KR101098002B1 - 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 변환시 와전류의 발생을 방지하도록 구성된 전동 발전기를 구비한 플라이휠 에너지 저장장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 에너지 저장효율을 높이기 위하여 개선된 릴럭턴스 모터방식으로 구동되는 전동발전기를 구비한 플라이휠 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명은 자성체로서 회전축부를 축으로 회전하는 돌기극을 갖는 원통형 로터와 고정자극이 포함된 고정자와 상기 고정자에 장착되는 백아이런(back-iron)과 상기 회전축부를 둘러싸며 상기 회전축부를 일정한 위치에 비접촉으로 고정시키는 초전도 마그네틱 베어링을 포함하는 전동발전기가 구성된 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 있어서, 상기 전동발전기는 와전류를 방지하도록 직류전류를 사용하여 자성체를 자화시켜서 구동되는 릴럭턴스 모터방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 포함하는 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치를 제시한다.
본 발명에 의한 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에는 릴럭턴스 모터방식으로 구동되는 직류 전동발전기를 구비함으로써 종래의 영구자석의 자속변화에 따라 발생하는 와전류에 의해서 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율이 크게 떨어졌던 문제점을 해결할 수 있으며, 전동발전기의 로터의 길이방향으로 감긴 환상형 필드코일에 의해 자속을 생성하면서 원통형 로터 양단의 주변의 고정자극에 의해 생성되는 자속을 보충하도록 폐회로의 자속통로를 형성하여 로터를 회전하기 위한 토크를 강화하도록 함으로써 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치{The superconduction flywheel energy saving appartus for increasing the energy saving efficiency}

본 발명은 에너지 변환시 와전류의 발생을 방지하도록 구성된 전동 발전기를 구비한 플라이휠 에너지 저장장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 에너지 저장효율을 높이기 위하여 개선된 릴럭턴스 모터방식으로 구동되는 전동발전기를 구비한 플라이휠 에너지 저장장치에 관한 것이다.

에너지 저장장치는 전력수요에 유연하게 대처가능하게 함은 물론 전기 품질을 향상시킬 수 있는 효율적인 수단으로써 많은 연구가 진행되어 왔다.

이를 테면, 내연기관에서는 가스압력의 변동, 피스톤 크랭크기구 등에 의한 1사이클 동안의 구동력의 불균형은 그대로의 상태에서는 없앨 수 없다. 구동력과 부하(負荷)에 차이가 있으면 회전속도가 변동한다. 기계는 회전하는 동안에 가능한 한 순조롭게 변동 없이 회전하는 것이 바람직하다. 그래서 변동을 적게 하기 위해 플라이휠을 사용한다. 다시말해, 플라이휠이란 회전속도를 고르게 하기 위해 장치된 바퀴로서, 회전하는 축에 장착되어 회전속도를 균일하게 하도록 관성모멘트가 큰 것이 특징이다.

플라이휠 에너지 저장장치는 축전지 등의 화학적 저장방식 대신에 플라이휠의 관성을 이용하여 회전운동에너지로 변환하여 저장하고, 필요시 전기에너지로 순시에 출력하는 기계적 에너지 저장방식을 통한 에너지 저장장치이다.

다시 말해, 에너지 저장시에는 전기에너지로 플라이휠 내부에 존재하는 전동발전기의 모터를 동작시켜 전기에너지를 플라이휠의 회전 관성모멘트를 통한 기계에너지로 저장하고, 나중에 필요시 플라이휠에 저장되어 있던 기계적 에너지를 다시 전동발전기로 동작시켜 전기에너지로 변환시켜 부하에 공급하는 에너지 저장장치를 의미한다.

플라이휠 에너지 저장장치는 주로 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply : UPS), 전력품질 개선용, 태양광 및 풍력과 같은 신재생 에너지의 저장 및 변동하는 부하에 대한 부하평준화용으로 사용가능하다.

그러나, 종래의 기계식 플라이휠 및 전자식 플라이휠은 기계적 마찰이 상당히 크거나 외부에서 계속적으로 전원이 공급되어야 하므로 에너지의 장기 저장이 불가능하므로 주로 무정전전원장치나 전력품질 개선용으로 사용하는 예가 많다.

도 1은 종래의 일반적인 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 전동발전기인 영구자석형 전동발전기(Permanent Magnet Synchornous Motor/Generator : PMSM/G)를 나타낸다.

초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 복합재로 구성된 플라이휠과 상부 및 하부에 각각 1개씩의 2개의 초전도 베어링으로 구성되어 있다. 상기 초전도 베어링은 저어널 형태(journal type)의 베어링이며, 축을 수직으로 세워서 회전하는 형태인 수직축형 초전도 플라이휠 에너지 저장장치이다.

상기 초전도 베어링은 초전도체로 구성된 부분과 영구자석으로 구성되는데 영구자석 부분은 축 방향으로 자화된 두 개의 자석에 링모양의 철을 삽입한 구조로 되어 있다.

여기서, 영구자석은 서로 같은 극끼리 마주 보게 하여 반경방향으로 자속이 분포되게 구성된다. 에너지가 저장되는 부분인 플라이휠은 티타늄으로 구성된 축과 복합제 휠로 구성될 수 있으며, 공기 마찰에 의한 풍손을 없애기 위하여 챔버 내부에 삽입하여 진공을 유지할 수 있도록 구성된다.

플라이휠 에너지 저장장치 중 도시된 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor Flywheel Energy Storage System : SFES)의 경우는 매우 적은 손실로 에너지의 장기 저장이 가능하여 잉여전력의 효율적 사용을 통하여 전력수요에 유연하게 대처가능하기 때문에 전기 에너지 이용을 극대화할 수 있다.

일반적으로, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에는 초전도 마그네틱 베어링과 회전체 및 영구자석이 구성된 전동발전기를 포함하여 구성된다.

상기 회전체의 회전운동에너지는 회전각속도의 제곱과 관성모멘트의 곱으로 나타낼 수 있는데, 회전속도가 높을수록 에너지 저장용량이 보다 효율적으로 높아질 수 있다.

그러나, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)의 구성방식에 따라서 에너지의 저장 효율에 많은 차이가 발생할 수 있다.

다시 말해, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에는 공기마찰에 의한 풍손, 초전도 베어링 및 영구자석을 사용하는 전동발전기 등에 의해서 저장된 에너지의 손실이 발생한다.

특히, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에 포함되는 영구자석형 전동발전기(Permanent Magnet Synchornous Motor/Generator : PMSM/G)를 구동함에 따라 내부의 영구자석에서 발생되는 자속변화에 따라 와전류가 야기된다.

결국, 상기 와전류에 의해 전동발전기에는 열이 발생되면서 회전체의 회전 속도가 줄어들면서 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)의 전체효율은 감소되는 문제점이 발생된다.

일반적으로, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 포함된 영구자석형 전동발전기(PMSM/G)에는 고정자 코어에 코일이 설치가 되어 있으며, 그 내부에서 영구자석이 회전하는 형태로 구성되며, 전동발전기의 고정자 코어는 슬롯타입과 슬롯리스 타입의 구조로 분류된다.

슬롯형 구조는 구리 코일이 슬롯 내부로 들어가 있기 때문에 투자율이 낮아 영구자석에서 발생한 자속이 일부 누설을 제외하고는 투자율이 높은 치(teeth)쪽으로 발생하게 된다. 따라서, 이러한 구조는 구리코일에 의한 손실은 그다지 크지 않지만 코어의 치에 의해서 발생하는 손실이 상당히 크게 된다.

반면에, 슬롯리스 형태의 경우 구리코일이 영구자석에 의한 자속에 노출되어 있기 때문에 영구자석이 높은 속도로 회전함에 따라 구리 코일에는 상당히 큰 와전류(eddy current)가 발생하게 되어 이는 결국 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(SFES)에 저장된 에너지의 손실을 발생시키는 요인이 되고 있다.

결국, 종래의 영구자석형 전동발전기(PMSM/G)를 사용함에 따라 발생되는 와전류는 전동발전기 내부의 회전체의 회전속도를 줄어들게 함으로써 결국 회전운동에너지를 감쇄시켜 플라이휠 에너지 저장장치의 에너지 저장 효율을 떨어뜨리게 되어 저장장치로서의 기능을 제대로 할 수 없게 되는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 플라이휠 에너지 저장장치의 에너지 저장효율을 높이기 위하여 와전류가 발생되지 않는 릴럭턴스 모터방식을 이용한 전동발전기를 구비한 플라이휠 에너지 저장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 플라이휠 에너지 저장장치에서 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 구비하면서도 자성체를 여자시키는 과정에서 최대의 토크가 발생되도록 구성하여 저장 에너지효율을 최적화하도록 구성된 플라이휠 에너지 저장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자성체로서 회전축부를 축으로 회전하는 돌기극을 갖는 원통형 로터와 고정자극이 포함된 고정자와 상기 고정자에 장착되는 백아이런(back-iron)과 상기 회전축부를 둘러싸며 상기 회전축부를 일정한 위치에 비접촉으로 고정시키는 초전도 마그네틱 베어링을 포함하는 전동발전기가 구성된 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 있어서, 상기 전동발전기는 와전류를 방지하도록 직류전류를 사용하여 자성체를 자화시켜서 구동되는 릴럭턴스 모터방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 포함하는 에너지저장효율을 극대화한 초전도 플라이휠 에너지 저장장치를 제시한다.

상기 전동발전기에서, 상기 고정자극은 상기 원통형 로터 양단에 각각 비접촉으로 4개가 한쌍을 이루면서 대칭되게 배치되며, 상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 원통형 로터에 환상형으로 감겨진 필드코일을 구성하여 상기 원통형 로터의 길이방향으로 자속이 생성되도록 하면서 상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들에서 생성되는 자속들과 폐회로로 자속통로를 이루도록, 상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들에 감겨진 코일에 흐르는 전류의 방향을 설정할 수 있다.

상기 원통형 로터 양단에 각각 배치된 고정자극들 중에 상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 대칭되게 배치된 고정자극간에는 동일극성이 유도되도록 코일에 흐르는 전류의 방향을 반대로 하여 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 구성되어, 상기 자속통로는 상기 원통형 로터의 길이방향을 축방향으로하여 서로 대칭되어 형성될 수 있다.

상기 필드코일에 직류를 흘리면 자속통로가 형성되면서 원통형 로터의 양단에 양극이 생성되면서, 상기 원통형 로터 양단에 각각 배치된 고정자극들의 순차적으로 극성변화에 따른 상기 원통형 로터의 돌기극의 극성과의 반발력에 의해 상기 원통형 로터를 회전시키도록 구성될 수 있다.

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본 발명에 의한 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.

첫 번째로, 본 발명에 의한 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에는 릴럭턴스 모터방식으로 구동되는 직류 전동발전기를 구비함으로써 종래의 영구자석의 자속변화에 따라 발생하는 와전류에 의해서 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율이 크게 떨어졌던 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

두 번째로, 본 발명에 의한 전동발전기의 로터의 길이방향으로 감긴 환상형 필드코일에 의해 자속을 생성하면서 원통형 로터 양단의 주변의 고정자극에 의해 생성되는 자속을 보충하도록 폐회로의 자속통로를 형성하여 로터를 회전하기 위한 토크를 강화하도록 함으로써 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

세 번째로, 본 발명에 의한 전동발전기의 로터의 길이방향으로 감긴 환상형 필드코일에 의한 자속을 로터의 주변에 배치되는 고정자극에 의해 생성되는 자속과 폐회로로 형성되는 자속통로를 생성하도록 함으로써, 필드코일에 의해 발생되는 자속의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 전동발전기인 영구자석형 전동발전기(Permanent Magnet Synchornous Motor/Generator : PMSM/G)를 나타낸다.
도 2는 일반적인 릴럭턴스 방식의 모터의 구동방식을 나타낸 상태도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 릴럭턴스 모터구동방식의 전동발전기에서 자속통로가 형성되는 상태를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 의한 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 릴럭턴스 모터구동방식의 전동발전기에 의해 형성되는 자속에 의한 폐회로의 등가회로를 나타낸 개념도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 릴럭턴스 모터구동방식의 전동발전기에서의 로터의 구동방식을 도시한 작동상태도이다.

이하, 본 발명에 의한 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

도 2a, 2b는 일반적인 릴럭턴스(Reluctance) 방식의 모터의 구동방식을 나타낸 상태도이며, 도시된 바를 참조할 때, 돌출극을 갖는 기어형상의 로터는 고정자의 코일에서 발생된 전자력에 반발하여 회전하게 된다.

보다 자세하게 설명하면, 도시된 바처럼 로터에는 코일이 로터의 길이방향으로 감겨져 있으며, 감겨진 코일에는 직류전류가 흐르면서 로터가 자화된다.

다음으로, 모터내부에 독립적으로 존재하는 고정자의 고정자극에 같은 방향으로 감긴 코일 C1과 C2에 전압을 인가하여 여자시켜 2상을 만들어 자속을 흐르게 하여 자화된 로터가 반발력에 의해 일정각도를 회전하도록 구성된다.

다음으로, 순차적으로 고정자의 고정자극에 같은 방향으로 감긴 코일 C3과 C4에 전압을 인가하여 여자시켜 2상을 만들어 자속을 흐르게 하여 자화된 로터가 반발력에 의해 일정각도를 회전하도록 구성된다.

결국은, 다수의 고정자의 코일에서 순차적으로 발생되는 전자력에 대한 반발력으로 직류전류에 의해 자화된 로터가 회전하게 되는 것이다.

다만, 이러한 종래의 일반적인 릴럭턴스 방식의 모터의 경우, 자성체인 로터를 여자시키기 위한 전류를 통해 발생되는 자속을 활용할 수가 없다는 점에서 일반적인 종래 릴럭턴스 방식으로는 플라이휠을 회전시키기 위한 최대토크를 발생시키기에는 한계점을 갖고 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 릴럭턴스 모터구동방식의 전동발전기에서 자속통로가 형성되는 상태를 나타낸 구성도이다.

초전도 플라이휠 에너지 저장장치는 상기 플라이휠의 관성을 이용하여 전기에너지를 회전운동에너지로 변환하여 저장시키고 저장된 회전운동 에너지를 전기에너지로 사용가능하도록 에너지 변환을 담당하는 전동발전기와 상기 플라이휠을 마찰없이 부양시키는 초전도 베어링을 포함한다.

본 발명의 플라이휠 에너지 저장장치의 전동발전기에는 자성체로서 회전축부(X)를 축으로 회전하는 돌기극(100a)을 갖는 원통형 로터(100)가 구성된다.

또한, 고정자극(220a)이 포함된 고정자(200)와 상기 고정자에 장착되는 백아이런(300, back-iron)과, 상기 회전축부(X)를 둘러싸며 상기 회전축부(X)를 일정한 위치에 비접촉으로 고정시키는 초전도 마그네틱 베어링(미도시)이 포함되어 구성된다.

상기 전동발전기는 와전류를 방지하도록 직류전류를 사용하여 원통형 로터(100)를 감고 있는 필드코일(100b)에 직류전류가 흐르면서 자성체인 원통형 로터(100)를 자화되도록 구성된 릴럭턴스 모터방식으로 구성된다.

따라서, 릴럭턴스 모터방식을 적용하게 됨에 따라 와전류가 발생되지 않기 때문에 종래의 영구자석의 자속변화에 따라 발생하는 와전류에 의해서 플라이휠 에너지저장장치의 에너지저장효율이 크게 떨어졌던 문제점을 해결할 수 있고 또한 직류 여자를 통해서 효율을 더욱 높이는 효과가 있다.

보다 자세하게 설명하면, 상기 전동발전기에서 고정자(200)의 고정자극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f, 220g, 220h)은 상기 원통형 로터(100) 양단에 각각 비접촉으로 4개가 한 쌍을 이루면서 대칭되게 배치된다.

상기 각각의 고정자극에는 각각 독립적으로 구동되는 코일이 감겨져 있으며, 상기 코일에 흐르는 전류의 방향을 제어하면서 발생되는 극성을 조절하게 된다.

또한, 상기 원통형 로터(100)에 환상형으로 필드코일(100b)을 감으며, 상기 필드코일(100b)은 상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 감기도록 구성되며, 상기 필드코일(100b)에 직류전류를 흐르게 하면 자성체인 원통형 로터(100)가 자화되면서 원통형 로터(100)의 길이방향으로 자속이 발생하게 된다.

다만, 상기 원통형 로터(100)에서 발생되는 자속은 자성체인 원통형 로터(100)의 양 끝단에서 소모될 수가 있어, 본 발명에서는 원통형 로터(100)에서 발생된 자속을 플라이휠의 회전토크에 이용할 수 있도록, 상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들에서 생성되는 자속들과 폐회로로 자속통로를 이루도록 구성한다.

도 4는 도 3에서 표시된 "A" 방향에서 바라본 상태를 도시된 동작상태도로서 이를 참조할 때, 고정자극(220a)에서 발생된 자속과 상기 고정자극(220a)과 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극(220c)에서 발생되는 자속들은 상기 필드코일(100b)에 직류전류를 흐르게 하여 상기 원통형 로터(100)의 길이방향으로 발생된 자속과 폐회로로 자속통로를 이루도록 구성된다.

또한, 도시된 고정자극(220b)과 상기 고정자극(220b)에 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극(220d)간에도 상기 필드코일(100b)에 직류전류를 흐르게 하여 상기 원통형 로터(100)의 길이방향으로 발생된 자속과 폐회로로 자속통로를 이루도록 구성된다.

보다 자세하게는, 상기 자속통로는 상기 돌기극(100a)이 형성된 원통형 로터(100)와 상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들 및 상기 고정자에 장착되는 백아이런(300)을 경유하여 폐회로로 형성되며,

상기 고정자극들과 필드코일(100b)에 의해 생성되는 각각의 자속통로는 상기 원통형 로터(100)의 길이방향을 서로 공유하면서 대칭되게 폐회로가 형성된다.

도 5는 도 4의 도시된 상태를 등가화해서 표현한 도면으로서, 도시된 바를 참조할 때, 원통형 로터(100)에서 발생된 자속은 고정자의 고정자극에서 발생되는 자속과 폐회로로 자속통로를 형성하게 됨으로서, 원통형로터(100)의 회전토크를 강화시키는 기능을 하게 된다.

도시된 Mp는 고정자극의 코일에 전류가 흐르면서 여자된 고정자극에서 발생되는 자속을 의미하며, 도시된 Mf는 필드코일(110b)에 직류전류가 흐르면서 원통형 로터의 길이방향으로 발생되는 자속을 의미한다.

마찬가지로, 도시된 고정자극(220e)과 상기 고정자극(220e)에 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극(220g)간에도 상기 필드코일(100b)에 직류전류를 흐르게 하여 상기 원통형 로터(100)의 길이방향으로 발생된 자속과 폐회로로 자속통로를 이루도록 구성된다.

또한, 도시된 고정자극(220f)과 상기 고정자극(220f)에 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극(220h)간에도 상기 필드코일(100b)에 직류전류를 흐르게 하여 상기 원통형 로터(100)의 길이방향으로 발생된 자속과 폐회로로 자속통로를 이루도록 구성된다.

즉, 상기 원통형 로터(100) 양단에 각각 배치된 고정자극들 중에 상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 대칭되게 배치된 고정자극간에는 동일극성이 유도되도록 코일이 감겨져 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 구성되며, 이에 각각의 자속통로는 상기 원통형 로터의 길이방향을 축방향으로하여 서로 대칭되어 형성된다.

보다 자세하게 설명하면, 도시된 방향으로 필드코일(100b)에 직류전류가 흐르게 되면 원통형 로터의 양단에는 도시된 바와 같이 북극과 남극으로 자속이 발생하게 된다.

이에, 필드코일(100b)에 전류가 흐르면서 극성을 띄게 된 원통형 로터는, 마찬가지로 코일에 전류가 흐르면서 여자된 고정자극들에 의한 극성의 변화에 따른 반발력으로서 회전하게 된다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 플라이휠 에너지 저장장치에 사용되는 릴럭턴스 모터구동방식의 전동발전기에서의 로터의 구동방식을 도시한 작동상태도이다.

도 6a 내지 도 6c는 도 3에서 볼 때 "B" 방향에서 바라본 도면의 작동상태도로서, 도시된 바를 참조할 때, 원통형 로터(100)의 필드코일(100b)에 직류가 흐르면 자화되면서 일단의 끝은 도시된 바처럼 북극(N)의 극성을 가지게 된다.

도 6a는 고정자극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f, 220g, 220h)의 각 코일에 도시된 바와 같은 방향으로 전류가 흘러 상기 고정자극이 여자된 상태에서 자화된 원통형 로터(100)의 최종 정지상태를 도시한 것이다.

다시 말해, 필드코일(100b)에 직류가 흐르면서 원통형 로터(100)의 일단이 N극성을 갖게 되면, 고정자극(220c, 220f)은 S극성을 띄도록 코일의 전류방향을 결정하며, 반대로 고정자극(220g, 220h)는 N극을 띄도록 코일의 전류방향을 결정하게 되면, 원통형 로터(100)가 회전하면서 돌기극(100a)을 통해 전류가 통전되면서 도 6a와 같은 상태로 정지하게 된다.

다음으로, 도 6b, 6c에 도시된 바와 같이, 고정자극(220c, 220f)는 N극성을 띄도록 코일의 전류방향을 결정하며, 반대로 고정자극(220g, 220h)는 S극을 띄도록 코일의 전류방향을 결정하게 되면, N극을 띄고 있는 원통형 로터(100)가 다시 회전하게 되면서 도 6c의 상태로 정지하게 된다.

같은 방법으로 원통형로터(100)는 계속적으로 회전하게 되며, 본 발명의 특징은 원통형 로터(100)를 자화시키기 위하여 직류전류를 사용하면서 종래 영구자석을 사용함에 발생하는 자속변화에 따른 와전류를 방지할 수 있으며, 특히 원통형 로터(100)를 자화시키면서 발생되는 자속을 원통형 로터(100)의 회전토크로 활용할 수 있도록 구성한 점에 있는 것이다.

이상에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 중심으로 설명되었다. 첨부된 도면 및 전술한 실시예들은 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 그러므로, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 전술한 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예들이 아니라 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들이 전술한 발명의 범위에 포함되어 있음은 자명하다.

100: 원통형 로터 100a: 돌기극
100b: 필드코일 200: 고정자
220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f, 220g, 220h: 고정자극
300: 백아이런

Claims (5)

1. 자성체로서 회전축부를 축으로 회전하는 돌기극을 갖는 원통형 로터와 고정자극이 포함된 고정자와 상기 고정자에 장착되는 백아이런(back-iron)과 상기 회전축부를 둘러싸며 상기 회전축부를 일정한 위치에 비접촉으로 고정시키는 초전도 마그네틱 베어링을 포함하는 전동발전기가 구성된 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 있어서,
   상기 전동발전기는 와전류를 방지하도록 직류전류를 사용하여 자성체를 자화시켜서 구동되는 릴럭턴스 모터방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 포함하는 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전동발전기에서,
   상기 고정자극은 상기 원통형 로터 양단에 각각 비접촉으로 4개가 한쌍을 이루면서 대칭되게 배치되며,
   상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 원통형 로터에 환상형으로 감겨진 필드코일을 구성하여 상기 원통형 로터의 길이방향으로 자속이 생성되도록 하면서 상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들에서 생성되는 자속들과 폐회로로 자속통로를 이루도록,
   상기 원통형 로터의 길이방향으로 대칭되게 배치된 고정자극들에 감겨진 코일에 흐르는 전류의 방향을 설정한 것을 특징으로 하는 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 포함하는 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 원통형 로터 양단에 각각 배치된 고정자극들 중에 상기 원통형 로터의 길이방향에 수직으로 대칭되게 배치된 고정자극간에는 동일극성이 유도되도록 코일에 흐르는 전류의 방향을 반대로 하여 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 구성되어,
   상기 자속통로는 상기 원통형 로터의 길이방향을 축방향으로하여 서로 대칭되어 형성되는 것을 특징으로 하는 릴럭턴스 모터방식의 전동발전기를 포함하는 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 필드코일에 직류를 흘리면 자속통로가 형성되면서 원통형 로터의 양단에 양극이 생성되면서, 상기 원통형 로터 양단에 각각 배치된 고정자극들의 순차적으로 극성변화에 따른 상기 원통형 로터의 돌기극의 극성과의 반발력에 의해 상기 원통형 로터를 회전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지저장효율을 높인 초전도 플라이휠 에너지 저장장치.
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