KR101058611B1 - 고효율 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 발전기와는 다른 전기자 코일과 계자코일의 배열을 통하여 기전력은 정상적으로 유도하면서도 부하 출력 시 발전기 회전자에 발생하는 회전자를 방해하는 힘을 최소화하게 하여 발전기의 에너지 변환 효율을 높인 고효율 발전기에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 회전자의 회전을 방해하는 역토오크를 감소시켜 발전기의 에너지 변환 효율을 높이는 효과를 제공할 수 있게 된다.

전기자 코일, 계자 코일, 회전자, 발전기, 자석 배열.

Description

고효율 발전기{generator for high-utility.}

본 발명은 고효율 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 발전기와는 다른 전기자 코일과 계자코일의 배열을 통하여 기전력은 정상적으로 유도하면서도 부하 출력 시 발전기 회전자에 발생하는 회전자를 방해하는 힘을 최소화하게 하여 발전기의 에너지 변환 효율을 높인 고효율 발전기에 관한 것이다.

종래 발전기의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 일체형으로 구성된 전기자 코일(10)의 한쪽 면에 계자코일(20)의 양극이 교대로 지나가면서 기전력을 유도하는 방식으로, 전기자 코일에 전류가 흐르게 되면 회전자를 방해하는 힘이 발생하여 발전기 회전자의 RPM을 감소시키게 된다.

따라서 동일한 RPM을 유지해 주어야 하는 발전기의 특성 때문에 발전기 회전자에 더 많은 에너지를 공급하여 회전자 RPM이 감소하지 않도록 하여야 한다.

따라서, 종래의 발전기에서는 터빈이나 원동기 운전에 필요한 입력 에너지 대비 발전기 출력 에너지 비율인 에너지 변환 효율이 35% 수준이다.

발전기는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 기초로 하고 있는데 자기장과 도체의 상호 작용에 의해 기전력이 발생하는 원리이다.

그런데 종래의 발전기는 도 1에 도시한 바와 같이, 일체형을 이룬 자기유도코어(30)에 각각 권선된 전기자 코일(10)의 한 면에 계자 코일(20)이 순차적으로 지나감으로써 기전력을 유도하는 방식으로 구성되어 있다.

전기자 코일에 전류가 흐르게 되면 전기자 코일에는 자기장이 형성되는데, 이때 발전기에서 발생하는 자기장은 도 2에 도시한 바와 같이, N극이 마주보고 있는 제1전기자코일(10a)과 계자코일(20) 및 제1전기자코일의 반대편에 있는 S극이 마주보고 있는 제2전기자코일(10b)가 직선상에 위치하게 된다.

따라서, 계자 코일의 제1자기장(40)과 제1전기자코일의 제2자기장(41) 및

제2전기자코일의 제3자기장(42)이 가장 강하게 작용하게 되는 것이며, 상기 자기장끼리의 끌어당기는 힘과 미는 힘이 함께 작용하여 발전기 회전자의 회전을 방해하는 것이다.

이것은 자기장 영역에 있는 도체에는 와전류가 발생하고, 이 와전류에 의해 발생한 자기장이 자석의 운동을 방해하는 방향으로 작용하는 와류손의 원리와 동일하다.

전기자 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 회전자를 방해하는 이 힘을 정리한 것이 플레밍의 왼손 법칙이다.

발전기에서의 전류의 방향은 자기장의 방향과 도선의 운동 방향에 의하여 결정되고(플레밍의 오른쪽 법칙), 도선에 전류가 흐르게 되면 자기장의 방향과 전 류의 방향에 의해 힘이 발생하는 방향이 정해진다.(플레밍의 왼손 법칙)

이때, 전기자 코일에 전류가 흐르게 되면 발전기 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘이 발생하게 되는데 이 힘에 의하여 회전자의 회전이 방해를 받아 회전자의 RPM이 감소하게 되는 것이다.

다시 말하자면, 종래의 발전기는 회전자의 RPM이 감소하게 되면 주파수 및 전압, 전류가 감소하게 되어 전기의 품질이 떨어지므로 더 많은 에너지를 공급하여 회전자의 RPM을 동일하게 유지시켜 주어야 한다.

따라서 종래 발전기는 에너지 변환 효율이 떨어지는 것이다.

예를 들어 정격 출력 20~500KW인 종래의 디젤 발전기의 경우, 100% 부하 운전 시 연료 소모량은 무부하시 연료 소모량의 7~30 배 수준이다.

그러므로 에너지 변환 효율을 향상시키기 위해서는 전기자 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 회전자의 회전을 방해하는 힘을 최소화하여야 한다.

부연 설명하자면, 발전기 부하 운전시 발전기 회전자를 방해하는 힘이 발생하는 주된 이유는 전기자 코일에 전류가 흐르면 전기자 코일 주위에 자기장이 발생하여 계자 코일의 자기장과 상호 작용하기 때문이다.

다시 말하면 전기자 코일에 전류가 흐르게 되면 전기자 코일에 자기장이 발생하는데 이 자기장이 계자 코일에서 발생한 자기장과 서로 끌어당기거나 밀면서 발전기 회전자의 회전을 방해하기 때문이며, 이것은 와전류에 의해 발생하는 와류손 원리와 같다.

도 2는 종래 발전기 구조에서 발생하는 자기장의 흐름을 나타낸 도면이며, 도 3은 이것을 도식화한 도면이다.

도 3에서 보면 계자코일(20)의 N극과 마주보는 제1전기자코일(10a)의 경우는 S극이 발생하게 되고 계자코일의 S극과 마주보는 제2전기자코일(10b)의 경우는 N극이 발생하여 서로 정면으로 마주대하고 있는 직선 형태를 취하고 있는데, 이때 계자코일이 전기자 코일과 일직선으로 놓이기 전까지는 계자 코일과 전기자 코일이 서로 밀어 내는 힘이 발생하고, 일직선상을 지난 후에는 계자 코일과 전기자 코일이 서로 끌어당기는 힘이 발생하게 되어 발전기 회전자의 회전을 방해하고 있는 것이다.

그동안 발전기 분야에서는 발전기 회전자에 발생하는 회전을 방해하는 힘을 당연한 물리법칙으로 규정하고 그 힘을 최소화하려는 시도조차 하지 못했다.

따라서, 발전기의 에너지 변환 효율을 높이기 위해서는 회전자에 발생하는 힘을 최소화하여야 하며 이를 뒷받침할 기술을 요구하게 되었다.

본 발명은 회전자의 회전을 방해하는 역토오크를 감소시켜 발전기의 에너지 변환 효율을 높이는데 그 목적으로 한다.

본 발명은 회전자의 RPM에 관계없이 동일한 출력 전류가 발생하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 동일한 크기의 전기자 코일의 경우 종래 발전기 대비 출력 전류와 출력 전압이 높은 출력을 제공하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 전기자 코일 단락 시에도 회전자에 발생하는 역토오크가 없도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와, 일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와, 일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000);이 구성되게 되며, 상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 회전축(2000)을 설치 구성하게 되며, 이때, 상기 회전축에 제1계자코일부(3000)와 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000)를 설치 구성하며, 상기 회전축을 기준으로 하여 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 일측유닛과 동일하게 타측유닛(5000);을 구성함으로써,본 발명이 추구하고자 하는 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 고효율 발전기는 회전자의 회전을 방해하는 역토오크를 감소시켜 발전기의 에너지 변환 효율을 높이는 효과를 제공하게 된다.

그리고, 회전자의 RPM에 관계없이 동일한 출력 전류가 발생하는 효과를 제공하게 된다.

그리고, 동일한 크기의 전기자 코일의 경우 종래 발전기 대비 출력 전류와 출력 전압이 높은 출력을 제공하게 되어 발전기의 소형, 경량화를 제공할 수 있게 된다.

그리고, 전기자 코일 단락 시에도 회전자에 발생하는 역토오크가 없게 되어 입력 에너지가 증가하지 않는 효과를 제공하게 된다.

이하 본 발명에 대하여 도면 및 구체적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 사시도이고, 도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 평면도이며, 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 정면도이며, 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 A-A' 단면도이다.

도 4 내지 도 4b에 도시한 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기는,

전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와, 제1자기유도코어부(100)와, 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과; 회전축(2000)과; 제1계자코일부(3000)와; 제2계자코일부(4000)와; 상기 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000);을 포함하여 구성된다.

상기 일측유닛(1000)은 회전축을 기준으로 회전축의 어느 일측에 형성되므로 일측유닛으로 정의하였으며, 상기 타측유닛(5000)은 회전축을 기준으로 회전축의 타측에 형성되므로 타측유닛으로 정의하였다.

본 발명의 경우에는 종래 발전기와는 다른 전기자 코일과 계자코일의 배열을 통하여 기전력은 정상적으로 유도하면서도 부하 출력 시 발전기 회전자에 발생하는 회전자를 방해하는 힘을 최소화하게 하여 발전기의 에너지 변환 효율을 높일 수 있게 된다.

다시 설명하자면 상기와 같은 배치를 통해 회전자의 회전을 방해하는 역토오크를 감소시켜 발전기의 에너지 변환 효율을 높일 수 있게 된다.

하기에서 본 발명의 구성을 구체적으로 설명하도록 하겠다.

도 4 내지 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 권선용자기유도코어부(200)에 전 기자코일부(210)가 권선되어 진다.

이때, 상기 제1자기유도코어부(100)는 제1수직부(110) 및 제1수평부(120)로 구성되어지며, 상기 제1수평부는 하측으로 길게 형성되는 직사각형상을 하고 있으며, 상기 제1수직부는 수평 방향으로 길게 형성되는 직사각형상을 하고 있게 된다.

또한, 제2수직부 및 제2수평부도 상기와 같은 동일한 형상을 가지게 되어 상기 제1자기유도코어부 및 제2자기유도코어부가 권선용자기유도코어부를 감싸는 형태를 이루는 것이다.

상기 제1자기유도코어부(100)는 일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되게 된다.

또한, 상기 제2자기유도코어부(300)는 일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되게 된다.

이때, 상기 전기자코일부(210)와, 권선용자기유도코어부(200)와, 제1자기유도코어부(100)와, 제2자기유도코어부(300)가 일측유닛(1000)을 구성하게 된다.

도면에 도시한 바와 같이, 상기 제1수평부 및 이와 마주보는 제2수직부는 연결되어 있지 않으며, 상기 제1수직부 및 이와 마주보는 제2수평부는 연결되어 있지 않도록 구성하여야 한다.

즉, 제2수직부는 상기 제2수평부와 전기자코일부를 연결해주는 자기유도코어부이므로 제1수평부와 연결되지 않아야 하며, 제1수직부도 마찬가지이다.

이는, 자기유도 경로를 형성하기 위한 것이다.

또한, 상기 회전축(2000)이 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되어지며, 상기 제1계자코일부(3000)가 회전축에 형성되어지며, 상기 제2계자코일부(4000)가 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하고 있으며, 상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 일측유닛과 동일하게 타측유닛(5000)을 구성하게 된다.

예를 들어, 상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되되, 바람직하게는 권선용자기유도코어부(200)의 후방에 구성되는 일측유닛의 제1수직부가 타측유닛에 형성될 경우에는 권선용자기유도코어부의 전방에 구성되게 되며, 권선용자기유도코어부(200)의 전방에 구성되는 일측유닛의 제2수직부가 타측유닛에 형성될 경우에는 권선용자기유도코어부의 후방에 구성되게 되는 것이다.

또한, 상기 제1계자코일부의 극성과 제2계자코일부의 극성을 도 4b에 도시한 바와 같이, 서로 반대로 배치하는 것을 특징으로 하고 있는데, 예를 들어 제1계자코일부의 S극에 제2계자코일부의 N극이 배치되고, 제1계자코일부의 N극에 제2계자코일부의 S극이 배치되도록 형성하게 된다.

따라서, 회전축에 형성되는 제1계자코일부와 제2계자코일부를 회전시키게 되면 일측유닛을 구성하고 있는 제1자기유도코어부의 어느 일측 끝단에 N극 및 S극이 통과하게 되고, 제2자기유도코어부의 어느 일측 끝단에 S극 및 N극이 통과하게 되는 것이다.

이와 반대로, 타측유닛을 구성하고 있는 제1자기유도코어부의 어느 일측 끝 단에 S극 및 N극이 통과하게 되고, 제2자기유도코어부의 어느 일측 끝단에 N극 및 S극이 통과하게 되는 것이다.

결론적으로 설명하자면, 제1자기유도코어부의 끝단에는 N-S-N-S...가 통과하게 되고, 제2자기유도코어부의 끝단에는 S-N-S-N...이 통과하게 된다.

즉, 서로 반대극이 일측유닛에 순차적으로 동시에 통과하게 되는 것이다.

또한, 타측 유닛도 마찬가지로 반대의 극이 동시에 통과하게 된다.

상기와 같이, 자극을 반대로 배치함으로써, 회전자의 RPM에 관계없이 동일한 출력 전류가 발생하게 되며, 동일한 크기의 전기자 코일의 경우 종래 발전기 대비 출력 전류와 출력 전압이 높은 출력을 제공할 수 있게 되며, 전기자 코일 단락 시에도 회전자에 발생하는 역토오크가 제거될 수 있게 되는 것이다.

즉, 상기와 같은 배열을 통해 전기자코일에 전류가 흐를 때 발생하는 회전자(여기서는 제1계자코일부 및 제2계자코일부)의 회전을 방해하는 힘인 역토오크를 최소화하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 제1계자코일부(3000)와 제2계자코일부(4000)는 계자코일 대신에 영구자석으로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 권선용자기유도코어부(200)와 제1자기유도코어부(100) 및 제2자기유도코어부(300)의 재질은 코어용 페라이트를 사용하는 것이 바람직하다.

그 이유는 종래의 발전기는 와전류가 거의 없는 페라이트 대신 와전류가 상당한 규소강판을 사용하는데 페라이트는 규소강판에 비해 자속밀도가 1/4에 불과하기 때문에 출력이 매우 떨어진다.

따라서, 종래의 발전기는 페라이트를 사용하는 것이 불가능하나 본 발명에 의한 발전기는 페라이트 코어와 규소강판 코어의 출력이 동일하므로 페라이트 코어를 사용하게 되면 와전류에 의한 철손을 대폭 줄일 수 있는 장점을 제공하게 된다.

도 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 자기장을 도식화한 도면이다.

도 4d에 도시한 바와 같이, 제1계자코일부와 제2계자코일부에 의해 형성된 자기장과 전기자코일부에 형성된 자기장이 십자형태로 형성되게 되어진다.

즉, 제1계자코일부와 제2계자코일부에 의해 형성된 자기장이 동서 방향일 경우에 상기 전기자코일부에 형성된 자기장이 남북방향으로 형성되되, 상하 일정 간격 이격되어 형성되게 되어진다.

따라서, 계자코일부와 전기자코일부 사이에 작용하는 자기장의 힘이 계자코일부와 전기자코일부가 종래와 같이 서로 마주보고 있을 때보다 작게 작용하게 된다.

상기한 것은 영구자석 2개를 가지고 실험해보면 그 차이를 쉽게 알 수 있다.

즉, 영구자석의 자기장 세기는 N과 S극을 마주보게 배치했을 때 가장 세며 N극과 S극을 평행하게 배치시키면 서로 끌어당기는 힘이 감소하게 된다.

계자 코일과 전기자 코일을 배열하는 방법에 의하여 자기장의 상호 작용에 의해 발생하는 발전기 회전자를 방해하는 힘을 감소시키는 본 발명에 의해 개발된 발전기는 같은 출력을 기준으로 회전자에 필요한 토오크를 비교하면 종래의 발전기 회전자 토오크의 약 3/4 ~ 2/4 수준이다.

토오크 차이가 발생하는 이유는 발전기의 정격 용량에 따라서 발생하는 토오크가 다르기 때문이다.

따라서, 본 발명에 의한 발전기의 연료 소모량은 종래 발전기 연료 소모량을 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발전기는 계자코일부의 자극이 서로 반대극으로 구성되어 있고, 다른 계자코일부의 자극 역시 반대극으로 구성하여 N-S, S-N의 순서로 자극을 순차적으로 교대시킴으로써 종래 발전기에서는 발생할 수 없는 다음과 같은 특성을 제공하게 된다.

즉, 첫째, 출력 전류가 RPM에 상관없이 일정하게 된다.

구체적으로 설명하자면 종래의 발전기는 출력 전류가 RPM에 비례하여 증가하는데 본 발명에 의한 발전기는 RPM에 상관없이 일정하다.

왜냐하면, 종래의 발전기에서 전류가 회전자 RPM에 비례하여 증가하는 것은 단위 시간당 전기자코일부에 작용하는 자기장의 양이 증가하여 전하가 더 많이 통과하기 때문인데 본 발명에 의한 발전기는 반대극이 교대로 전기자코일부를 통과하기 때문에 전하의 통과량이 일정해지는 것이다.

둘째, 동일한 크기의 전기자코일부에서 출력되는 전력량이 종래 발전기보다 높게 형성된다.

따라서, 출력이 종래 발전기보다 높게 형성된다면 발전기의 소형, 경량화가 가능하게 되며, 전기자코일부에 계자코일부가 동시에 통과함으로써 가능한 것이다.

셋째, 전기자코일부의 단락 시 회전자(계자코일부)에 발생하는 역토오크가 없으며, 입력 에너지도 증가하지 않는다.

종래 발전기는 전기자코일부를 단락시키면 전기자코일부에 발생하는 저항이 '0'에 가까워지면서 전류가 무한대로 커진다.

따라서, 발전기 회전자를 방해하는 힘이 극도로 커져 발전기 회전자의 RPM이 급속히 감소하게 되며, 결국에 회전자가 멈추게 된다.

그러나 본 발명에 의한 발전기는 전기자코일부를 단락시켜도 발전기 회전자에 발생하는 회전을 방해하는 힘이 발생하지 않는다.

이 효과 역시 반대극으로 이루어진 계자코일부가 순차적으로 전기자코일부를통과하기 때문에 발생하는 현상이다.

종래의 발전기는 전기자코일부가 단락되면, 다시 말하면 전기자코일부의 저항과 전압이 '0'이 되면 전기자코일부에 발생하는 자기장과 계자코일부의 자기장이 가장 강하게 끌어당겨 입력 에너지가 최대가 되고, 동시에 회전자의 회전이 불가능하게 되는데 본 발명에 의한 발전기는 반대 현상이 발생한다.

따라서, 본 발명에 의한 발전기는 전기자코일부를 단락시키면 회전자의 RPM은 정상적으로 유지되면서 전류는 최대로 발생하고, 회전자를 회전시키는 입력 에너지는 전기자코일부를 장착하지 않거나 계자코일부에 여자 전류를 공급하지 않는 상태의 입력 에너지와 동일하게 되는 것이다.

따라서 본 발명에 의한 발전기의 에너지 변환 효율은 저전압, 고전류일 때 가장 높다.

이 현상 역시 전기자코일부에 반대극이 동시에 순차적으로 통과하기 때문에 발생하는 것이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고효율 발전기의 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 고효율 발전기는 제 1실시예의 구성과 동일하되, 상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)가 N극 및 S극을 차례로 그리고 짝수 개로 다수 배열하여 형성되며, 상기 제1계자코일부와 결합되어 회전축에 형성되는 제2계자코일부(4000)가 상기 제1계자코일부에 형성된 극성과는 반대 극성을 차례로 그리고 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성은 발전기의 주파수를 높이거나, 출력 용량을 높이기 위한 구성이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1계자코일부가 회전축에 형성되며, N극 및 S극을 차례로 그리고 짝수 개(도면에서는 6개를 예로 들고 있음.)로 다수 배열하여 형성하게 되며, 상기 제1계자코일부와 결합되어 회전축에 형성되는 제2계자코일부에는 상기 제1계자코일부에 형성된 극성과는 반대 극성을 차례로 그리고 짝수 개로 다수 배열하여 형성하게 된다.

예를 들어, 제1계자코일부의 어느 일측에 N극이 형성되면 이와 결합되는 제2계자코일부에는 S극이 형성되며, 제1계자코일부에 S극이 형성되면 이와 결합되는 제2계자코일부에는 N극이 차례대로 다수 형성되는 것이다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고효율 발전기의 정면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 고효율 발전기는 발전기의 출 력 용량을 높이기 위하여 상기한 계자코일부를 다극으로 형성하는 것 이외에, 상기 회전축을 기준으로 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되는 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000)을 한 쌍으로 하여 상기 회전축(2000)을 중심으로 복수 개로 형성시키는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 도 6에서는 한 쌍의 일측유닛과 타측유닛 이외에도 또 한 쌍의 일측유닛과 타측유닛을 일정 간격 이격되게 형성하였다.

이때, 상기 회전축을 중심으로 제1계자코일부 및 제2계자코일부가 복수의 유닛 내부에서 자유롭게 회전할 수 있다.

다시 말하자면, 출력 용량을 높이기 위하여 계자코일부를 다극으로 형성하거나, 전기자코일부를 기본적인 2개 이외에 추가적으로 다수개를 적용하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 제 3 실시예의 부가 사항에 따른 본 발명의 고효율 발전기는,

상기 일측유닛(1000)과 타측유닛(5000)을 한 쌍으로 하여 상기 회전축(2000)을 중심으로 복수 개로 형성시킬 경우에 일측유닛(1000)과 타측유닛(5000)의 전체 갯수를 홀수 개로 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

도 6에서는 두 쌍(총 4개)을 예를 들고 있으나, 상기의 경우라면 일측유닛이 2개일 경우에 타측유닛도 2개가 구성되며, 일측 유닛을 한 개 더 구성하여 전체 갯수를 홀수개로 형성하게 된다.

상기와 같이 전체 갯수를 홀수로 구성하는 이유는 와전류에 의한 철손을 줄 이기 위한 것이다.

왜냐 하면, 상기 계자코일부가 짝수 개로 구성될 경우에 일측유닛과 타측유닛을 한 쌍으로 짝수 개로 형성될 경우에는 힘이 균형을 이루고 있으므로 이에 따른 동작을 위하여 보다 많은 전기를 공급해야 하는 문제점을 가지게 되어 상기한 힘의 균형을 이루지 못하도록 하기 위하여 계자코일부가 짝수 개로 구성되면 일측유닛과 타측유닛의 전체 갯수를 홀수 개로 구성하여 와전류에 의한 철손을 줄여 회전의 효율을 극대화시키기 위한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 발명의 상세한 설명, 사용예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

본 발명인 고효율 발전기는 회전자에 발생하는 힘을 최소화함으로써, 발전기의 에너지 변환 효율을 높일 수 있게 되므로 고효율용 발전기 분야 및 초소형 발전기 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

도 1은 종래의 회전 계자형 발전기 구조이다.

도 2는 종래 발전기 구조에서 발생하는 자기장의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2를 도식화한 도면이다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 사시도이고,

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 평면도이며,

도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 정면도이며,

도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 A-A' 단면도이다.

도 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고효율 발전기의 자기장을 도식화한 도면이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고효율 발전기의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고효율 발전기의 정면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 제1자기유도코어부

110 : 제1수직부

120 : 제1수평부

200 : 권선용자기유도코어부

210 : 전기자코일부

300 : 제2자기유도코어부

310 : 제2수직부

320 : 제2수평부

1000 : 일측유닛

2000 : 회전축

3000 : 제1계자코일부

4000 : 제2계자코일부

5000 : 타측유닛

Claims (22)

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10. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되되, N극 및 S극을 차례로 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    상기 제1계자코일부와 결합되어 회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부에 형성된 극성과는 반대 극성을 차례로 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 제2계자코일부(4000)와;

    상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되되, 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000);을 포함하여 구성되되,

    상기 일측유닛(1000)과 타측유닛(5000)을 한 쌍으로 하여 상기 회전축(2000)을 중심으로 복수 개로 형성시키는 것을 특징으로 하며,

    상기 일측유닛(1000)과 타측유닛(5000)을 한 쌍으로 하여 상기 회전축(2000)을 중심으로 복수 개로 형성시킬 경우에,

    일측유닛(1000)과 타측유닛(5000)의 전체 갯수가 홀수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
11. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000)와;

    상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되되, 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000);을 포함하여 구성되되,

    상기 제1수평부 및 이와 마주보는 제2수직부는 연결되어 있지 않으며, 상기 제1수직부 및 이와 마주보는 제2수평부는 연결되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
12. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되되, N극 및 S극을 차례로 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    상기 제1계자코일부와 결합되어 회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부에 형성된 극성과는 반대 극성을 차례로 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 제2계자코일부(4000)와;

    상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되되, 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000);을 포함하여 구성되되,

    상기 제1수평부 및 이와 마주보는 제2수직부는 연결되어 있지 않으며, 상기 제1수직부 및 이와 마주보는 제2수평부는 연결되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000);를 포함하여 구성되되,

    상기 제1수평부 및 제2수평부는,

    하측으로 길게 형성되는 직사각형상이며, 상기 제1수직부 및 제2수직부는 수평 방향으로 길게 형성되는 직사각형상인 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
19. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000);를 포함하여 구성되되,

    상기 제1수평부 및 이와 마주보는 제2수직부는 연결되어 있지 않으며, 상기 제1수직부 및 이와 마주보는 제2수평부는 연결되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
20. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000);를 포함하여 구성되되,

    상기 제1계자코일부(3000)는,

    N극 및 S극을 차례로 그리고, 짝수 개로 다수 배열하여 형성되며, 상기 제2계자코일부(4000)는 상기 제1계자코일부에 형성된 극성과는 반대 극성을 차례로 그리고, 짝수 개로 다수 배열하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
21. 삭제
22. 고효율 발전기에 있어서,

    전기자코일부(210)가 권선되는 권선용자기유도코어부(200)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 어느 일측에 수직되게 연결되는 제1수직부(110) 및 상기 제1수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제1수평부(120)로 구성되는 제1자기유도코어부(100)와,

    일측 선단에 상기 권선용자기유도코어부의 타측에 수직되게 연결되는 제2수직부(310) 및 상기 제2수직부의 선단에 권선용자기유도코어부와 평행되게 연결되어 있는 제2수평부(320)로 구성되는 제2자기유도코어부(300)를 포함하여 구성되는 일측유닛(1000)과;

    상기 제1자기유도코어부(100)의 선단 및 제2자기유도코어부(300)의 선단에 이격되어 형성되는 회전축(2000)과;

    상기 회전축에 형성되는 제1계자코일부(3000)와;

    회전축에 형성되되, 상기 제1계자코일부와 결합되어 형성되는 제2계자코일부(4000)와;

    상기 회전축을 기준으로 상기 일측유닛과 서로 마주보도록 구성되되, 일측유닛과 동일하게 구성되는 타측유닛(5000)을 포함하여 구성되되,

    상기 일측유닛과 타측유닛을 한 쌍으로 하여 상기 회전축을 중심으로 복수 개로 형성시키는 것을 특징으로 하며,

    상기 복수 개로 형성시킬 경우에,

    일측유닛과 타측유닛의 전체 갯수가 홀수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.

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