KR100610157B1 - 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기 또는 전동기로의 변환 사용이 가능한 회전기에 관한 것으로, 특히 로터를 갖는 스테이터에 개별권선에 의한 전동코일을 연속적으로 복수 형성하고, 그 스테이터의 외주연에는 각기 극성이 서로 다른 자석체를 교호로 연속하여 형성하되, 그 자석체의 사이에는 발전코일을 연속권선에 의해 복수 형성한 자석륜을 형성함으로서,

로터의 회전 및 발전코일에 의한 발전기로의 사용은 물론, 스테이터의 전원인가에 따른 로터의 회전을 통한 전동기로의 겸용 사용이 가능하면서도, 상기 자석륜에 의해 내부 로터의 회전력을 증대시켜 줌으로서 발전 효율 및 전동 효율을 크게 향상시켜 주므로 매우 경제적인 효과가 있는 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기에 대한 것이다.

발전기, 전동기, 회전기, 로터, 스테이터, 자석륜

Description

발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기 {Rotary machine serves as generaroe and vibrator}

도 1은 본 발명 회전기의 전체구성도

도 2a 내지 도 2b는 본 발명 회전기의 코일 결선도로서,

도 2a는 발전기 부분의 코일 결선도

도 2b는 전동기 부분의 코일 결선도

도 3은 본 발명 회전기의 측단면 전체도

도 4a 내지 도 3b는 본 발명 회전기의 발전상태 측단면작동도로서,

도 4a는 자력체가 제거된 상태의 종래 작동도

도 4b는 자력체에 의한 측단면 작동도

도 5a 내지 도 5b는 본 발명 회전기의 전동상태 측단면작동도로서,

도 5a는 자력체가 제거된 상태의 종래 작동도

도 5b는 자력체에 의한 측단면 작동도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 로터

20 : 스테이터 21,21' : 전동코일부

30 : 하우징

40 : 자석륜 41,41' : 자석체

42,42' : 발전코일부

본 발명은 발전기 또는 전동기로의 변환 사용이 가능한 회전기에 관한 것으로, 특히 로터를 갖는 스테이터의 외측에 극성이 다른 자석체가 교호로 형성된 별도의 자석륜을 형성함으로서, 로터의 회전시 발전기로 사용되게 하고 스테이터의 전원인가시 로터가 회전되는 전동기로의 겸용사용이 가능한 것이며, 특히 별도의 자석륜에 의해 로터 및 스테이터의 회전력을 증대시켜 그 에너지 절감 효과 및 출력 증대 효과를 얻을 수 있는 것이다.

일반적으로, 발전기(發電機, generator)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로서, 대부분이 회전기(回轉機)이나, 직선운동에 의해서 발전기의 작용을 하는 것이 개발되어 실용화를 위한 연구가 진행되고 있다.

전자기유도작용(電磁氣誘導作用)으로 기전력을 발생시키는 점에서는 기계의 대·소, 직류·교류 발전기 등 모두 공통된 원리에 기초를 두고 있다. 이 기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대적 속도에 비례하며, 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 의해 알 수 있다.

발전기를 구성하는 데는 자기장을 만들기 위한 강력한 자석과 기전력을 발생시키는 도체가 필요한데, 이 둘 중 어느 하나가 작용할 수 있도록 되어 있어야 한 다. 실제로 사용되는 발전기에는 회전계자형(回轉界磁型)과 회전전기자형(回轉電機子型)이 있다. 회전계자형은 도체가 정지(靜止)하고 자기장이 회전하는 발전기이고, 회전전기자형은 이와 반대의 것이다. 매우 작은 발전기에는 영구자석이 사용되는 예가 있으나, 일반적으로는 철심에 계자코일을 감고 이것에 직류를 흐르게 하는 전자석이 사용된다. 이 경우에는 전류를 가감하면 자석의 세기도 가감할 수 있으므로 기전력의 크기를 자유로이 바꿀 수 있다. 강한 자석을 사용하여 회전속도를 높여도, 한 개의 도체에 발생하는 기전력은 몇십 V가 한도이므로, 발전기 내에 많은 도체를 넣어두고, 각 도체에 발생하는 기전력이 직렬로 가산되도록 연결하면 수백~수천 V를 얻을 수 있다.

또한, 전동기(電動機, electric motor)라 함은, 전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 기계로서, 모터(motor)라고도 한다.

이러한 전동기의 대부분이 회전운동의 동력을 만들지만, 직선운동의 형식으로 하는 것도 있다. 전동기는 전원(電源)의 종별에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되고, 교류전동기는 다시 3상교류용과 단상교류용으로 구분된다.

직류와 교류의 종별이 있다고는 하지만 원리상으로 보면 동일한 것으로, 자기장 속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자유도현상을 응용한 것이며, 전자기력은 자기장의 세기, 전류의 세기 및 도체 길이의 곱에 비례한다.

이와 같은 발전기 및 전동기는 각 사용처 및 용도에 따라 개별적으로 구매하여 설치 사용하고 있는 것이다.

그러나, 상기한 발전기 및 전동기는 모두 동일한 원리를 이용한 것으로서, 로터의 회전력에 의해 발생되는 전기력을 수용하는 발전기나, 전기력에 의해 로터가 회전되게 하는 전동기는 동일한 구성임에도 불구하고 용도가 상이하다는 이유만으로 각기 개별적으로 생산되므로, 발전 및 전동작용을 동시에 요구하거나 발전기 및 전동기를 함께 사용하여야 하는 장소에서는 불가피하게 각각의 전동장치를 구매하여 설치하여야 하므로 매우 비경제적인 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기한 발전기 및 전동기는 영구자석과 코일의 전기장을 이용하는 것으로서, 전기장 및 자기장의 손실이 커 비효율적인 문제점이 있는 것이며,

전동기에 사용되는 코일체의 경우 하나의 코일선을 이용하여 연속된 코일체를 스테이터에 순차적으로 감아 형성하게 되므로 코일체의 중간부에 전기적인 원인이나 기계적인 원인에 의해 권선소손이 발생하는 전동기 전체의 사용이 불가능하게 되므로 이에 따른 손실 및 수리 비용이 막대한 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 로터를 갖는 스테이터에 개별권선에 의한 전동코일을 연속적으로 복수 형성하고, 그 스테이터의 외주연에는 각기 극성이 서로 다른 자석체를 교호로 연속하여 형성하되, 그 자석체의 사이에는 발전코일을 연속권선에 의해 복수 형성한 자석륜을 형성함으로서,

로터의 회전 및 발전코일에 의한 발전기로의 사용은 물론, 스테이터의 전원인가에 따른 로터의 회전을 통한 전동기로의 겸용 사용이 가능하면서도, 상기 자석 륜에 의해 내부 로터의 회전력을 증대시켜 줌으로서 발전 효율 및 전동 효율을 크게 향상시켜 주므로 매우 경제적인 효과가 있는 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기의 전체 구성도이고, 도 2a 내지 도 2b는 본 발명 회전기의 코일 결선도이다.

회전 가능한 로터(10) 및 그 로터(10)의 외주연에 형성된 스테이터(20) 및 상기 로터(10) 및 스테이터(20)를 내측에 수용하고 있는 하우징(30)으로 된 공지의 발전기 및 전동기에 있어서,

상기 스테이터(20)에는 독립적인 병렬권선에 의한 전동코일부(21)(21')를 일정간격으로 연속하여 형성하고,

상기 스테이터(20)의 외주연에는 하우징(30)의 내측에 고정된 별도의 자석륜(40)을 형성하되,

상기 자석륜(40)은 서로 다른 극성의 자석체(41)(41')가 일정간격으로 이격되게 교호 형성하고, 상기 자석체(41)(41')의 사이에는 연속적인 직렬권선에 의한 발전코일부(42)(42')를 일정간격으로 연속 형성함으로서,

상기 자석륜(40)에 의해 로터(10)의 회전력을 증대시키도록 구성한 것이다.

이상과 같은 본 발명 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 회전기는 도 3의 도시와 같이 중앙의 로터(10)와, 그 로터(10)의 외주연에 형성된 전동코일부(21)(21')를 갖는 스테이터(20), 상기 스테이터(20)의 외주연에 형성되고 복수의 자석체(41)(41') 및 발전코일부(42)(42')를 갖는 자력륜(40)으로 구성된 것으로서, 상기 자석륜(40)의 외측에는 별도의 하우징(30)이 형성되어 그 내부를 보호하게 되는 것이다.

이러한 회전기를 이용하여, 이를 발전기로 사용하고자 하는 경우에는,

외부 동력에 의해 로터(10)를 회전시켜 그 로터(10)가 갖고 있는 영구자석의 자장을 발전코일부(42)(42')에 의해 수용하여 전기력을 얻는 것인데, 이때 도 4a의 도시와 같이 종래의 경우에는 그 스테이터(20)로부터 전자기력을 얻어 전기력을 생산하였으나, 도 4b의 도시와 같이 별도의 자석륜(40)에 형성된 발전코일부(42)(42')로부터 상기한 로터(10)의 자기력을 수용케 한 것으로서,

내측의 스테이터(20)는 별다른 동작을 하지 않게 되는 것이다.

이때, 상기한 로터(10)의 회전시 상기한 자석륜(40)에 서로 다른 극성으로 교호 매설된 자석체(41)(41')에 의해 상기한 로터(10)에게 직접 자력에 의한 인력 및 반발력을 제공하므로 상기한 로터(10)는 인위적으로 제공된 동력보다 작은 동력으로도 회전이 가능한 상태가 되므로 소요전원 또한 감소하게 되는 것이며,

반대로 동일한 회전력으로 부여하는 경우 보다 높은 출력을 기대할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기한 발전코일부(42)(42')는 발전기의 원리적 특성에 의해 도 2b의 도시와 같이 하나의 코일선이 연속하여 권선된 형태를 갖게 되는 것이다.

또한, 본 발명 회전기를 이용하여 전동기로 사용하고자 하는 경우에는, 상기 한 스테이터(20)에 전원을 공급하게 되면 그 내측의 로터(10)가 회전하게 되는데,

이때에도 상기한 자석륜(40)의 자석체(41)(41')가 로터(10)의 회전력을 증대시키는 작용을 하게 되므로 출력 증대는 물론 전원소모량이 감소되므로 매우 경제적인 것이다.

즉, 도 5a의 도시와 같이 종래의 경우 그 스테이터(20)에 인가되는 전기장에 의해 영구자석체인 로터(10)를 회전시키게 되었으나, 도 5b의 도시와 같이 스테이터(20)의 전동코일부(21)(21')에 전원을 인가하여 그 내측의 로터(10)가 회전하게 되면 스테이터(20) 외측의 자석륜(40)에 교호로 형성되어 있는 자석체(41)(41')의 인력 및 반발력에 의해 내측의 로터(10) 회전작용을 증대시키므로 출력 증대와 함께 저비용의 에너지가 소모되는 것이다.

이러한, 발전기 또는 전동기로의 겸용사용은 이들 전동코일부(21)(21')와 발전코일부(42)(42')의 전원을 단속 제어하는 별도의 회로부에 의해 실현되는 것으로서, 이들 제어회로는 통상적인 일반회로에 적용하면 되는 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상과 같이 로터 및 스테이터에 의한 전동기는 물론, 발전코일을 갖는 별도의 자석륜에 의해 발전기로의 겸용 사용이 가능하면서도, 자석륜에 교호 형성된 자석체에 의해 내측 로터의 회전력을 증대시키므로 그 효율이 크게 증대되는 것이다.

여기서, 상기한 전동코일부(21)(21')는 종래와 같이 하나의 코일선에 의한 연속적인 직렬권선 형태가 아니라, 도 2b의 도시와 같이 각각의 전동코일부(21)(21')에 각기 다른 코일선이 권취된 상태의 단일 병렬연결구조를 갖게 함으로서,

하나의 전동코일부(21)(21')가 전기적인 원인 또는 기계적인 원인에 의해 단선이 발생하더라도 나머지의 전동코일부(21)(21')는 지속적인 작동이 가능하므로 출력저하의 문제점은 있으나, 종래와 같이 급격한 멈춤 또는 공회전 상태가 되는 것을 방지할 수 있는 것이며, 그 이외에도 상기한 모터의 수리시에도 해당되는 전동코일부(21)(21') 만을 교체 수리하면 되는 것이므로 종래에 비해 보다 빠르고 저비용의 수리가 가능해 지는 것이다.

이상과 같은 본 발명 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기는, 로터의 회전 및 발전코일에 의한 발전기로의 사용은 물론, 스테이터의 전원인가에 따른 로터의 회전을 통한 전동기로의 겸용 사용이 가능하면서도, 상기 자석륜에 의해 내부 로터의 회전력을 증대시켜 줌으로서 발전 효율 및 전동 효율을 크게 향상시켜 주므로 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 회전 가능한 로터(10) 및 그 로터(10)의 외주연에 형성된 스테이터(20) 및 상기 로터(10) 및 스테이터(20)를 내측에 수용하고 있는 하우징(30)으로 된 공지의 발전기 및 전동기에 있어서,

   상기 스테이터(20)에는 독립적인 병렬권선에 의한 전동코일부(21)(21')를 일정간격으로 연속하여 형성하고,

   상기 스테이터(20)의 외주연에는 하우징(30)의 내측에 고정된 별도의 자석륜(40)을 형성하되,

   상기 자석륜(40)은 서로 다른 극성의 자석체(41)(41')가 일정간격으로 이격되게 교호 형성하고, 상기 자석체(41)(41')의 사이에는 연속적인 직렬권선에 의한 발전코일부(42)(42')를 일정간격으로 연속 하여 됨을 특징으로 하는 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기.
2. 제 1항에 있어서,

   로터(10)에 회전에 의한 운동에너지를 부여하여, 상기 로터(10)의 회전 자기력을 자석륜(40)의 발전코일부(42)(42')로부터 수용하여 전기에너지를 생산하는 발전기로 사용되게 함을 특징으로 하는 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기.
3. 제 2항에 있어서,

   스테이터(20)의 전동코일부(21)(21')에 전원을 인가하여 그 내측의 로터(10)가 회전됨으로서, 상기 스테이터(20)의 전기에너지가 로터(10)의 운동에너지로 전환되어 그 로터(10)가 회전되게 하는 전동기로 사용되게 함을 특징으로 하는 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기.

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