KR101013404B1 - 플랫 로터리 발전기 - Google Patents

Abstract

플랫 로터리 발전기는 자력선을 커팅하여 전류를 유도하기 위한 적어도 하나의 토로이드 코일 구조 및 나선형 코일 구조에 평행하게 위치한 적어도 하나의 디스크형 자극 구조를 포함한다. 복수의 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조가 포함되면, 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조는 교대로 배치된다. 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조는 투과성 물질이 제공되지 않는다. 토로이드 코일 구조나 적어도 하나의 디스크형 자극 구조중 어느 하나가 외력에 의해 회전할때, 토로이드 코일 구조는 그 토로이드 코일 구조를 통과하는 자력선을 커팅하여 유도 전류를 발생시킨다.

플랫 로터리 발전기, 토로이드 코일 구조, 나선형 코일 구조, 디스크형 자극 구조, 투과성 물질

Description

플랫 로터리 발전기{FLAT ROTARY ELECTRIC GENERATOR}

본 발명은 플랫 로터리 발전기에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 적어도 하나의 나선형으로 감긴 무코어 토로이드 코일 구조를 사용하여 동축에 있는 적어도 하나의 디스크형 자극 구조에 의해 생성된 자력선을 커팅함으로써 전류를 일으키고 따라서 크기를 줄이고 효율을 증가시키는 플랫 로터리 발전기에 관한 것이다.

발전기는 자기 에너지를 전기 에너지로 변환하고 기본적으로 패러데이의 법칙과 로렌츠의 법칙을 이용하여 전기를 생성하는 기계이다.

다양한 발전기가 있지만, 대체로, 로터리 발전기 시스템과 선형 발전기 시스템으로 대별된다.

일반적인 타입의 로터리 발전기에 있어서는, 권선(스테이터)이 원 주변에 분포되어 있고 로터가 그 중심에 제공된다. 발전기를 동작시키기 위해, 권선에 의해 규소 강판과 같은 투과성 물질이나 권선 내부의 코어로 자력선이 유도된다. 그러나, 이것은 자기 로터와 투과성 물질사이에 인력을 일으켜서 로터의 회전에 저향력으로 작용한다. 이러한 저향력은 투과성 물질과 로터사이의 거리를 단축시킴으로써 감소될 수 있지만, 그러한 경우에는 교차되는 자력선의 수가 줄어들어 유도 기전력이 증가되지 않게 된다.

상기한 바와 같이, 종래의 발전기는 자기 로터의 회전을 이용하여 스테이터의 권선에 유도 전류를 발생시킨다. 하지만, 자력선용 매개체로서 규소 강판이나 기타 자기 투과성 코어를 이용하는 종래의 발전기는 발전기의 무게를 증가시키고 동작중 토크를 증가시킬 수 있는 에디 전류 손실을 일으킨다. 또한, 코어 자기 손실과 투과성 물질내의 에디 전류 손실은 전기를 발생시키는 효율을 감소시킬 수 도 있다. 결과적으로, 종래의 발전기의 효율은 소형 발전기로서 실용적으로 사용하기에는 너무 낮다. 상기 단점을 해결하기 위해, 소형 발전기에 적용가능하고 가볍고도, 얇고 간단한 소형 발전기의 요청에 부응하면서 고효율을 갖는 플랫 발전기를 개발할 필요가 있다.

상기한 문제점의 관점에서, 본 발명의 목적은 나선형으로 감긴 토로이드 코일 구조를 사용하여 이것과 동축상에 있는 로터리 디스크형 자극 구조에 의해 발생된 자력선을 커팅함으로써 전류를 발생시킬 수 있는 플랫 로터리 발전기를 제공하는데 있다.

본 발명의 1 태양에 따라 상기한 목적을 달성하기 위해, 자력선을 커팅하여 전류를 유도하기 위한 적어도 하나의 토로이드 코일 구조; 토로이드 코일의 측면에서 토로이드 코일과 평행하게 위치된, 적어도 하나의 디스크형 자극 구조를 포함하는 플랫 로터리 발전기가 제공되고, 여기서 적어도 하나의 디스크형 자극 구조에 의해 발생된 자력선은 적어도 하나의 토로이드 코일 구조를 통과할 수 있고, 기계력, 수력 또는 풍력과 같은 외력에 의해 디스크형 자극 구조가 회전할때, 토로이드 코일 구조가 그 토로이드 코일 구조를 통과하는 자력선을 커팅하여 유도 전류를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 또다른 태양에 따라, 발전기는 규소 강판 또는 기타 자기 투과성 코어를 구비하고 있지 않다.

또한, 본 발명의 또다른 태양에 따라, 발전기는 교대로 평행하게 배치된 복수의 토로이드 권선 및 디스크형 자극 구조를 포함한다.

또한, 본 발명의 또다른 태양에 따라, 적어도 하나의 디스크형 자극 구조는 교대로 배치된 적어도 두개의 자극, 또는 교대로 연속하여(in series) 배치된 자극쌍을 포함한다.

또한, 본 발명의 또다른 태양에 따라, 디스크형 자극 구조의 자석은 디스크를 형성하도록 결합된 개별 극 구조, 또는 극을 형성하도록 자화된 단일 디스크형 구조를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또다른 태양에 따라, 토로이드 코일 구조는 고정되고 디스크형 자극 구조는 회전하도록 배치되거나, 디스크형 자극 구조는 고정되고 토로이드 코일 구조는 회전하도록 배치되고 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조는 동축상에 있다.

따라서, 본 발명은, 종래의 발전기에서 투과성 물질을 사용함으로써 생기는 저효율, 고비용, 크기 증가와 같은 종래의 회전 발전기의 단점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 1실시예의 구조를 도시하고 있는 개요도;

도 2는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 구조를 도시하고 있는 개요도;

도 3은 본 발명에 따른 디스크형 자극 구조의 동작을 도시하고 있는 개요도;

도 4는 본 발명의 디스크형 자극 구조의 평면 구조를 도시하고 있는 개요도;

도 5(a) 및 5(b)는 본 발명의 디스크형 자극 구조의 단면도를 도시하고 있는 개요도;

도 6(a) 및 6(b)는 본 발명의 권선의 권선 구조를 도시하고 있는 개요도.

일반적으로, 유도 기전력은 패러데이의 법칙에 따라:

와 같다.

(여기서, E는 기전력, N은 권선수, φ는 자속을, 그리고 t는 시간을 나타낸다.)

자력선은 회전하는 자기장의 커팅각에 의해 변하기 때문에, 기전력은 일정하지가 않다. 기전력의 규칙적인 변화는,

(여기서, ω는 회전 각속도를 나타낸다.)로 주어지는, 커팅되는 자력선(Φ)의 수로 나타낼 수 있다. 따라서, 기전력과 회전 각속도간의 관계는

으로 주어지고, 유효 기전력은

으로 주어진다(여기서, f는 디스크형 자극 구조의 회전 주파수를 나타낸다). 자력선(Φ)수를 최대화하기 위해, 자기장에 의해 형성된 루프의 도전 효율을 개선할 필요가 있다.

본 발명에 따른, 자기 유도는 매개체로서 공심을 사용한다. 바람직하게는, 보다 많은 자력선이 코일을 통과하도록, 토로이드 코일 구조의 각각의 측면에 디스크형 자극 구조가 배치되고 따라서 자력선은 나선형 코일 구조를 통하여 1 자극 구조에서 다른 자극 구조로 통과하는 복수의 디스크형 자극 구조를 형성하지만, 당업자는 하나의 디스크형 자극 구조가 사용될 수 도 있음을 이해할 것이다.

코어나 규소 강판이 없다면, 기전력은 회전 속도와 자력에 의해 획득될 수 있다:

따라서, 본 발명의 기술에 의해 최대 자속을 얻을 수 있고 배터리의 사용을 줄이며 발전과 연관된 오염을 감소시키기 위한 다양한 전자 제품의 발전기로 사용될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 본 실시예로 제한되지는 않는다. 당업자는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 수정 또는 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 개요도를 도시하고 있다. 플랫 로터리 발전기는 토로이드 코일 구조(1)와 동축의 디스크형 자극 구조(2)를 포함한다. 토로이드 코일 구조(1)는 단일 나선형 권선이나, 복수개가 연속으로 연결된 나선형 권선을 포함할 수 있다. 토로이드 코일 구조(1)가 고정되면, 디스크형 자극 구조(2)는 회전한다. 반면, 토로이드 코일 구조(1)가 회전하면, 디스크형 자극 구조(2)가 고정된다. 본 실시예에서는, 전류를 줄이는데 단일 자극 구조가 대용으 로 사용될 수 있긴 하지만 두개의 디스크형 자극 구조(2)사이에 자력선을 커팅하는데 나선형 코일 구조(1)가 사용된다. 디스크형 자극 구조(2)는 토로이드 코일 구조(1)의 측면에서 평행하게 위치되어 있다. 디스크형 자극 구조(2)와 나선형 코일 구조(1)는 임의의 투과성 물질을 채용하지 않는 공심을 갖는다. 두개의 디스크형 자극 구조에 의해 발생된 자력선은 나선형 코일 구조를 통과할 수 있다. 디스크형 자극 구조나 토로이드 코일 구조가 외력에 의해 회전하면, 토로이드 코일 구조(1)는 자력선을 커팅하여 전류를 유도한다. 외력으로는 진동력, 회전력, 또는 코일과 자극 구조의 상대 운동을 일으키는 임의의 기타의 힘을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있고, 여기서 발전기는 규소 강판이나 기타 투과성 코어 구조와 같은 어떠한 투과성 물질도 구비하고 있지 않고, 복수의 나선형 코일과 디스크형 자극 구조가 교대로 평행하게 배치되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 디스크형 자극 구조(2)의 동작을 도시하고 있다. 두개의 디스크형 자극 구조(2)의 자극은 서로 극성이 반대이므로 정지하는 동안이나 회전할때 서로 반대 극성이 마주하게 된다. 토로이드 코일 구조(1)는 자력선을 커팅하기 위해 이러한 디스크형 자극 구조사이에 위치한다. 본 도면이 각각의 디스크형 자극 구조(2)에 두개의 극만을 도시하고 있지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 디스크형 자극 구조(2)의 예의 평면도이다. 디스크형 자극 구조(2)에 있는 각각의 자극은 두개의 반지름으로 경계지워지는 섹션이다. 도 5(a) 및 5(b)는 도 4의 측면도이다. 디스크형 자극 구조(2)의 섹션은 N-S극의 연속으로 배치된다.

도 6(a) 및 6(b)는 본 발명의 토로이드 코일 구조(1)의 권선 구조를 도시하고 있다. 도 6(a)는 원형 권선 구조를, 도 6(b)는 비원형 권선 구조를 도시하고 있다. 어느 경우이든, 스택형 또는 비스택형, 인터레이싱형 또는 비인터레이싱형, 또는 임의의 적당한 구성으로 감겨 토로이드 코일 구조를 형성할 수 있다. 이러한 권선은 에폭시 수지와 같은 재료위에 감긴다.

마지막으로, 모터에 적용되는 이론이 발전기에도 똑같이 적용되므로, 본 발명을 사용하여 모터를 구현할 수 도 있다.

예컨대, 토로이드 코일 구조에 외부 소스로부터 전류를 공급하여 토로이드 권선이 자기장을 발생시킬 수 있다. 그렇게되면, 발생된 자기장에 의해 일어나는 반발력에 의해 디스크형 자극 구조가 회전할 것이다.

특정 실시예를 도시하고 설명하였지만, 첨부한 청구항으로써만 제한되는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (16)

1. 자력선을 커팅하여 전류를 유도하기 위한 적어도 하나의 토로이드 코일 구조; 토로이드 코일의 측면에서 토로이드 코일과 평행하게 위치되고, 반대 극성의 복수의 자극을 구비한 적어도 하나의 디스크형 자극 구조를 포함하고, 상기 반대 극성의 복수의 자극은 상기 디스크형 자극 구조를 마주하고 있고, 외력에 의해 토로이드 코일 구조 또는 디스크형 자극 구조가 회전할때, 토로이드 코일 구조가 그 토로이드 코일 구조를 통과하는 자력선을 커팅하여 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플랫 로터리 발전기는 자기 투과성 코어를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 플랫 로터리 발전기는 교대로 평행하게 배치된 복수의 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
4. 제 1 항에 있어서, 디스크형 자극 구조는 디스크형의 반지름으로 경계지워지는 섹션에 배치된 적어도 두개의 자극을 포함하고, 디스크형 자극 구조의 각각의 섹션은 하나의 N 또는 S극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
5. 제 1 항에 있어서, 디스크형 자극 구조의 각각의 섹션은 연속하는 적어도 두개의 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
6. 제 1 항에 있어서, 디스크형 자극 구조의 자석은 서로 결합된 이산 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
7. 제 1 항에 있어서, 디스크형 자극 구조는 교대하는 극을 형성하도록 자화된 하나의 디스크형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
8. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 고정되고 디스크형 자극 구조는 회전하고, 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조는 동축에 있는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
9. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 회전하고 디스크형 자극 구조는 고정되고, 토로이드 코일 구조와 디스크형 자극 구조는 동축에 있는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
10. 제 1 항에 있어서, 외력은 진동력 또는 회전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
11. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 연속으로 연결된 원형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
12. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 연속으로 연결된 비원형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
13. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 복수의 스택형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
14. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 복수의 비스택형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
15. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 복수의 인터레이싱형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.
16. 제 1 항에 있어서, 토로이드 코일 구조는 복수의 비인터레이싱형 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 로터리 발전기.

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