KR100970010B1 - 단극 모터를 겸비한 단극 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단극 모터를 겸비한 단극 발전기에 관한 것으로서, 원반형 또는 원통형의 금속 도체의 한쪽 면에 자석의 한 극이 오도록 부착하여 회전 속도에 따른 전압이 발생하도록 하는 단극 발전기에서 발생 된 전압을 최단거리에서 사용할 수 있도록 단극 발전기에 일체로 영구자석을 부착한 단극 모터를 만들어 단극 발전기의 발전 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 발명은 구동체(2)로 구동되는 축(4) 상에 원판 형상 또는 원통 형상으로 영구자석(6)과, 도체(7)를 결합하여 구동체(2)가 회전할 때 함께 구동되게 하며, 상기 도체(7)의 외연부와 축지부(7a)에 마찰되도록 브러시(8)를 접지하고 선로(10)를 연결하되, 이들 중 일측 선로(10)는 요크(9)로 고정하며, 상기 브러시(8)와 요크(9)는 도체(7)의 회전과 무관하게 고정한 공지의 단극 발전기(1)를 구성함에 있어서, 상기 단극 발전기(1)에는 단극 모터(11)를 부가 구성하되, 상기 단극 모터(11)는 요크(9)로 고정되는 선로(10)와 이격되도록, 도체(7)에 일체 형성된 축지부(7a)에 영구자석(13)을 결합하여 선로(10)와 영구자석(13) 사이에서 플레밍의 왼손 법칙에 따른 회전력을 제공함과 아울러 선로(10)에 기전력이 발생하지 않도록 구성하며, 또한 상기 도체(7)는 초전도체로 구성하고, 상기 선로(10)는 요크(9)에 권선한 것으로서, 단극 발전기(1)에서 생성된 전압에 대한 손실 없이 전력을 효율적으로 전송하면서, 회전력을 얻을 수 있고, 선로(10) 구간의 재료로 초전도체를 사용하여 선로(10) 저항에 의한 손실을 최소화하고, 외부 요크(9)에 선로(10)를 권선 형태로 감아서 사용하여 권선 횟수에 비례하여 회전력을 증가시키는 효과가 있다.

단극 발전기, 구동체, 영구자석, 도체, 선로, 단극 모터, 영구자석

Description

단극 모터를 겸비한 단극 발전기{Homopolar generator with built in homopolar motor}

본 발명은 단극 모터를 겸비한 단극 발전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원반형 또는 원통형의 금속 도체의 한쪽 면에 자석의 한 극이 오도록 부착하여 회전 속도에 따른 전압이 발생하도록 하는 단극 발전기에서 발생 된 전압을 최단거리에서 사용할 수 있도록 단극 발전기에 일체로 영구자석을 부착한 단극 모터를 만들어 단극 발전기의 발전 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

패러데이는 단극 유도에 관한 실험에서 도 1과 같이 자석(101)과 도체(102)를 축(106)에 결합한 상태에서 이들을 함께 회전하거나, 자석(101)을 정지한 상태에서 도체(102)만 회전할 때에 도체(102)의 중심과 바깥에 설치한 단자(103,104)를 통해서 저항(105)으로 전기가 발생되어 제공되며, 도체(102)가 정지하여 있는 상태에서 자석(101)만 회전하면 전기가 발생하지 않는다는 사실을 밝혀내었다.

현재에는 패러데이의 실험은 원반형에서만 구현 가능한 실험이 아니라 참고 문헌 1과 참고문헌 2에서와 같이 원통형에서도 구현 가능하다는 사실이 밝혀졌다.

[문헌 1] (WO 1995/008210) A HOMOPOLAR GENERATOR (HIGHVIEW DEVELOPMENTS LIMITED DEPALMA, Bruce ) 1995.03.23

[문헌 2] (WO 1995/019063) ROTOR SLIP RING ASSEMBLY FOR A HOMOPOLAR GENERATOR (ALCON, Andrew, R. ) 1995.07.13

현재 단극 발전기는 다음과 같은 세 가지 형태가 주를 이룬다.

첫째 원반형 영구자석과 원반형 도체를 사용한 단극 발전기, 둘째 원통형 도체 속에 원반형 영구자석 두 개를 같이 극이 마주 보게 한 단극 발전기, 셋째 원통형 도체 속에 원통형 영구자석을 하나의 극이 바깥을 향하게 하고 다른 극이 구동축 쪽을 향하게 한 단극 발전기가 대표적으로 사용되고 있다.

단극 발전기의 특징은 자석의 세기, 원반 또는 원통의 크기, 회전 속도, 원통의 축 방향 길이에 비례하여 전압이 발생하고, 내부 저항이 매우 작기 때문에 엄청난 대전류를 뽑아 쓸 수 있다.

그리고 자석과 도체를 한 묶음으로 하여 회전시키기 때문에 일반적인 발전기에서 전류를 뽑아 쓸 때, 전류에 비례하여 발생하는 백토오크는 발생하지 않는다.

또한 단극 발전기에서 발생되는 전원은 직류이고, 대전류이므로 플레밍의 왼손 법칙을 적용한 단극 모터를 적용할 수 있다.

원반형 단극 발전기의 한 부분에 원반형 영구자석을 부착하던지, 원통형 영구자석을 부착하여, 단극 발전기와 같이 한 묶음으로 회전 가능하도록 하고, 그 옆에 단극 발전기에서 얻어진 전원을 부하 쪽으로 연결하는 선로를 지나가도록 설치 하면 자장의 세기, 선로의 길이, 전류의 크기에 비례한 회전력을 얻을 수 있다.

또한 원통형 단극 발전기의 바깥쪽이나 안쪽에 원통형 영구자석을 부착하여 단극 발전기와 한 묶음으로 회전 가능하도록 하고, 그 옆에 단극 발전기에서 얻어진 전원을 부하 쪽으로 연결하는 선로를 지나가도록 설치하면 자장의 세기, 선로의 길이, 전류의 크기에 비례한 회전력을 얻을 수 있다.

단극 모터의 특징은 선로로 사용되는 도체는 외부 요크에 고정 상태로 정지되어 있고, 단극 모터의 자석만 회전하게 되므로, 패러데이의 실험에서와 같이 선로에 역기전력이 발생되지 않으므로 역기전력에 의한 전압 손실이 없다.

또한 선로에 초전도체를 사용하면 선로 저항에 의한 손실과 선로 저항에 의한 전류의 제약을 줄일 수 있어서 더 많은 전류를 흘릴 수 있고, 외부 요크에 권선 형태로 감아서 사용하면 전류와 권선 횟수의 곱에 비례하는 회전력을 얻을 수 있다.

패러데이에 의해서 단극 발전에 관한 실험이 있은 이후로, 많은 과학자들이 단극발전기를 실용성 있게 만들기 위하여 노력하여 왔으나, 현재까지 저전압, 대전류라는 단점을 해결하지 못하고 있다.

저전압 대전류라는 조건은 전원을 생산하여 부하 측까지 전류를 공급하기 위해서는 항상 선로에서 전류의 제곱에 비례한 손실이 발생하기 때문에, 현재까지 보편적으로 사용되지 못하고 있는 실정이다.

또한 저전압이기 때문에 부하의 저항이 조금만 커져도 충분한 전류를 흘릴 수 없게 된다.

회전기기 등을 사용하기 위한 조건이 되지 못하므로, 현재는 단극 발전기에서 얻은 전원을 부하 저항을 통해서 소비하는 형태나, 토카막의 자장을 만드는 형태로 밖에 사용되지 못한다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 단극 발전기에서 발생 되는 전압을 실용성 있는 전압으로 높여서 전류를 줄일 수 있는 다양한 방법들이 모색되고 있으나, 현재까지 뚜렷한 해결 방법이 제시되지 못하고 있다.

이에 본 발명자는 상기한 종래 단극 발전기의 제반 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 원반형 또는 원통형의 금속 도체의 한쪽 면에 자석의 한 극이 오도록 부착하여 회전 속도에 따른 전압이 발생하도록 하는 단극 발전기에서 발생 된 전압을 최단거리에서 사용할 수 있도록 단극 발전기에 일체로 영구자석을 부착한 단극 모터를 만들어 단극 발전기의 발전 효율을 높일 수 있도록 함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

상기 기술적 과제 해결 수단으로 본 발명에서는 단극 발전기에 함께 회전되도록 영구자석을 고정하고, 이 영구자석의 외측으로 고정된 요크 및 선로를 배치하는 단극모터를 구성함으로 해서 플레밍의 왼손법칙에 의하여 단극모터의 구동이 이루어지면서 단극발전기의 구동력을 도와서 발전 효율을 높이도록 하였다.

또한 본 발명에서는 도체 및 선로를 초전도체로 구성하여 저항을 줄이고, 전류로 인한 열 손실을 줄일 수 있고, 낮은 전압에서 전류를 더 많이 흐르도록 할 수 있게 하며, 브러시를 마찰면적을 넓게 구성하면서도 마찰저항을 줄일 수 있도록 수은등과 같이 마찰력이 작은 물질로 대체할 수 있게 하였다.

본 발명에서 제공하는 단극 모터를 겸비한 단극 발전기에 의하면 선로 저항에 의한 손실을 최소로 할 수 있도록 발전기에 모터를 겸비시킨 것으로서, 선로 구간에서의 저항 손실을 최소화 하고, 단극 발전기에 같이 설치된 단극 모터로 직류 전기의 특징을 살려 전류의 흐름에서 회전력을 얻으면서, 도체는 정지하여 있는 상태에서 단극 모터의 영구자석 부분을 회전시키므로 역기전력이 발생하지 않는다.

그러므로 단극 발전기에서 생성된 전압에 대한 손실 없이 전력을 효율적으로 전송하면서, 회전력을 얻을 수 있고, 선로 구간의 재료로 초전도체를 사용하여 선로 저항에 의한 손실을 최소화하고, 외부 요크에 선로를 권선 형태로 감아서 사용하여 권선 횟수에 비례하여 회전력을 증가시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은 엔진의 플라이휠, 자동차의 바퀴등과 같이 회전하는 물체에 부착할 경우 여분의 전력과 여분의 회전력을 얻을 수 있다.

본 발명은 도체가 원반형 또는 원통형으로 이루어지는 단극 발전기에 일체로 영구자석을 부착한 단극 모터를 만들어 단극 발전기의 발전 효율을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 것으로, 이하에서 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예로를 보인 단극 모터를 겸비한 원반형 단극 발전기의 사시도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 단면도를 도시한 것이다.

제1실시예는 영구자석(6)과 도체(7)가 원반형상으로 구성된 것으로서, 도시된 바에 의하면 구동체(2)와 연결조인트(3)로 연결되는 축(4) 상에 원판 형상으로 구성되는 고정체(5)에 고정한 영구자석(6)과, 축지부(7a)가 일체 형성되고 영구자석(6)의 일측 극에 접지되는 도체(7)를 결합하여 구동체(2)가 회전할 때 이들 영구자석(6)과 도체(7)가 축(4)과 함께 구동되게 한다.

상기 도체(7)의 외연부와 축지부(7a)에는 브러시(8)를 마찰되도록 접지하고, 이들 브러시(8)에는 선로(10)를 연결하되, 일측 선로(10)는 요크(9)에 고정하며, 브러시(8)와, 요크(9) 및 선로(10)는 도체(7)의 회전과 무관하게 고정하여 단극 발전기(1)를 구성한다.

본 발명에서는 상기한 구성의 단극 발전기(1)에 단극 모터(11)를 더 부가 구성한 것이다.

즉, 본 발명에서는 도체(7)와 일체 형성된 축지부(7a)에 결합된 상태로 도체(7)와 함께 회전하도록 원판 형상으로 구성되는 고정체(12)에 영구자석(13)을 고정하고, 이 영구자석(13)에는 상기 도체(7)의 외연부와 마찰되도록 접지한 브러시(8)에 연결되고 요크(9)로 고정되어 있는 선로(10)를 축 방향으로 이격되게 배치한 구성이다.

이런 구성은 고정된 선로(10)에는 기전력이 발생하지 않으며, 단극 모터(11)의 영구자석(13)과 선로(10) 사이에서 플레밍의 왼손법칙에 따른 회전력을 얻을 수 있으므로 단극 발전기(1)의 회전력을 더욱 높여 발전 효율성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한 상기 선로(10)를 요크(9)에 권선할 경우 권선횟수에 비례하여 영구자석(13)과의 반발력이 증가하게 되므로 회전력을 높일 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예로를 보인 단극 모터를 겸비한 원반형 단극 발전기의 사시도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 단면도를 도시한 것이다.

제2실시예는 영구자석(6)과 도체(7)가 원반형상으로 구성된 것으로서, 도시된 바에 의하면 구동체(2)와 연결조인트(3)로 연결되는 축(4) 상에 원판 형상으로 구성되는 고정체(5)에 고정한 영구자석(6)과, 축지부(7a)가 일체 형성되고 영구자석(6)의 일측 극에 접지되는 도체(7)를 결합하고, 상기 축지부(7a)에 도체(7)와 접하는 영구자석(6)을 더 부가하여 구동체(2)가 회전할 때 이들 영구자석(6)과 도체(7)가 축(4)과 함께 구동되게 한다.

상기 도체(7)의 외연부와 축지부(7a)에는 브러시(8)를 마찰되도록 접지하고, 이들 브러시(8)에는 요크(9)에 고정되는 선로(10)를 연결하며, 브러시(8)와, 요크(9) 및 선로(10)는 도체(7)의 회전과 무관하게 고정하여 단극 발전기(1)를 구성한다.

본 발명 제2실시예에서는 상기한 구성의 단극 발전기(1)에 원통형 구성의 단극 모터(11)를 더 부가 구성한 것이다.

즉, 본 발명에서는 도체(7)에 일체 형성된 축지부(7a)에 결합된 상태로 도체(7)와 함께 회전하도록 내측으로 원판 형상으로 구성되는 지지부(12a)를 갖는 원통 형상의 고정체(12)를 결합하며, 고정체(12)의 외부에는 원통 형상의 영구자석(13)을 배치하고, 이 영구자석(13)의 외부에는 상기 도체(7)의 외연부와 마찰되 도록 접지한 브러시(8)에 연결되고 요크(9)로 고정되어 있는 선로(10)를 축 방향으로 이격되게 배치한 구성이다.

도 6은 본 발명의 제3실시예로를 보인 단극 모터를 겸비한 원반형 단극 발전기의 사시도를 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 단면도를 도시한 것이다.

제 3실시예는 영구자석(6)과 도체(7)가 원통형상으로 구성된 것으로서, 도시된 바에 의하면 구동체(2)와 연결조인트(3)로 연결되는 축(4)에 일체 형성된 원기둥 형상의 고정체(5)에 고정한 영구자석(6)과, 영구자석(6)을 감싸도록 영구자석(6)의 외부에 결합한 도체(7)를 결합하여 구동체(2)가 회전할 때 상기 영구자석(6), 도체(7)가 함께 구동되게 한다.

상기 도체(7)의 외연부 좌우측단에는 브러시(8)를 마찰되도록 접지하고, 이들 중 일측 브러시(8)에는 요크(9)에 고정되는 선로(10)를 연결하여 단극 발전기(1)를 구성한다.

본 발명 제3실시예에서는 상기한 구성의 원통형 단극 발전기(1)에 원통형 구성의 단극 모터(11)를 더 부가 구성한 것이다.

즉, 본 발명에서는 상기 도체(7)의 외부에 고정체(12)를 결합하고, 그 외부에 영구자석(13)을 결합하며, 상기 도체(7)의 외연부와 마찰되도록 접지한 브러시(8)에 연결되고 요크(9)로 고정되어 있는 선로(10)를 축 방향으로 이격되게 배치한 구성이다.

상기 제1 내지 제3실시예에 도시된 바에 의하면 브러시(8)와 요크(9) 및 선로(10)를 1개 설치한 것을 예시하였으나, 도시되지는 않았지만 브러시(8)와 요 크(9)는 복수로 구성하거나 원통형상으로 구성할 수 있음은 당연한 것이며, 브러시(8)와 요크(9) 및 선로(10)를 복수 혹은 원통형상으로 구성할 경우 단극 모터(11)를 구성하는 영구자석(13)을 밀어주는 힘을 증가시킬 수 있다.

또한 브러시(8)는 마찰면적을 넓게 구성하면서도 마찰저항을 줄일 수 있는 물질인 수은으로 구성할 수도 있으며, 수은으로 구성되는 브러시(8)의 경우 일반적으로 널리 알려진 구성으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이 구체적 실시예를 기준으로 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도 1은 종래의 원판형 단극 발전기를 나타내는 사시도

도 2는 제1 실시예로서 원반형 단극 모터를 겸비한 원반형 단극 발전기

도 3은 도 2의 단면도

도 4는 제2 실시예로서 원통형 단극 모터를 겸비한 원반형 단극 발전기

도 5는 도 4의 단면도

도 6은 제3 실시예로서 원통형 단극 모터를 겸비한 원통형 단극 발전기

도 7은 도 6의 단면도.

■도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1:단극 발전기 2:구동체

4:축 6:영구자석

7:도체 8:브러시

9:요크 10:선로

11:단극 모터 12:고정체

13:영구자석

Claims (3)

1. 구동체(2)로 구동되는 축(4) 상에 원판 형상 또는 원통 형상으로 영구자석(6)과, 도체(7)를 결합하여 구동체(2)가 회전할 때 함께 구동되게 하며, 상기 도체(7)의 외연부와 축지부(7a)에 마찰되도록 브러시(8)를 접지하고 선로(10)를 연결하되, 이들 중 일측 선로(10)는 요크(9)로 고정하며, 상기 브러시(8)와 요크(9)는 도체(7)의 회전과 무관하게 고정한 공지의 단극 발전기(1)를 구성함에 있어서,

   상기 단극 발전기(1)에는 단극 모터(11)를 부가 구성하되,

   상기 단극 모터(11)는 요크(9)로 고정되는 선로(10)와 이격되도록, 도체(7)에 일체 형성된 축지부(7a)에 영구자석(13)을 결합하여 선로(10)와 영구자석(13) 사이에서 플레밍의 왼손 법칙에 따른 회전력을 제공함과 아울러 선로(10)에 기전력이 발생하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 단극 모터를 겸비한 단극 발전기
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도체(7)는 초전도체로 구성한 것을 특징으로 하는 단극 모터를 겸비한 단극 발전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 선로(10)는 요크(9)에 권선된 것을 특징으로 하는 단극 모터를 겸비한 단극 발전기.

Images