며 튜브(122)는 폴리옥시메틸렌으로 만들어진다. 예시적인 실시예에서, 하나의 코일의 높이는 자석(111)과 스페이서(114)의 전체 높이의 절반이다. 예시적인 실시예에서, 코일(121)들은 자석 조립체(110)와 정렬되어 있다. 예시적인 실시예에서, 코일(121)들의 전체 수는 16개이다. 예시적인 실시예에서, 코일(121)들은 정류기에 연결된다.
예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(100)에서 발생하는 파워는 코일(121)들의 전체 체적과 관련되어 있다. 그러나, 전압은 튜브(122) 둘레에 코일(121)들의 권선 수와 관련되어 있다. 코일(121)들의 전체 체적이 일정하고 작은 직경의 코일(121)들이 사용되는 예시적인 실시예에서는, 코일(121)들의 많은 권선 수가 예상되며 따라서 높은 전압이 발생한다. 예시적인 실시예에서, 코일(121)들은 250 내지 300 회 범위 내에서 감기며, 약 10 V의 출력 전압을 발생시킨다.
예시적인 실시예에서, 모든 코일들은 0도와 180도 위상에서 최대 양 전압 및 음 전압을 발생시키고 90도 와 270도 위상에서 영 전압을 나타내는 4-상 방식을 형성한다. 각 상의 전압 또는 파워는 자기장에서 코일 조립체(120)의 상대 위치에 의존할 수 있지만, 전체 파워 발생은 코일 조립체의 상대 위치에 의존하지 않는다. 코일(121)들이 자석 조립체(110)에 의해 생성된 자기장에 대하여 진동할 때 기전력이 발생하며, 따라서 전기를 생성한다. 또한, 기전력은 차량 진동을 감소시키는 감쇠력으로 작용한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(100)는 약 2 인치 내지 약 4 인치 사이에서 운동(압축 및 확장 사이클)을 위한 파워를 발생시키는 일정한 성능을 유지한다.
예를 들면, 충격 흡수 장치(100)가 자동차 현가 장치에 배치되는 경우, 가속 및 제동 중에 또는 노면 불규칙함으로 인한 현가 장치에서의 진동은 코일 조립체(120)가 자석 조립체(110)에 대하여 이동, 즉 압축 사이클 및 확장 사이클을 야기하여 기전력을 발생시키는데, 기전력은 자동차의 배터리를 재충전시키기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 피크 출력 전압은 코일(121) 직경의 제곱에 비례하고 피크 출력은 코일에서 전도성 재료의 전체 체적에 의존한다.
도 2는 방사상의 자석들이 자속 밀도를 증가시키기 위하여 사용되는, 단층(single layer)의 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한다.
자동차에 대한 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(22)는 휠과 스프링 상 질량 간의 현가 장치 진동의 운동 에너지를 유용한 전력으로 변환한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(200)는 방향(V)으로 코일 조립체(220)에 대하여 이동가능한 자석 조립체(210)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(200)는 방향(V)으로 자석 조립체(210)에 대하여 이동가능한 코일 조립체(220)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 자석 조립체(210)와 코일 조립체(220)는 서로에 대하여 이동가능하다.
예시적인 실시예에서, 자석 조립체(210)는 자기 저항이 높은 재료로 이루어진 샤프트(213) 상에 적층된 방사상의 자석(211.a)들과 축선 방향의 자석(211.b)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 샤프트 재료는 알루미늄이다. 예시적인 실시예에서, 자석들은 희토류 영구 자석이다. 예시적인 실시예에서, 샤프트(213)는 제1 기부(224)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 제1 장착 링(215)이 제1 기부(224)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 장착 링(215)은 자동차 휠, 즉 스프링 하 중량 부근의 차축에 연결된다.
도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 방사상의 자석(211.a)들과 축선 방향의 자석(211.b)들은 자속을 시계 방향 및 반시계 방향(216)들로 다시 보내기 위하여 인접한 자석(211.a, 211.b)들의 같은 극들이 서로 마주하여 배열된다. 예시적인 실시예에서, 코일을 보호하고 자기 루프의 자기 저항을 감소시키고 코일에서 자속 밀도를 더욱 증가시키기 위하여, 즉 자속을 바깥쪽으로 더욱 밀어내기 위하여 고투자율의 재료로 만들어진 동심의 외부 실린더(212)가 사용된다.
코일 조립체(220)는 높은 전기 저항을 갖는 튜브(222) 둘레에 감긴 코일(221)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 코일(221)들은 구리로 만들어지며 튜브(222)는 폴리옥시메틸렌으로 만들어진다. 예시적인 실시예에서, 튜브(222)는 제2 기부(225)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 제2 장착 링(223)이 제2 기부(225)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 제2 장착 링(223)이 자동차 프레임, 즉 스프링 상 중량에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 코일(221)들은 정류기에 연결된다.
예를 들면, 충격 흡수 장치(200)가 자동차 현가 장치에 배치되는 경우, 가속 및 제동 중에 또는 노면 불규칙함으로 인한 현가 장치에서의 진동은 코일 조립체(220)가 자석 조립체(210)에 대하여 이동, 즉 압축 사이클 및 확장 사이클을 야기하여 기전력을 발생시키는데, 기전력은 자동차의 배터리를 재충전시키기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이러한 상대 운동은 교류("AC")를 발생시킨다. 발생된 교류는 정류기를 통과하고 정류 과정을 통해 직류("DC")로 변환된다. 그 후, 일반적인 자동차 배터리를 충전하기 위해 적합한 전압을 유지하기 위하여 직류 대 직류 변환기와 같은 전력변환장치가 사용된다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(200)는 0.25 - 0.5 m/s RMS 현가 속도에서 약 2 W 내지 약 8 W 사이의 에너지를 얻는데, 이 에너지는 일반적인 자동차 배터리를 약 7.5 시간에 충전한다.
도 3은 복층(double layer) 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한다.
명세서에 개시되는 기술의 자동차에 대한 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(300)는 휠과 스프링 상 질량 간의 현가 장치 진동의 운동 에너지를 유용한 전력으로 변환한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(300)는 방향(V)으로 코일 조립체(320)에 대하여 이동가능한 자석 조립체(310)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 충격 흡수 장치(300)는 방향(V)으로 자석 조립체(310)에 대하여 이동가능한 코일 조립체(320)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 자석 조립체(310)와 코일 조립체(320)는 서로에 대하여 이동가능하다.
예시적인 실시예에서, 자석 조립체(310)는 자기 저항이 높은 재료로 이루어진 샤프트(313) 상에 적층된 복층(내부 및 외부)의 방사상의 자석(311.a)들과 축선 방향의 자석(311.b)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 샤프트 재료는 알루미늄이다. 예시적인 실시예에서, 자석들은 희토류 영구 자석이다. 예시적인 실시예에서, 샤프트(313)는 제1 기부(324)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 제1 장착 링(315)이 제1 기부(324)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 장착 링(315)은 자동차 휠, 즉 스프링 하 중량 부근의 차축에 연결된다.
복층의 방사상의 자석(311.a)들과 축선 방향의 자석(311.b)들은 자속을 시계 방향 및 반시계 방향(316)들로 다시 보내기 위하여 인접한 자석(311.a, 311.b)들의 같은 극들이 서로 마주하여 배열된다. 예시적인 실시예에서, 코일(321)이 복층의 방사상의 자석(311.a)들과 축선 방향의 자석(311.b)들에 대하여 상기 자석들 사이에서 진동할 때, 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 실시예를 초과하는 높아진 파워 밀도를 갖는 자속이 발생한다. 예시적인 실시예에서, 코일을 보호하고 자기 루프의 자기 저항을 감소시키고 코일에서 자속 밀도를 더욱 증가시키기 위하여, 즉 자속을 바깥쪽으로 더욱 밀어내기 위하여 고투자율의 재료로 만들어진 동심의 외부 실린더(312)가 사용된다.
코일 조립체(320)는 높은 전기 저항을 갖는 튜브(322) 둘레에 감긴 코일(321)들로 구성된다. 예시적인 실시예에서, 코일(321)들은 구리로 만들어지며 튜브(322)는 폴리옥시메틸렌으로 만들어진다. 예시적인 실시예에서, 폴리옥시메틸렌 튜브는 제2 기부(325)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 제2 장착 링(323)이 제2 기부(325)에 부착된다. 예시적인 실시예에서, 제2 장착 링(323)이 자동차 프레임, 즉 스프링 상 중량에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 코일(321)들은 정류기에 연결된다.
예를 들면, 충격 흡수 장치(300)가 자동차 현가 장치에 배치되는 경우, 가속 및 제동 중에 또는 노면 불규칙함으로 인한 현가 장치에서의 진동은 코일 조립체(320)가 자석 조립체(310)에 대하여 이동, 즉 압축 사이클 및 확장 사이클을 야기하여 기전력을 발생시키는데, 기전력은 자동차의 배터리를 재충전시키기 위해 사용될 수 있다.
대안으로, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 도시된 방사상의 자석들과 축선 방향의 자석들의 배열은 도 5에 도시된 바와 같이 배열된다. 특히, 방사상의 희토류 자석(502)은 도 2a, 도 2b 및 도 3과 관련하여 앞서 설명한 방사상의 자석들보다 얇게 되어 있다. 방사상의 희토류 자석(502)과 스페이서(504)의 적층된 조립체가 인접한 축선 방향의 자석(506)들과 동일한 높이가 되도록, 철과 같은 고투자율을 갖는 재료로 구성된 스페이서(504)가 방사상의 희토류 자석(502)들 상에 적층된다. 환언하면, 환형상인 방사상의 자석(502)은 환형상의 내장된 스페이서(504)를 포함한다. 중앙 개구 직경과 조합된 방사상의 자석(502)과 스페이서(504)의 외경이 축선 방향의 자석의 개별적인 직경들과 동일하다는 점에서 방사상의 자석(502)과 스페이서(504) 조합의 단면은 축선 방향의 자석(506)의 단면과 동일하다.
방사상의 희토류 자석(502)들, 축선 방향의 자석(506)들 및 스페이서(504)들은 도 2a 및 도 2b에 도시된 배열과 유사한 선형으로 배치된 코일(510)들과 알루미늄 샤프트(508) 사이에 위치된다. 게다가, 도 3의 복층의 실시예에서, 양 층에서의 방사상의 희토류 자석들은 도 5에 도시된 적층 조립체로 대체될 수 있다.
도 5에 도시된 방사상의 희토류 자석(502)과 스페이서(504)의 적층 조립체는 상당히 감소된 비용으로 전체 높이의 방사상의 희토류 자석과 유사하거나 심지어 높은 자기 밀도를 나타낸다. 이러한 장점은 철이 희토류 영구 자석으로 사용되는 NdFeB와 같은 희토류 재료보다 높은 투자율을 갖기 때문에 얻어진다. 더욱이, 철은 희토류 영구 자석보다 현저히 저렴하다. 따라서, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 도시된 구성에서 전체 높이의 방사상의 희토류 자석들을 사용하는 것에 비해 작은 치수의 방사상의 희토류 자석(502)과 스페이서(504)를 사용함으로써 비용 절감이 실현될 수 있다.
도 4는 기어 기반의 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예를 상징적으로 도시한다. 충격 흡수 장치(400)는 외부 케이스(410)와 내부 케이스(410)를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 외부 케이스(410)는 제1 기부(412)를 통하여 외부 케이스(410)의 내면에 부착된 치형 랙(413)을 포함한다. 제1 장착 링(411)이 외부 케이스(410)의 외면에 부착된다.
예시적인 실시예에서, 내부 케이스(420)는 제1 샤프트(423)의 제1 단부 가까이에 장착되고 선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위해 랙(413)과 맞물리는 치형 피니언(424)를 포함한다. 따라서, 차량 진동이 주기적인 선형 운동이기 때문에 행정의 한계까지 피니언(424)에 대하여 랙(413)의 이동을 통해서 피니언(424)을 피니언의 축선에 대해 회전을 야기하여 진동이 회전 운동으로 변환된다. 제1 샤프트(423)의 제1 단부는 내부 케이스(420)의 내면에 장착된 기부(422)에 부착된다.
예시적인 실시예에서, 베벨 기어박스(429) 내에서 베벨 기어(425.a)는 베벨 기어(425.b)와 맞물린다. 베벨 기어(425.a)는 제1 샤프트(423)의 제2 단부에 장착된다. 베벨 기어(425.b)는 회전 모터(428)에 부착된 제2 샤프트(426)의 제2 단부에 장착된다. 베벨 기어(425.a)가 랙(413)과 피니언(424)으로부터 회전 운동을 베벨 기어(426.b)에 전달할 때, 회전 모터(428)는 축선에 대한 제2 샤프트(426)의 회전을 통하여 구동된다. 연결 장치(427)가 모터(428)를 제2 샤프트(426)에 부착한다. 제2 장착 링(421)이 내부 케이스(420)의 외면에 부착된다.
예시적인 실시예에서, 회전 모터(428)가 베벨 기어(425.a, 425.b)를 통해 랙(413) 및 피니언(424)에 의해 구동될 때, 회전 모터(428)는 역기전력를 발생시키고, 따라서 전기를 생성한다. 전형적인 충격 흡수 장치에서, 기전력은 진동 에너지를 열로 소산시키는 것에 의해 진동이 완화되므로 감쇠력으로 작용하는 반면에, 충격 흡수 장치(400)에서 진동은 진동 에너지를 전기 에너지로 소산시키는 것에 의해서 완화된다.
전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 필요한 현가 장치 감쇠 성능을 유지하거나 향상시키고 운전자의 필요 또는 도로 상태에 따른 현가 장치 감쇠를 조정하는 효과적인 방식을 제공한다. 또한, 전기 발생 충격 흡수 장치가 감쇠 또는 제어하는 힘으로 작용하는 역기전력을 제공할 수 있기 때문에 진동 완화 성능이 유지되거나 향상된다. 또한, 전자 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 일반적인 승용차에서 정상적인 주행 조건하에 있는 차량 교류 발전기와 동일한 수준으로 평가되는 에너지 획득을 가능하게 한다. 또한, 생성된 전력은 배터리를 충전하거나, 라이트 또는 라디오와 같은 전기 부속 장치에 공급하거나 또는 하이브리드 차량의 휠을 구동하도록 사용될 수 있다.
또한, 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 재생 능동 현가 장치 그리고 에너지 획득 및 능동 현가 장치 제어의 조합의 용이한 실현을 가능하게 한다. 부가적으로, 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 개량 가능한 것인데, 이것은 새로운 차량에 사용하거나 현재 차량에 존재하는 종래의 점성 충격 흡수 장치를 단순히 교체할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 자동차에 적용하는 것으로 제한되는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 전기 발생 충격 흡수 장치는 이 충격 흡수 장치를 작동시키는 데에 충분한 진동력이 존재하는 어떠한 응용에도 유리하게 사용될 수 있다. 모든 실시예에서, 본 발명의 전기 발생 충격 흡수 장치는 특별한 응용에서 전기 발생 충격 흡수 장치가 받게 되는 하중 및 힘을 수용하기 위하여 적절한 크기가 되도록 의도한 것이다. 따라서, 앞서 설명한 특정한 수치 값들은 단지 예시적인 편의를 위해 의도된 것이며 본 발명의 실시를 위해 허용가능한 전체 범위의 값으로 간주해서는 않된다.
다른 재생 충격 흡수 장치들과 대조적으로, 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 높은 에너지 밀도, 낮은 중량 및 양호한 소형화의 특성을 나타낸다. 볼-스크루 기반의 시스템과 달리, 전기 발생 충격 흡수 장치의 예시적인 실시예들은 또한 차량 주행과 간섭을 크게 일으키지 않는다.

Claims (28)

  1. 전기 발생 충격 흡수 장치에 있어서,
    전기 저항 재료로 형성된 소정 길이의 중공 튜브의 길이를 따라 외주 둘레에 감겨진 소정 길이의 전도성 재료로 이루어진 코일 조립체;
    적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석으로 형성된 자석 유닛;
    복수의 자석 유닛들이 장착되는 자기 저항을 나타내는 중앙 샤프트로서, 상기 적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석의 중앙 개구를 통하여 삽입되는 크기로 되어 있고, 상기 중공 튜브의 중앙 공동 내로 슬라이딩 이동가능하게 삽입되는 자석 조립체를 형성하는 복수의 자석 유닛들과 결합된 상기 중앙 샤프트; 및
    자석 조립체의 종단부에 부착된 제1 단부를 구비한 원통형 쉘을 포함하며, 상기 원통형 쉘은 자석 조립체의 길이를 따라 연장되어 있고, 상기 원통형 쉘은 상기 코일 조립체의 외경을 슬라이딩 가능하게 수용하는 크기의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 샤프트에 배치된 인접한 자석 유닛들은 같은 극들이 서로 마주하여 놓여있고, 인접한 자석 유닛들은 고투자율의 재료로 형성된 환형상 스페이서에 의해서 분리된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자석 유닛은 환형상인 방사상의 자석과 적어도 하나의 환형상인 축선 방향의 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중앙 샤프트에 배치된 인접한 자석 유닛들은 서로에 대하여 거울상의 방위로 배치된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    방사상의 자석은 고투자율의 재료로 형성된 환형상의 적층된 스페이서를 포함하며, 환형상의 적층된 스페이서 재료는 방사상의 자석과 다른 재료인 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는 적어도 일부가 알루미늄으로 이루어지고, 상기 코일은 중공 튜브 둘레에 301회 미만으로 감겨지고 적어도 일부가 구리로 이루어지고, 상기 튜브는 적어도 일부가 폴리옥시메틸렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일 조립체의 전도성 재료가 정류기에 작동하게 연결된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정류기는 에너지 저장 장치에 작동하게 연결된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 외면은 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어지고 상기 실린더의 내면은 같은 극들로 정렬된 환형상인 복수의 제2 자석 유닛들을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 자석 조립체의 종단부는 차량 차축에 연결할 수 있는 제1 장착 링에 견고하게 부착된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중공 튜브는 자석 조립체 삽입 단부 반대쪽의 중공 튜브의 종단에 견고하게 부착된 제2 장착 링을 포함하며, 상기 제2 장착 링은 차량 프레임에 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    압축 사이클과 확장 사이클 중에 상기 자석 조립체가 코일 조립체 대하여 이동할 때 기전력이 발생하고, 상기 기전력은 진동을 감소시키는 감쇠력으로 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  14. 전기 발생 충격 흡수 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    전기 저항을 갖는 중공 튜브 둘레에 적어도 한번 코일을 감고;
    자기 저항을 갖는 샤프트에 쌍으로 이루어진 제1 영구 자석들을 적층하고;
    적층된 샤프트를 중공 튜브의 중공 공동에 대하여 이동가능하도록 하고;
    샤프트를 제1 기부에 부착하고;
    샤프트 상의 쌍으로 이루어진 제1 자석들 사이에 투자성의 제1 스페이서에 의해서 자석들을 서로 분리하고;
    같은 극들이 서로 마주하게 쌍으로 이루어진 제1 자석들을 정렬시키고;
    감겨진 코일의 적어도 일부를, 한쪽 단부에서 제1 기부에 부착된 동심의 외부 실린더를 통하여 캡슐화하는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 샤프트는 적어도 일부가 알루미늄으로 이루어지고, 상기 코일은 중공 튜브 둘레에 301회 미만으로 감겨지고 상기 코일은 적어도 일부가 구리로 이루어지고, 상기 튜브는 적어도 일부가 폴리옥시메틸렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 코일을 정류기에 연결하는 것을 또한 포함하고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들은 방사상의 자석과 축선 방향의 자석을 포함하며, 상기 실린더는 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어지고 쌍으로 이루어진 제1 자석들과 제1 스페이서는 링 형상인 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실린더의 외면은 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어지고, 상기 실린더의 내면은 자속을 시계 방향 및 반시계 방향으로 다시 보내기 위하여 같은 극들이 서로 마주하여 배열된 링 형상의 쌍으로 이루어진 제2 영구 자석들을 포함하며, 쌍으로 이루어진 제2 자석들은 링 형상인 투자성의 제2 스페이서에 의해 서로 분리되고, 상기 제2 자석들은 방사상의 자석과 축선 방향의 자석을 또한 포함하고 감겨진 코일은 상기 제1 자석들과 제2 자석들 사이에서 자석들에 대하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 기부를 차량 차축에 연결가능한 제1 장착 링에 부착하는 것을 또한 포함하고, 상기 튜브는 튜브의 한쪽 단부에 제2 기부 및 상기 제2 기부에 견고하게 부착된 제2 장착 링을 포함하며, 상기 제2 장착 링은 차량 프레임에 연결가능한 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치의 제조 방법.
  19. 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    자기 저항 재료로 구성된 샤프트를 따라 수평 방향으로 적층된 쌍으로 이루어진 제1 자석들을 포함하는 자석 조립체와 전기 저항을 갖는 중공 튜브 둘레에 감긴 코일을 포함하는 코일 조립체를 구비한 전기 발생 충격 흡수 장치를 제공하고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들은 같은 극들이 서로 마주하게 정렬되고, 쌍으로 이루어진 제1 자석, 자석 조립체의 삽입 단부는 코일 조립체의 중공 튜브의 개방 단부 내로 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 동심의 외부 실린더가 코일 조립체의 적어도 일부를 캡슐화하고, 상기 실린더는 삽입 단부 반대쪽의 자석 조립체의 기부 단부에 부착되고;
    중공 튜브의 폐쇄 단부를 제1 질량부에 연결하고;
    자석 조립체의 기부 단부를 제2 질량부에 연결하고, 전기 발생 충격 흡수 장치는 제1 질량부와 제2 질량부 사이에 진동 감쇠를 제공하고;
    코일에서 기전력을 발생시키기 위하여 자석 조립체와 코일 조립체 간에 상대 운동을 유도하고;
    기전력을 수집하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 샤프트는 적어도 일부가 알루미늄으로 이루어지고, 상기 코일은 중공 튜브 둘레에 301회 미만으로 감겨지고 상기 코일은 적어도 일부가 구리로 이루어지고, 상기 튜브는 적어도 일부가 폴리옥시메틸렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 코일은 정류기에 작동하게 연결되고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들은 방사상의 자석과 축선 방향의 자석을 포함하며, 상기 실린더는 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어지고, 쌍으로 이루어진 제1 자석들과 제1 스페이서는 환형상인 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    방사상의 자석은 고투자율의 재료로 형성된 환형상의 적층된 스페이서를 포함하며, 환형상의 적층된 스페이서 재료는 방사상의 자석과 다른 재료이며, 상기 방사상의 자석과 적층된 스페이서의 결합된 크기는 개별적인 축선 방향의 자석의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 실린더의 외면은 적어도 일부가 투자성 재료로 이루어지고, 상기 실린더의 내면은 자속을 시계 방향 및 반시계 방향으로 다시 보내기 위하여 같은 극들이 서로 마주하여 배열된 링 형상의 쌍으로 이루어진 제2 영구 자석들을 포함하며, 쌍으로 이루어진 제2 자석들은 링 형상인 투자성의 제2 스페이서에 의해 서로 분리되고, 상기 제2 자석들은 방사상의 자석과 축선 방향의 자석을 또한 포함하고 감겨진 코일은 상기 제1 자석들과 제2 자석들 사이에서 자석들에 대하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 기부 단부는 차량 차축에 연결가능한 제1 장착 링에 견고하게 부착되고, 상기 중공 튜브의 폐쇄 단부는 차량 프레임에 연결가능한 제2 장착 링에 견고하게 부착되며, 차량 진동을 감소시키는 감쇠력으로 작용하는 기전력이 전기 발생 충격 흡수 장치의 압축 사이클과 확장 사이클 동안에 발생하는 것을 특징으로 하는 기계적인 진동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  25. 전기 발생 충격 흡수 장치에 있어서,
    상기 장치는 제1 케이스와 제2 케이스 및 베벨 기어 박스를 포함하고,
    제1 케이스는 제1 케이스의 내면에 부착된 랙을 포함하며,
    제2 케이스는 제1 기부에 장착된 제1 샤프트를 통하여 제2 케이스의 내면에 부착되고 랙과 접촉하는 피니언을 포함하며,
    베벨 기어박스는 서로 접촉하는 제1 베벨 기어와 제2 베벨 기어를 포함하며, 제1 베벨 기어는 제1 샤프트에 장착되고, 제2 베벨 기어는 제2 케이스의 내면에 부착된 회전 모터에 연결 장치를 통해서 결합되는 제2 샤프트에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 케이스의 외면에 부착된 제1 장착 링과 상기 제2 케이스의 외면에 부착된 제2 장착 링을 또한 포함하며, 상기 랙은 제1 기부를 통하여 제1 케이스의 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 회전 모터가 정류기에 작동하게 연결된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 정류기는 에너지 저장 장치에 작동하게 연결된 것을 특징으로 하는 전기 발생 충격 흡수 장치.
KR1020137004901A 2010-07-29 2011-02-14 전기 발생 충격 흡수 장치 Withdrawn KR20130093610A (ko)

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