KR100376636B1

KR100376636B1 - 정전유도 발전기

Info

Publication number: KR100376636B1
Application number: KR10-2000-0060010A
Authority: KR
Inventors: 강삼정
Original assignee: 강삼정
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2003-03-19
Also published as: KR20010000670A

Abstract

본 발명은 입력보다 더 큰 출력을 효과적으로 얻을 수 있는 정전유도 발전기에 관한 것이다. 본 발명은 절연판 양면에 전계자 극판을 접착하고 전계자 극판 사이에 발전자 극판이 삽입되도록 복수로 배열하여되는 전계자와, 절연판 양면에 발전자 극판을 접착하고 발전자 극판이 상기 전계자 극판 사이에 일정한 간격이 유지하도록 삽입하여 배열함이 특징인 정전유도 발전기에 있어서, 전기력선의 수평분력을 최소화하도록 상기 전계자 극판을 복수로 분할하고, 복수의 전계자 극판을 하나의 발전자 극판에 대응시킨것이 특징인 정전유도 발전기로 구성되어진다. 본 발명은 입력보다 더 큰 출력을 얻고 그 출력의 일부를 입력으로 공급하면서 발전시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

정전유도 발전기{INDUCTION GENERATOR}

본 발명은 입력보다 더 큰 출력을 효과적으로 얻을 수 있는 정전유도 발전기에 관한 것이다.본 발명자에 의해서 발명된 특허 제8606호에 따르면 전계자와 발전자의 극수의 비율을 1:2로 해서(특허 제8606호에서는 고정자, 회전자라고 했지만 본 출원에서는 이것을 전계자, 발전자라한다)발전자의 회전운동에 대한 전기력선의 방향을 90^o가 되도록 하면 전기력은 발전자가 회전운동하는 것을 방해하지 않기 때문에 정전유도 발전기는 에너지를 공급받지 않고 발전할 수 있다고 하였다. 그 후 발명자가 더 연구하고 실험한 결과 전기저항(이하 '저항'으로 줄인다)의 고.저에 따라서 전기력선의 방향이 변한다는 사실을 확인했다. 즉 저항이 0이거나 극히 낮을 때는 전기가 잘 흐르기 때문에 도1에 도시한 바와 같이 전기력선(전기력을 두개의 직선으로 표시하고 그 중 하나를 (F)라고 표시한다)의 방향이 90^o가 된다. 그러나 저항이 높아지면 전기가 흐르기 어렵기 때문에 전류로 되지 못한 많은 양의 (+)전기가 극판(b)에 남게 되고 이 전기와 극판(B)의 (-)전기가 인력작용을 하기 때문에 도2에 도시한 바와 같이 (F)의 방향이 90^o에서 크게 벗어나서 입력의 원인이 되는 수평분력(Fx)이 세어진다는 것을 확인했다.

입력보다 더 큰 출력을 얻고 그 출력의 일부를 입력으로 공급하면서 발전시키기 위해서는, 즉 외부에서 에너지를 공급하지 않고 발전시키기 위해서는 고저항인 경우에도 (F)의 방향을 90^o에 가까워지도록 해서 (Fx)의 세기를 최소로 하는 정전유도 발전기가 요구되고 있다.본 발명은 입력보다 더 큰 출력을 얻고 그 출력의 일부를 입력으로 공급하면서 발전시킬 수 있는 정전유도 발전기를 제공하려는 것이다.

도1-4는 본 발명을 설명하기 위한 원리 설명도.

도5는 전계자의 모형도.

도6은 발전자의 모형도.

도7~11은 기본회로 및 출력계산 설명도.

도12는 정현파로 발전하게 되는 설명도.

도13은 단극인 경우에 변하는 면적 표시도.

도14는 다극일 때의 전계자와 발전자의 모형도.

도15는 다극인 경우에 변하는 면적 표시도.

도16은 다극일 때의 전계자의 모형과 회로도.

도17~18은 다극일 때의 발전자의 모형과 회로도.

도19는 도18의 I-I선 단면도.

도20은 발전자 C그룹에 대한 집전극의 표시도.

도21은 발전자 D그룹에 대한 집전극의 표시도.

도22는 발전자의 조립도.

도23은 전계자가 복식일 때의 전계자와 발전자의 전개도.

도24는 전계자와 발전자의 조립상태를 보인 일부 절취도.

도25는 전계자의 A,B그룹별 배치와 연결 표시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1...전계자의 전극 2...전계자의 전극이 아닌 부분 3,4,5,6...전계자의 연결선

12,13,14a,14a',23,24,25b,25b'...발전자의 연결선 7,8...전계자의 연결공

9,10...전계자의 홈 15,16,21,22...발전자의 원형회로 17...축공

19a,19a',20b,20b'...도선이 관통할 수 있는 도공 26...작은 원형판

27...발전자 축 28,29,31...너트 33,34...집전환 38...받침대

39,39'...지지대 40...브러시 41...하부아크릴판 42...상부아크릴판

44A,45A,44B,45B...전계자를 연결한 도선 43...베어링

도3은 본 발명의 기본원리도로서 절연체(Y) 양면에 발전자 극판(a),(b)및 접속저항(R₁), 그리고 발전자 극판(a'),(b')및 접속저항(R₂)으로 복수로 연결하여,종래 특허 제8606호의 정전발전 구성을 중복시켰다.

도3에서 전계자 극판(A),(B)은 직류고전압(+),(-) 전기를 축전시키면 정전유도 작용에 의해서 극판(a),(b)에는 (-),(+)전기가 발생한다.(본 발명에서 전계자 극판과 발전자 극판은 부호와 함께 이용할때 단순히 '극판'으로 인용하기로 한다.)이 때 극판(A),(B)는 완전히 절연되었기 때문에 한번 축전된 극판(A),(B)의 (+),(-)전기는 오랫동안 그대로 유지되고, 극판(A),(B)의 (+),(-) 전기력은 점선으로 표시된 극판(A),(B)의 거리에 반비례하여 극판(a,a'),(b,b')에 작용한다.

도3의 극판(A),(B)를 도4와 같이방향으로 밀거나 끌어 당기면 극판(a)에는 극판(A)의 (+) 전기인력에서 벗어나는 부분이 나타나므로 그 곳에 (-) 전기가 생기고 극판(b)에는 극판(B)의 (-) 전기인력에서 벗어나는 부분이 나타나므로 그 곳에는 (+) 전기가 생기지만, 이들 (-),(+)전기는 극판(A),(B)의 (+),(-) 전기인력에서 벗어남과 동시에 자체의 인력작용에 의하여 저항R₁으로 흐른다. 이 때 극판(A)의 (+)전기는 (-)전기가 남아있지 않은 극판(a)의 점선 바깥부분과 인력작용을 하지 않게 되고, 역시 극판(B)의 (-)전기는 (+)전기가 남아있지 않은 극판(b)의 점선 바깥부분과 인력작용을 하지 않게 된다.

동시에 극판(a'),(b')에는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기인력을 받는 부분이 나타나므로 그 곳에 정전유도 작용이 일어난다. 따라서 극판(a')에는 (-),(+), 극판(b')에는 (+),(-)전기가 발생해서 극판(a')의 (-)전기와 극판(b')의 (+)전기는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기에 끌려 남아있게 되지만, 극판(A),(B)의 (+),(-) 전기인력을 받지 않는 극판(a')의 (+)전기와 극판(b')의 (-)전기는 자체의 인력작용에 의해서 저항(R₂)으로 흐른다. 이때 극판(A)의 (+)전기는 (+)전기가 남아 있지 않은 극판(a')의 점선 바깥부분과는 척력을 가지지 않는 것이고, 극판(B)의 (-)전기는 (-)전기가 남아 있지 않은 극판(b')의 점선 바깥부분과 역시 척력을 가지지 않는다. 따라서 극판(A),(B)의 수평운동에 대한 전기력선의 방향은 극판(a),(b)쪽도, 극판(a'),(b')쪽도 아닌 90^o의 방향이 되기 때문에,

Fx = Fcos90°= 0,

Fy = Fsin90°= F

(cos90°= 0, sin90°= 1)

의 식이 성립한다.

그런데 이 식과 특허 제8606호의 식과 동일하다. 그러나 특허 제8606호인 경우에는 저항이 0이거나 극히 낮을 때만 식이 성립하지만 본 발명에서는 특허 제8606호의 기본원리를 보여주는 도1을 도3과 같이 보완하므로서 고저항 조건에서도 식이 성립하는 점이 다른 것이다. 다시 말하면, 도1인 경우에는 저항이 0이거나 극히 낮을 때는 전기가 잘 흐르지만 도3인 경우에는 자체의 전기인력으로 전기가 흐르게 된다. 그리고 저항R₁,R₂에 흐르는 전류는 자기장에서 발생한 것이 아니기 때문에 전류도 극판(A),(B)가 수평 운동하는 것을 방해하지 않는다. 그러므로 극판(A),(B)는 전.자기력에 대응한 일을 고려할 필요가 없기 때문에, 이론적으로 본 발명의 정전유도 발전기는 외부에서 에너지를 공급받지 않고 발전할 수 있게 된 것이다.

그러나 실제로는 절연체(Y)의 두께와 유전율 때문에 전기인력이 약해져서 전류로 되지 못한 전기가 극판(a),(b)에 남게 되고, 그 전기가 (F)의 방향을 90^o에서 벗어나게 한다. 따라서 절연체(Y)는 두께도 얇고 유전율도 낮을수록 좋다. 즉 두께도 얇고 유전율도 낮을수록 (F)의 방향이 점차 90^o에 근접해가며 마침내는 90^o라고 해도 될 만큼 근접하게 된다. 그러나 애써 그렇게까지는 할 필요는 없고 90^o에 가까워지게 하는 것만으로 충분하다.

다음은 출력을 계산하는 공식에 대해서 설명한다.

1. 정전유도 발전기의 정전용량 계산공식

도1의 극판(B)와 도3의 극판(A),(B)가 어느 위치에 있든 이것을 축전기라고 생각할 수 있다. 따라서 정전유도 발전기의 용량은 축전기의 용량을 계산하는 공식을 그대로 인용하면 된다.

도1의 극판(B)를 전계자로 할 경우 이것은 특허 제8606호에서와 같은 단식 전계자라 하지만 본 발명에서는 도3의 극판(A),(B)를 전계자로 하고 이것을 복식전계자라고 한다. 그러나 용량을 계산하는 방법은 단식으로 하든, 복식으로 하든 같기 때문에 용량 계산에서는 굳이 단식이니 복식이니 구분할 필요는 없다. 따라서 단식이 복식보다 간편하기 때문에 도1의 극판(B)를 전계자로 해서 이것을 도5, 그리고 극판(b),(b')를 발전자로 해서 이것을 도6과 같이 나타내어 설명한다.

발전자의 유효면적은 πr₂ ²에서 πr₁ ²과 절연선(11)의 면적을 빼면 되지만 도5,6에 도시한 바와 같이 전계자의 면적은 발전자의 면적의 1/2이므로 발전자의 유효면적의 1/2로 해야 한다. 즉, 전계자의 유효면적을 계산하면 된다. 그리고 발전자의 수를 n이라고 하여 용량을 계산할 경우 축전기의 용량을 계산하는 방법으로 하면 발전자의 양면을 생각해서 2n으로 계산해야 할 것 같지만 전계자의 유효면적은 발전자의 유효면적의 1/2이므로 n으로 해서 계산한다. 그리고 또 전계자의 극수(극수에 대해서는 후술한다)를 E라고 하면 절연선(11)의 수는 2E가 된다(절연선의 수는 발전자의 극수와 같다). 따라서,

① 발전자의 중심에서 내주연까지의 거리를 r₁[cm],

② 발전자의 중심에서 외주연까지의 거리를 r₂[cm],

③ 전계자와 발전자의 거리를 d[cm],

④ 발전자의 수를 n,

⑤ 절연선의 수를 2E,

⑥ 절연선의 폭을 α[cm] 로 할때, 본 발명의 출력은, 아래의 축전기의 용량 계산식,

로 계산할 수 있다. 이 때 먼저 유효면적을 구해야 하는데, 하나의 발전자의 전체면적을 S₂, 무효면적을 S₁이라고 하면, 유효면적 S는

S = S₂- S₁

이다. 그리고

S₁= πr₁ ²+ 2E(r₂-r₁)α

이고,

S₂= πr₂ ²

이므로, 하나의 발전자의 유효면적 S는

S = πr₂ ²- {πr₁ ²+ 2E(r₂-r₁)α}

= πr₂ ²- πr₁ ²- 2E(r₂-r₁)α

= π(r₂ ²- r₁ ²) - 2E(r₂-r₁)α

= (r₂ - r₁){π(r₂+r₁)-2Eα}

이다. 그리고 또 발전자의 수가 n이므로 발전자의 전체 유효면적 S는

nS = n(r₂ - r₁){π(r₂+r₁)-2Eα}

이다. 그러므로 본 발명 정전유도 발전기의 용량(C)계산식은

이다.

2. 발전자의 회전운동과 전기에너지의 충ㆍ방전

설명의 편의상 도3의 극판(A),(B)가 수평운동을 한다고 해서 원리를 설명했지만 실제로는 회전운동을 하므로 극판(A),(B)를 전계자, 극판(a),(b) 와 극판(a'),(b')를 발전자로 해서 이것을 도7~11과 같이 나타낸다. 그리고 이해하기 쉽게 하기 위하여 집전환은 크기가 다른 네 개의 동심원으로 나타냈지만, 도 8~11에서는 집전환과 브러시를 생략해서 저항(R₁)은 극판(a),(b), 저항(R₂)는 극판(a'),(b')와 직접 연결된 것처럼 표시했다. 그리고 또 설명의 편의를 위하여 도7과 같이 극판(A),(B)와 극판(a),(b)가 일치했을 경우의 용량을 Cab, 도9와 같이 극판(A),(B)와 극판(a'),(b')가 일치했을 경우의 용량을 Ca'b'라고 표시한다.

도7과 같이 직류고전압 발생장치로 극판(A),(B)에 (+),(-) 전기를 축전시키면 정전유도 작용에 의해서 극판(a),(b)에는 (-),(+) 전기가 발생한다. 그리고 극판(A),(B)는 완전히 절연되었기 때문에 여기에 한번 축전된 (+),(-)전기는 변하지 않고 영원히 보존된다고 가정한다. 공식,

W = 1/2 CV²[J]

에 의하여, 도7인 경우에는,

Wab = 1/2 CabV²[J]

의 전기에너지가 저장된다. 이 때 전기에너지의 전압을 V(전기에너지에서는 V²이지만 본래의 전압은 V이다)로 하기 위해서는 직류고전압 발생장치의 전압, 즉 극판(A),(B)에 인가된 전압을 그 두배인 2V로 해야 하는데, 그 이유는 도3은 도1의 두 개를 직렬로 연결한 것과 같기 때문이다(축전기의 직렬연결법 참조).

다음에는 도8과 같이 발전자가방향으로 회전하면, 극판(A)의 (+) 전기인력에서 벗어나는 극판(a)에는 (-)전기, 극판(B)의 (-)전기인력에서 벗어나는 극판(b)에는 (+)전기가 나타나지만 이들 전기는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기인력에서 벗어남과 동시에 자체의 인력작용에 의해서 저항(R₁)으로 흐른다. 동시에 극판(a')에는 극판(A)의 (+)전기인력을 받는 부분이 나타나므로 그 곳에 정전유도 작용이 일어나서 (-),(+) 전기가 생기고, 극판(b')에는 극판(B)의 (-)전기인력을 받는 부분이 나타나므로 그 곳에도 정전유도 작용이 일어나서 (+),(-)전기가 생긴다. 이 때 극판(a')의 (-)전기와 극판(b')의 (+)전기는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기에 끌려 그대로 남아 있게 되지만, 극판(a')의 (+)전기와 극판(b')의 (-)전기는 자체의 인력작용에 의하여 저항(R₂)로 흐른다. 따라서 도9와 같이 극판(a'),(b')가 극판(A),(B)와 일치할 때까지 회전하는 동안 처음에 저장되었던

Wab = 1/2 CabV²[J]

의 전기에너지와 정전유도 작용에 의해서 새로 발생한 전기에너지 중에서 극판(A),(B)의 전기인력을 받지 않는

Wa'b' = 1/2 Ca'b'V²[J]

의 전기에너지는 저항R₁, R₂로 흐르지만 극판(A),(B)의 전기인력을 받는,

Wa'b' = 1/2 Ca'b'V²[J]

의 전기에너지는 저장된다. 그러므로 발전자가 반 회전하는 동안 저항(R₁),(R₂)로 흐른 전기에너지 량은 처음에 저장되었던 전기에너지 량의 2배가 된다.

계속해서 발전자가 도10과 같이 회전하면 이번에는 도8과 반대로 극판(A)의 (+)전기인력에서 벗어나는 극판(a')에는 (-)전기, 극판(B)의 (-)전기인력에서 벗어나는 극판(b')에는 (+)전기가 나타나지만 이들 전기는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기인력에서 벗어남과 동시에 자체의 인력작용에 의해서 저항(R₂)로 흐른다. 동시에 극판(a)에는 극판(A)의 (+)전기인력을 받는 부분이 나타나므로 그 곳에 정전유도 작용이 일어나서 (-),(+)전기가 생기고, 극판(b)에는 극판(B)의 (-)전기인력을 받는 부분이 나타나므로 그 곳에도 정전유도 작용이 일어나서 (+),(-)전기가 생긴다. 이 때 극판(a)의 (-)전기와 극판(b)의 (+)전기는 극판(A),(B)의 (+),(-)전기에 끌려 그대로 남아있게 되지만 극판(a)의 (+)전기와 극판(b)의 (-)전기는 자체의 인력작용에 의하여 저항(R₁)으로 흐른다. 그러나 이 때 극이 바뀌었기 때문에 전류의 방향은 도8과 반대가 된다. 즉 정전유도 발전기의 전류는 교류이다.

발전자가 더 회전하여 도11과 같은 상태가 되면 저장되었던 도9의

Wa'b' = 1/2 Ca'b'V²[J]

의 전기에너지와 역시 정전유도 작용에 의해서 새로 발생한 전기에너지 중에서 극판(A),(B)의 전기인력을 받지 않는

Wab = 1/2 CabV²[J]

의 전기에너지는 저항(R₂),(R₁)으로 흐르지만, 극판(A),(B)의 전기 인력을 받는

Wab = 1/2 CabV²[J]

의 전기에너지는 저장된다. 그러므로 발전자가 한번 회전하는 동안 저항(R₁),(R₂)로 흐른 전기에너지 량은

2(Wab + Wa'b') = 2(1/2 CabV²+ 1/2 Ca'b'V²)[J]

이다. 그런데 설명의 편의를 위하여 Cab와 Ca'b'라고 구분해서 설명했지만 실제로는 같은 용량이므로 Cab와 Ca'b'를 C라고 하면,

2(Wab + Wa'b') = 2(1/2 CabV²+ 1/2 Ca'b'V²)

= 2((1/2 CV²+ 1/2 CV²)

= 2CV²[J]

이다. 그리고 저항(R₁),(R₂)로 흐르는 전기에너지 량은 회전수에도 비례하므로 t초간의 회전수를 N이라고 하면,

W = 2CV²Nt [J]

로 된다.

이와 같이 발전자가 반 회전할 때마다 저장되었던 전기에너지와 정전유도 작용에 의하여 새로 발생한 전기에너지 중에서 반은 외부 회로로 흐르고 나머지 반은 저장되는 작용의 반복과 동시에 전류의 방향이 바뀌면서 전기가 흐르게 되는데, 이 때 전류의 파형은 구형으로 된다. 즉 전류는 발전자의 면적에 비례하게 되는데, 발전자가 반 회전할 때마다 전류의 방향이 바뀌고 다시 바뀔 때까지 발전자의 면적이직선적으로 일정하기 때문에 구형파 교류로 발전하게 된다.

그러나 이것은 좋은 파형이 아니다. 왜냐하면 실용할 수 있는 큰 출력을 얻기 위해서는 반드시 전압을 높여서 발전시켜야 하지만 이것을 그대로는 이용할 수 없기 때문에 변압기를 이용하여 알맞은 전압으로 낮춰야 하는데, 이런 경우에는 정현파가 효율이 가장 좋기 때문이다. 따라서 반드시 정현파로 발전시켜야 하는데, 이것은 전류는 발전자의 변하는 면적에 비례하기 때문에 도12와 같이 전계자의 극을 구형(점선), 발전자의 극을 정현형으로 해도 되고, 극수를 높일수록 정현파에 가까워지기 때문에 극수를 최대한 높여도 된다. 따라서 출력을 높이기 위해서 극수를 최대한 높이기 때문에 발전자의 극을 꼭 정현형으로 할 필요는 없다.

3. 극수와 출력, 전류의 관계

극수라고 하면 전계자의 극수를 의미하는데, 전계자와 발전자의 극수의 비율은 1:2이다.

도5의 1극의 전계자와 도6의 2극의 발전자를 결합시키면 도13과 같이 간단한 발전기가 되는데, 발전자를방향으로 어떤 속도로 t초간 회전시켰을 때 변한 면적이 a[cm²], a'[cm²]가 되었다고 하자(이하 [cm²]는 생략한다).

다음에는 도5,6과 같은 크기로 해서 2극의 전계자와 4극의 발전자를 도14와 같이 만들어서 이들을 결합시키면 역시 도15와 같이 간단한 발전기가 되는데, 이 때 역시 발전자를 도13과 동일한 속도로 t초간방향으로 회전시키면 변한 면적은 b,b',c,c'가 된다. 따라서,

a=a'=b=b'=c=c'

이므로,

2(a+a') = (b+b') + (c +c')

이다.

이와 같이 동일한 크기이면서도 극수를 2극으로 하면 변한 면적도 2배, 3극으로 하면 3배, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ n극으로 하면 n배로 된다. 즉 발전자의 변하는 면적은 극수에 비례하게 된다. 그리고 발전자의 전체면적에 축전된 전기가 한번에 외부회로로 흐르는 것이 아니고 발전자가 회전하는 순간순간에 발전자의 변하는 면적의 전기가 외부회로로 흐르게 된다. 따라서 일정한 크기이면서도 극수에 비례해서 전류가 증가하게 된다. 즉 극수를 2, 3, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ n배로 높이면 용량이 2, 3, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ n배로 커진 것과 같거나, 또는 회전속도가 2, 3, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ n배로 빨라진 것과 같은 효과를 나타낸다. 그러므로 앞의 식

W = 2CV²Nt [J]

에 극수(E)를 곱해주면 발전자가 t초간 회전하는 동안 외부회로로 흐르는 전기에너지 량은,

W = 2CV²NEt [J]

로 된다. 이것을 전력(P)으로 표시하면,

이므로,

로 되는데, 이것이 정전유도 발전기의 출력을 계산하는 기본공식이다.

다음에는 이 출력공식을 전압과 전류로 분해한다.

P = Vi [W]

이므로

P = 2CV²NE [W]

를

P = Vi [W]

의 형태로 분해할 수 있다. 따라서

P = 2CV²NE [W]

를

P = Vㆍ2CVNE [W]

로 분해하면, 앞쪽의 V는 전압이고, 전류는,

i = 2CVNE [A]

이다. 이와 같이 크기는 같으면서도 출력과 전류는 극수에 비례한다는 것을 알 수 있는데, 이것은 이미 공개번호 91-13655호로 공개되어 있다.

그리고 주파수(f)는 회전수(N)와 극수(E)의 상승적이므로

f = NE/sec

가 되는데, 출력을 높이기 위해서 회전수와 극수를 최대한 높이기 때문에 정전유도 발전기의 주파수는 상용교류의 주파수(50/60Hz)보다 훨씬 높다.

그러나 극수를 얼마든지 높일 수 있는 것은 아니다. 왜냐하면 극수를 높이면 극수에 비례하는 절연선(11)의 수도 증가하여 그 만큼 유효면적이 감소하기 때문이다. 따라서 극수를 알맞게 정해야 한다.

다음에는 전계자와 발전자를 만들고 이들을 결합시키는 방법에 대해서 설명한다.

1. 전계자

전계자는 직류고전압 발생장치의 높은 전압으로 인한 강한 전계를 유지하면서 발전자에 정전유도가 일어나도록 하는 작용을 하는데, 도1의 B와 같이 직류고전압의 (+),(-)극 중 한극만으로 발전시키는 경우를 단식전계자라 하고, 도3의 극판(A),(B)와 같이 (+),(-)극 모두로 발전시키는 본 발명의 구성은 복식전계자라고 한다.

두께가 2[mm]인 다수의 절연판(예를들면,아크릴판)을 도16과 같이 사각형으로 만든 후 분해조립을 마음대로 할 수 있도록 하기 위하여 반으로 자르고 연결공(7,8)의 반대쪽 모서리를 잘라낸다. 다음에는 이 위에 알루미늄 박지를 붙인 후 전극(1), 또 이들을 연결하는 연결선(3,4)과 모든 전극을 연결공(7,8)에 연결하는 연결선(5,6) 등을 도16과 같은 모양이 되도록 면도날로 금을 그어 전극(1), 연결선(3,4,5,6), 연결공(7,8)을 제외한 다른 부분에 붙어 있는 알루미늄 박지를 떼어낸다. 그리고 뒷면에도 앞면과 똑같은 방법으로 전극, 연결선, 연결공을 만드는데, 이 때 전극(1)의 전부를 양면에서 서로 짝이 되어 빗나가지 않고 일치하도록 해야 한다. 그리고 또 전계자에는 고전압이 인가되기 때문에 절연문제는 매우 중요하다. 따라서 절연 테이프를 4회 정도 붙이고 절연 테이프를 잘라낸 그 가장자리에는 강력 접착제를 발라서 절연시켰다.

그러나 이것은 본 발명의 실험을 위한 것으로서, 전계자를 실용적으로 제작할 경우 완전무결한 절연체가 존재하지 않는 한 고전압을 가하면 전극(1)이 아닌 부분(2)에도 전기가 전도되므로 전극(1)의 전압과 전극이 아닌 부분(2)의 전압이 거의 같아져서 결국 낮은 전압으로 발전시키는 것과 같은 결과가 되어 출력이 크게 떨어지기 때문이다. 따라서 전극이 아닌 곳에는 전기가 전도되지 않도록 하는 방법이 필요한데, 이것은 도16에 도시한 바와 같이 전극(1)이 아닌부분(2;점선을 친곳)을 떼어내거나 오목하게 들어가도록 처리하여 이 부분을 전계자의 대응면적에서 제거하면 된다.

2. 발전자

발전자는 전계자의 강한 전기력으로 인하여 정전유도 작용이 일어나고 회전운동을 하면서 그 전기를 외부회로로 흐르도록 하는 작용을 한다.

고저항인 경우에도 발전자의 전기를 외부회로로 잘 흐르도록 하기 위해서 특허 제8606호의 기본원리(도1)를 도3과 같이 보완했지만 이것만으로는 충분하지 않다. 왜냐하면 절연재료의 두께가 두껍고 유전율이 높을 때는 발전자의 양면에서 작용하는 전기인력이 약해져서 전기가 잘 흐르지 못하기 때문이다. 따라서 발전자의 절연재료는 두께도 얇고 유전율도 낮을수록 좋다. 그리고 발전자에는 고전압의 고주파 교류가 흐르기 때문에 절연재료의 유전손도 작을수록 좋다.

양면에 얇은 구리판이 입혀진, 두께가 1[mm]인 다수의 절연판(예를들면,에폭시판))을 도17과 같이 원형으로 만들어서 중앙에 발전자축이 관통할 수 있는 축공(17)과 가늘고 긴 볼트가 관통할 수 있는 다수의 볼트공(18)을 뚫어 놓는다. 다음에는 이 위에 투명한 테이프를 붙이고 전극(d,e,f,g,h,i,j,k)의 모양이 도17과 같이 되도록 면도날로 금을 그어 전극이 아닌 곳에 붙어 있는 테이프를 떼어내고 연결선(12,13,14a,14a'), 원형회로(15.16), 집전극(a,a') 등이 될 곳에는 검정색 에나멜(페인트의 일종)로 그린다. 그리고 전극(d,f,h,j)는 집전극(a)에 연결되고 전극(e,g,i,k)는 집전극(a')에 연결된다. 그리고 또 도17의 뒷면에도 앞면과 똑같은 방법으로 하면 전극(d',e',f',g',h',i',j',k'), 절연선(11'), 연결선 (23,24,25b,25b'), 원형회로(21,22), 집전극(b,b') 등이 도18과 같이 되는데 전극 (d',f', h',j')는 집전극(b)에 연결되고 전극 (e',g',i',k')는 집전극(b')에 연결된다. 이 때 역시 전계자와 마찬가지로 양면의 전극인 d와 d', e와 e', ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ K와 K'를 양면에서 서로 짝이 되어 빗나가지 않고 일치하도록 해야 한다. 그리고 집전극(a,a',b,b') 모두에는 작은 도공(19a,19a',20b,20b')을 뚫어서 이들을 도선으로 연결하기 쉽도록 했다. 다음에는 이 발전자들을 염화제2철 용액에 담가 놓으면 테이프와 에나멜이 붙어 있는 곳에는 구리가 그대로 남아 있게 되지만 그 외의 구리는 용해하므로 도17,18과 같은 모양의 발전자가 만들어진다. 그리고 전극 (d,e,f, g,h,i,j,k,d',e',f',g',h',i',j',k')이 대기에 노출되면 전기가 누전되기 쉽기 때문에 전기가 대기에 누전되지 않도록 하기 위하여 발전자 표면에 투명 랙카(페인트의 일종)를 얇게 칠했다.

이런 방법으로 다수의 발전자를 만든 다음 그들을 반반씩 나눠서 그 반을 C, 나머지 반을 D라고 표시하는데, 발전자들을 C,D라고 반반씩 나눔에 따라 도20과 같이 C 그룹의 집전극을 a_C,b'_C,a'_C,b_C, 그리고 D 그룹의 집전극을 도21과 같이 a_D,b'_D,a'_D,b_D라고 표시한다. 이런 준비가 완료되면 간격을 조절하기 위한 작은 원형판(26)을 C,D사이에 끼워넣으면서 C 다음에 D, 다시 C, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 이런 순서로 발전자와 작은 원형판에 뚫어 놓은 축공(17)과 다수의 볼트공(18)에 발전자축 (27)과 긴 볼트(30)들을 관통시키면서, 그리고 동시에 동일한 집전극끼리, 즉 a_C는 a_C끼리, a'_C는 a'_C끼리, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍb'_D는 b'_D끼리, 이들 집전극의 도공(19a,19a', 20b,20b')에 도선을 관통시켜 집전극과 도선을 납땜으로 연결한다. 이 때 집전극이 여덟개(a_C,b'_C,a'_C,b_C,a_D,b'_D,a'_D,b_D), 즉 도선이 여덟개이지만 결국에는 이것들을 두 개로 해야 하는데, 이것은 도23의 전계자와 발전자의 전개도를 보면 알 수 있는 바와 같이 b_D,a_C,b'_C,a'_D는 (ㅡ)극, a_D,b_C,a'_C,b'_D는 (+)극이기 때문에(교류인데도 불구하고 직류인 것처럼 (+),(-)극으로 분류하는 것은 같은 극으로 변한다는 것을 의미한다) 이들을 각각 하나로 하면 결국 두 개로 된다. 마지막으로 이 두개의 도선을 맨 끝의 작은 원형판(26') 밖으로 끌어내어 두 개의 집전환(33,34)에 연결한 다음 발전자의 절연선(11,11')들이 일렬이 되도록 잘 맞추고 발전자축(27)과 긴 볼트(30) 양쪽에서 너트 (28,29,31)를 조이면 도22와 같이 발전자의 조립이 완성된다.

3. 전계자와 발전자의 결합

이같은 방법으로 발전자를 조립하고 다시 전계자를 조립해서 이것들을 결합시키면 정전유도 발전기가 되는데 다음에는 전계자를 조립해서 발전자와 결합시키는 방법에 대해서 설명한다.

우선 도16과 같이 만든 전계자들 중의 절반을 극판(A), 나머지 절반을 극판(B)라고 표시해서 극판(A)의 아래쪽 전계자를 (A₁), 위쪽 전계자를 (A₂), 극판(B)의 아래쪽 전계자를 (B₁), 위쪽 전계자를 (B₂)라고 표시한다.

도24에 도시한 바와 같이 두께가 3[mm] 정도의 아크릴판(41)을 받침대(38) 위의 앞뒤 지지대(39,39')에 고정시키고, 이 아크릴판(41) 내벽에 A₁, 다음에는 B₁, 그 다음에는 다시 A₁, 이런 순서로 전계자들을 아크릴판(41) 내벽에 접착제(클로로홈)로 고정시킨다.

다음에는 도22의 발전자를 이제 막 조립된 이 전계자 위에 올려놓아 발전자축의 베어링(43)(또 하나의 다른 베어링은 지지대(39')에 가려져 보이지 않음)을 지지대(39,39')에 너트로 고정시켜서 발전자가 원활하게 회전할 수 있도록 하고, A₁의 홈 (9,10)에는 A₂, B₁의 홈(9,10)에는 B₂를 밀어 넣으면서 양쪽에 세운 아크릴판 (42) 내벽에 접착제로 고정시킨다(뒤쪽은 앞쪽에 가려져서 보이지 않지만 뒤쪽도 앞쪽과 똑같은 방법으로 하며 앞뒤 양쪽과 위아래에 세운 아크릴판(41,41'42,42')은 전계자를 사면으로 완전히 덮고 있으나 도면에는 내부를 볼 수 있도록 하기 위하여 일부만 남겨 놓고 잘라내었으며 반대쪽의 아크릴판은 앞면에 가려져서 보이지 않음). 그리고 도25에 도시한 바와 같이 A₁의 연결공(8)에 도선(44A₁), A₂의 연결공(7)에 도선(44A₂), B₁의 연결공(8)에 도선(44B₁), B₂의 연결공 (7)에 도선 (44B₂)을 관통시키면서 적당한 방법으로 연결하고 이 네개의 도선을 다시 44A₁과 44A₂, 44B₁과 44B₂를 서로 연결하면 모든 전계자가 복식으로 연결되는데, 발전할 때 이 두개의 도선을 직류고전압 발생장치의 (+),(-)극에 하나씩 연결한다(전계자 전부를 하나의 도선에 연결하고 이 도선을 직류 고전압 발생장치의 (+),(-)극 중 한극에만 연결하는 경우를 단식전계자라고 한다). 마지막으로 브러시(40)를 지지대 (39)에 고정시켜서 집전환(33,34)과 접촉이 잘 되도록 해서 지지대(39)에 고정시키면 정전유도 발전기가 완성된다.

이상과 같이 정전유도 발전기의 제작에 대하여 설명했으나, 이것은 발명자가 실험을 하기 위하여 제작한 방법을 설명한 것일 뿐이며 실용적인 것은 아니다. 따라서 실용적으로 만들 때는 재료선정과 제작방법을 달리 강구해야 함은 물론이며 본 발전원리(도3)를 이용하는 한 이것 또한 본 발명의 권리범위에서 벗어날 수 없음은 당연하다.

본 발명에 의하면 입력보다 더 큰 출력을 얻을 수 있게 되는 효과가 나타난다.

Claims

전계자와 발전자의 극수의 비율을 1:2로 하여 다극의 전계자와 발전자를 다수 만들어서 전계자를 하나씩 건너면서 배열하여 두 개의 그룹으로 나눠서 복식으로 하고 이들의 전계자 사이에 일정한 간격으로 발전자를 삽입하여 전계자의 두 그룹에 각각 +,- 의 전압을 인가시켜 발전자 양면에서 +,- 의 전기가 인력작용을 하면서 흐르도록 발전자의 전극이 배열되어 구성된 것을 특징으로 한 정전유도 발전기.
청구범위 제1항에 있어서, 전계자의 전극 이외의 부분을 제거하여 전계자의 전극 이외의 부분에는 전기가 전도되지 않도록 한 것을 특징으로 한 정전유도 발전기.