KR101218474B1

KR101218474B1 - 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자

Info

Publication number: KR101218474B1
Application number: KR1020120098575A
Authority: KR
Inventors: 원제영
Original assignee: 원제영
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-01-04

Abstract

상측으로 공기 주입구(20f)를 부착하고 철(

)의 형상을 구성한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열함과 동시에 요(

)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하고, 또 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열함과 동시에 요(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하는 것을 복수로 반복한 후, 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 상측의 회전자 커버(20a)를 제외한 길이와 동일한 길이로, 1개 또는 복수개로 구성한 연결금구(20d)를 부착한 후, 하측으로 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 회전자 커버(20a)의 상하로 고정금구(20e)를 설치하고, 볼트(41)로 체결하여 하나의 회전자를 이루며, 그 회전자(20)의 중앙으로 회전축(10)을 관통하여, 회전축(10)과 동시에 회전할 수 있도록, 볼트(41)를 체결하는 것을 특징으로 하는 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자.

Description

공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자{The rotor of generator formed decreased of air resistance and weight}

본 발명은 특허 등록 KR 10-1155124(2012.6.4)의 발전시 회전력이 발생하는 발전동기에서 발전 뭉치의 회전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발전 뭉치 회전자의 중량과 회전저항을 감소시켜 회전 뭉치의 소비전력을 감소시키는 것에 관한 것이다.

발전동기라 함은 전동기와 발전기를 결합한 상태를 통칭하며, 전동기라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이며, 발전기라 함은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기이다. 따라서 발전동기는 전기적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 기기이다. 상기와 같은 발전동기를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 기본개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서 동일한 회전축(10)에 전동기(2000)에 발전기(3000)를 n개 설치하고 있는 형상으로, 도 1a는 선로가 개방되어 무부하로 전동기가 가동하고 있으며, 도 1b는 선로를 연결하여 발전기(3000)의 회전을 억제하는 저항에 의하여 전동기(2000)는 전부하로 가동하고 있는 형상이다.

도 1a에서 전동기(2000)가 발전기(3000)를 정격속도로 가동하기 위하여 소모되는 전력으로 무부하 소비전력이라 하며, 이는 전동기(2000)가 무부하 때 소비하는 전력과 발전기(3000) n개가 무부하 때 소비하는 전력의 합이며,

도 1b에서 전동기(2000)의 소비전력은 발전기(3000) n개가 부하에 전원을 공급할 때에 발전기에서 발생하는 회전을 억제하려는 저항을 전동기(2000)가 추가로 소비전력을 부담하여야 한다.

다시 서술하면, 전동기(2000)의 전부하 소비전력은 전동기의 무부하 소비전력과, 발전기 무부하 소비전력과, 발전기에서 발생하는 회전을 억제하려는 저항에 의한 소비전력의 합이라 할 수 있다.

따라서, 특허 등록 KR 10-1155124(2012.6.4)의 발명의 목적은 전동기의 무부하 소비전력과 발전기에서 발생하는 회전을 억제하려는 저항에 의한 소비전력의 감소가 목적이고, 본 발명의 목적중 일부는 발전기 무부하 소비전력을 감소시키는 것이며, 이는 결과적으로 전동기의 전부하 소비전력을 감소시키는 것이다.

도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8은 본 발명의 목적을 설명하기 위하여, 특허등록 KR 10-1155124(2012.6.4)호에 관한 도면으로, 본 발명과 연관되는 부분에 대하여 먼저 설명한다.

도 2a는 회전축(10)을 중심으로 회전자(20)와 회전자 팔(21)의 끝단에 영구자석(25)이 부착되어 있으며 우측 상단에는 발전코일 홀더(31a)에 발전코일(32a)을 권선한 상태를 표현한 것으로 발전코일(32a)의 폭을 L1이고, 회전자 영구자석(25)의 폭을 L2이면 L1=L2 일 경우를 표현한 것이다.

도 2b에서 회전자 영구자석(25)이 발전코일(32a)의 하측으로 회전을 하면, 발전코일(32a)에는 전류가 흐르며 또한 이 전류에 의하여 자력이 발생한다. 따라서 발전코일(32a)에서 형성되는 자력과 회전자 영구자석(25) 간에는 회전을 방해하는 역반발력과 회전을 증가시켜주는 반발력과 정반발력이 작용한다.

도 2c는 상기에서 서술한 전류의 발생을 그래프로 표현한 것이다. 도면에서 전류는 발생을 시작 점차적으로 증가하다가 발전코일(32a)과 회전자 영구자석(25)의 중간지점을 기점으로 점점 감소한다.

도 2d는 발전코일(32a)에서 형성되는 자력과 회전자 영구자석(25) 사이에서 두 자력 간의 힘을 표현한 것이다. 즉 발전코일(32a)과 회전자 영구자석(25)의 중간지점까지 역반발력으로 작용하다가 중간지점에서 반발력으로 작용하고, 또다시 정반발력으로 작용한다. 이때, 동선에 발생하는 유도기전력에 의한 전류와 두자력 간에 작용하는 힘은, 회전자 영구자석(25)의 자력의 힘과 회전자(20)가 회전하는 속도에 비례한다.

도 3a에서 회전축(10)을 중심으로 회전자(20)와 회전자 팔(21)의 끝단에 영구자석(25)이 부착되어 있으며 우측 상단에는 연속적으로 30도의 위상차를 두고 발전코일(32a)과 발전코일(32b)이 배치되어 있는 것을 표현한 것이다.

도 3b에서 회전자 영구자석(25)이 발전코일(32a)과 발전코일(32b)의 하측으로 회전을 하면 발전코일(32a, 32b)에는 전류가 흐르며, 또한 이 전류에 의하여 자력이 발생한다. 따라서 발전코일(32a)과 발전코일(32b)에 형성되는 자력과 회전자 영구자석(25) 간에는 회전을 방해하는 역반발력과 회전을 증가시켜주는 반발력과 정반발력이 작용한다.

도 3c는 발전코일의 결선을 표시한 것으로 발전코일(32a)과 발전코일(32b)는 병렬로 결선한다.

도 3d는 상기에서 서술한 전류의 발생을 그래프로 표현한 것이다.

도면에서 전류는 발생을 시작, 회전자 영구자석(25)의 시작점이 발전 코일(32a)에 완전히 진입할 때까지 증가하다가 완전히 진입한 후부터 감소하다가 다시 발전코일(32b)에 완전히 진입할 때까지 증가하다가 회전자 영구자석(25)의 시작 지점이 발전코일(32b)에서 벗어나는 지점부터 점점 감소한다. 두 상승점은 30도의 위상각이 있다.

도 3e는 발전코일(32a)에서 형성되는 자력과 회전자 영구자석(25) 사이에서 두 자력 간의 힘을 표현한 것이다. 즉 발전코일(32a)과 회전자 영구자석(25)의 중간지점까지 1.역반발력으로 작용하다가 2.반발력과 3.정반발력으로 작용하다 발전코일(32b)시작 지점에서 다시 4.역반발력이 작용하는데 이 지점은 발전코일(32a)의 반발력과 정반발력의 힘이 발전코일(32b)의 역반발력의 힘과 상쇄되고 잔여분의 역반발력의 힘이 발전코일(32b)과 회전자 영구자석(25)의 중간지점까지 작용하며 이지점을 통과하면서 5.반발력과 6.정반발력이 작용한다. 이때에 2.반발력과 5.반발력의 시간은 회전자 영구자석(25)이 30도의 위상차를 통과하는 시간이다.

다시 서술하면 30도의 위상차 내에서 발전코일(32a)의 반발력과 정반발력의 힘이 발전코일(32b)의 역반발력의 힘과 상쇄되고 잔여분의 역반발력의 힘이 4.역반발력이며 이 힘의 크기만큼 전동기의 회전력이 필요한 것이다. 따라서 발전코일 연속적으로 설치되어 있다면 전동기의 부담이 적어진다.

특허등록 KR 10-1155124(2012.6.4)호의 발전시 회전력이 발생하는 발전동기는 복수의 발전뭉치를 설치하였을 때에 위상차를 두는 방법은 2종류로 구분되는데, 발전뭉치는 동일한 위상으로 설치하고 회전축에 부착된 회전자를 위상차를 두는 방법과 회전축에 부착하는 회전자는 동일한 위상으로 설치하고 발전뭉치의 스테이트를 위상차를 갖게 하는 2가지 방법으로 구분할 수 있으며, 그 위상차는 회전축을 중심점으로 하여 발전코일의 폭의 각도를 발전뭉치의 수량으로 나누는 것이다. 예를 들면 발전뭉치가 5개 설치되고 발전코일의 각도가 30도 일때는 6도가 위상차가 된다.

도 4는 발전코일의 폭의 각도가 회전축의 중심점에서 23도이고 발전 뭉치가 2개이므로 11.5도의 위상차로 회전자가 비틀리게 설치된 것을 표현한 것이다.

도 4a에서 회전축(10)을 중심으로 그 회전축에 #1 발전 뭉치의 회전자(20)와 회전자 팔(21)의 끝단에 영구자석(25)이 부착되고 11.5도의 위상차를 두고 #2 발전뭉치의 회전자(20)와 회전자 팔(21)의 끝단에 영구자석(25)이 부착되어 있으며, 상단에는 2개의 #1 과 #2의 발전 뭉치가 동일한 위상으로 32a(#1)발전코일과 #2 발전코일이 배치되어 있는 것을 표현한 것으로, 회전축이 회전을 하면 동시에 #1 에 부착된 회전자 영구자석(25)과 #2 에 부착된 회전자 영구자석(25)이 회전을 하여 32a(#1)발전코일과 32a(#2)발전코일에는 전류가 흐르며 또한 이 전류에 의하여 자력이 발생한다. 따라서 32a(#1)발전코일과 32a(#2)발전코일에는 #1 에 부착된 회전자 영구자석(25)과 #2 에 부착된 회전자 영구자석(25) 간에는 회전을 방해하는 역반발력과 회전을 증가시켜주는 반발력과 정반발력이 작용한다.

도 4b는 발전코일의 결선을 표시한 것으로 32a(#1)발전코일과 #2 발전코일은 병렬로 결선한다.

도 4c는 상기에서 서술한 전류의 발생을 그래프로 표현한 것이다. 도면에서 전류는 #1 회전자 영구자석(25)의 시작점이 32a(#1)발전코일에 완전히 진입할 때까지 증가하다가, 완전히 진입한 후부터 감소하다가, 다시 #2 회전자 영구자석(25)의 시작점이 32a(#2)발전코일에 완전히 진입할 때까지 증가하다가 완전히 진입한 후부터 지점부터 점점 감소한다.

도 4d는 발전코일(32a)에서 형성되는 자력과 회전자 영구자석(25) 사이에서 두 자력 간의 힘을 표현한 것이다. 즉 #1 회전자 영구자석(25)과 32a(#1)발전코일의 중간지점까지 1.역반발력으로 작용하다가 2.반발력과 3.정반발력으로 작용하다 #2 회전자 영구자석(25)의 시작점이 32a(#2)발전코일의 지점에 진입하면 다시 4.역반발력이 작용하는데 이 지점은 #1 회전자 영구자석(25)과 32a(#1)발전코일의 반발력과 정반발력이 #2 회전자 영구자석(25)의 시작점이 32a(#2)발전코일의 역반발력의 힘과 상쇄되고 잔여분의 역반발력의 힘이 #2 회전자 영구자석(25)과 32a(#2)발전코일의 중간지점에서 5.반발력과 6.정반발력이 작용한다. 이때에 2.반발력과 5.반발력 사이의 시간은 #1과 #2회전자 영구자석(25)이 11.5도의 위상차를 통과하는 시간이다.

다시 서술하면 11.5도의 위상차 내에서 발전코일(32a)의 반발력과 정반발력의 힘이 발전코일(32b)의 역반발력의 힘과 상쇄되고 잔여분의 역반발력의 힘이 4.역반발력이며 이 힘의 크기만큼 전동기의 회전력이 필요한 것이다. 따라서 발전뭉치가 1개 설치된 경우보다 발전뭉치가 복수로 설치되어 있다면 전동기의 부담이 적어진다.

도 5는 동일한 회전축(10)에 2개의 회전자(20)를 동일한 위상으로 설치하고 2개의 발전 뭉치의 발전코일을 11.5도의 위상차를 두고 설치한 경우를 표현한 것으로 도 5a, 5b, 5c, 5d의 동작과 기능은 도 4a, 4b, 4c, 4d에서 설명한 것과 동일하므로 그에 따른 설명은 중복되므로 생략한다.

도 6a는 전동 뭉치(300)의 조립 정면도이다.

회전축(10)에, 회전의 중심으로부터 회전자(20)에 일체화된 회전자 팔(21)의 끝단에 부착되는 영구자석(25)과, 그 영구자석(25)의 회전반경 외측으로 공극을 유지한 후 전자석 코일(37)이 권선된 전자석 코일 홀더(36)를 부착한 후 복수로 설치되는 전자석 투스(35)와, 그 전자석 투스가 삽입될 수 있도록 요형태의 개방된 부분을 원의 내측으로 향하며 복수개로 조립되어 원형을 이루는 전동 뭉치 스테이트(34)와, 그 스테이트 외측으로 복수개가 조립되어 원형을 이루는 고정자 커버(40)를 포함한 전동 뭉치(300)의 조립 정면도이다.

이때, 본 예에서는 전자석 투스가 10개 설치하였으므로 36도의 위상차로 배열하였다. 전동 뭉치(300)를 구성하는 재질 및 종류는 특별한 것에 한정되지는 않으나 회전자(20) 및 회전자 팔(21)은 자성체 또는 비자성체로서 철 또는 알미늄이 적당하고 회전자 영구자석(25)은 희토류계 네오디윰이 바람직하고 전동 뭉치 스테이트(34)는 비자성체로서 알미늄이 바람직하고 전자석 투스는 자성체로서 순철 또는 규소강판을 적층하여 사용하고 고정자 커버(40)은 자성체 또는 비자성체로서 철 또는 알미늄이 바람직하다.

도 6b는 전동 뭉치의 측면도이며, 미도시 되였지만 동일 회전축(10)에는 양측으로 가이드와 복수의 발전 뭉치가 설치되어있다.

도 6c는 전자석 코일(37)의 결선도로서 전자석 코일(30)은 회전자 영구자석(25a, 25b)에 대응하는 전자석 코일은 직렬로 결선한 후 콘트롤러(1000)에서 제어할 수 있도록 반도체 스위치를 포함하여 병렬로 결선하며, 그 운전에 대한 자세한 설명은 생략하고 개요만 설명한다. 도 7a에서 회전자 영구자석(25a, 25b)이 p1, p11에 위치하였을 때에 전원을 투입하여 구동하여 p2, p12의 위치에 도달하면 전원을 개방하여 관성력으로 이동하고 다시 p3, p13의 위치에 도달하면 전원을 투입하여 구동하여 회전자(20)가 이동하며, 이러한 동작을 반복적으로 진행하여 연속적으로 회전을 한다.

도 7a는 발전 뭉치(500)의 조립 정면도이다.

회전축(10)에, 회전의 중심으로부터 회전자(20)에 일체화된 복수의 회전자 팔(21)의 끝단에 부착되는 복수의 영구자석(26)과, 그 영구자석(26)의 회전반경 외측으로 공극을 유지한 후 발전 코일(32)이 권선된 전자석 코일 홀더(31)를 복수로 삽입하여 설치되는 요형태의 개방된 부분을 원의 내측으로 향하며 복수개로 조립되어 원형을 이루는 발전 뭉치 스테이트(33)와, 그 스테이트 외측으로 복수개가 조립되어 원형을 이루는 고정자 커버를 포함한 발전 뭉치(500)의 조립 정면도이다.

이때, 본 예에서는 전자석 투스가 24개 설치하였으므로 15도의 위상차로 배열하였고 발전용 회전자 영구 자석(26)은 3개를 설치하였다. 다시 서술하면 특허등록 KR 10-1155124(2012.6.4)호 제 1 실시예의 도 20에서 전동 뭉치(300)의 회전자 영구자석(25)의 수량과 동일하지 않고 복수로 사용하여도 되는 것이다. 즉 발전용 회전자 영구자석(26)의 수량의 증가로 발전량은 증가한다.

참고로 발전 뭉치(500)를 구성하는 재질 및 종류는 특별한 것에 한정되지는 않으나 회전자(20) 및 회전자 팔(21)은 자성체 또는 비자성체로서 철 또는 알미늄이 적당하고 영구자석(26)은 희토류계 네오디윰이 바람직하고 발전 뭉치 스테이트(33)는 비자성체로서 알미늄이 바람직하고 전자석 투스는 자성체로서 순철 또는 규소강판을 적층하여 사용하고 고정자 커버(40)은 자성체 또는 비자성체로서 철 또는 알미늄이 바람직하다.

도 7b는 발전 뭉치의 측면도이며, 미도시 되였지만 동일 회전축(10)에는 양측으로 가이드와 발전 뭉치가 설치되어있다.

도 7c는 발전 코일(32)의 결선도로서

도 7b를 참조하면 발전 뭉치(500)에 코일을 결선할 수 있는 부스바 지지애자(38)에 부스바(39)를 설치하고, 그 설치된 부스바에 발전 코일(32a~x)를 병열로 접속하며, 이에 사용되는 재질 및 종류는 특별히 한정되지 않으나 부스바 지지애자(38)는 에폭시의 재질을 사용하며, 부스바(39)는 은도금한 동대를 사용하고, 부스바에 코일을 부착시 접촉저항의 최소화하기 위하여 터미널등을 사용하는 것이 바람직하다.

도 8은 측면도이다

베어링이 부착된 양측 가이드 사이에, 회전축(10)이 회전가능하게 설치되며 상기 회전축(10)을 중심으로 전동 뭉치(300)와 복수의 발전 뭉치(500)가 설치하는데, 그 전동 뭉치(300)에 있어서 회전의 중심으로부터 회전의 반대방향으로 일정각도 구부러진후 다시 반대방향으로 소정각도 구부러진 회전자 팔(21)과 그 끝단에 회전자 영구자석(25)이 부착된 회전자(20)와, 그 영구자석(25)의 회전반경 외측으로 공극을 유지한 후 전자석 코일(37)이 권선된 전자석 코일 홀더(36)를 부착한 전자석 투스(35)가 삽입될 수 있도록 요형태의 개방된 부분을 원의 내측으로 향하며, 복수개로 조립되어 원형을 이루는 스테이트(30)와, 그 스테이트의 내측으로 부착되는 전자석 코일(37)이 권선된 전자석 코일 홀더(36)를 부착한 복수의 전자석 투스(35)와, 그 스테이트 외측으로 복수개가 조립되어 원형을 이루는 고정자 커버를 포함하여 전동 뭉치(300)를 이루며,

전동 뭉치(300)의 회전자가 부착된 동일한 회전축(10)에, 회전의 중심으로부터 회전의 반대방향으로 일정각도 구부러진후 다시 반대방향으로 소정각도 구부러진 복수의 회전자 팔(21)과 그 끝단에 복수의 발전용 회전자 영구자석(26)이 부착된 회전자(20)와, 그 영구자석(26)의 회전반경 외측으로 공극을 유지한 후 발전 코일(32)이 권선된 전자석 코일 홀더(31)가 삽입될 수 있도록 요형태의 개방된 부분을 원의 외측으로 향하며 복수개로 조립되어 원형을 이루는 스테이트(33)와, 그 스테이트 외측으로 매입되는 복수의 발전 코일(32)이 권선된 발전 코일 홀더(31)와, 그 발전 코일(32)이 매입된 스테이트 외측으로 복수개가 조립되어 원형을 이루는 고정자 커버(40)를 포함하여 일정한 위상각을 유지하며 복수의 발전 뭉치(500)가 부착된 발전시 회전력이 발생하는 발전동기의 측면도이다.

본 도면에서는 도 7a를 참조하면 발전 코일(32)의 폭이 13도이고 발전 뭉치의 수량이 5개이므로 1(500)의 발전 뭉치의 회전자를 기준으로 각각의 회전자(20)를 2.6도씩의 위상 차이를 두고 설치한 것을 표현한 것이다. 참고로 회전자(20)를 동위상으로 설치하고, 발전 뭉치 스테이트(33)를 위상차를 두어도 동일하다.

이상으로 특허등록 KR 10-1155124(2012.6.4)호의 일부 도면을 설명하였다.

도 9, 10, 11은 발전 뭉치에서 본 발명의 개요 및 목적을 설명하는 도면으로, 설명을 간단히 하기 위하여 본 도면에서는 스테이트와 고정자 커버등 을 미도시하고 회전자(20)와 발전코일(32)만 도시하여 설명하기로 한다.

또한 회전자(20)를 구동하는데 있어서 본 발명은 회전 뭉치로 구동하는 것으로 설명하여야 하나, 설명을 간단히 하기 위하여 발전 뭉치의 구동에는 수력, 풍력, 디젤 엔진 등, 여러 가지의 구동 방법 중, 전동기로 발전 뭉치 회전자를 구동하는 것으로 하며, 통상적으로 전동기의 회전수는 4극 전동기의 동기속도인 1,800rpm이므로 1초당 30회전 하는 것으로 설명하고, 기동은 Y-△ 기동이며, 통상정격속도까지 도달하는 시간을 15초 내,외로 구동하는 것으로 하여 설명을 한다.

도 9a에서 회전축(10)을 중심으로 회전자 영구자석(26a)의 외측으로 발전 코일(32a ~ 32ad) 30개가 부착되어 있고, 회전자(20)가 회전할 때에 회전자 팔(21)에 부착된 영구자석(26a)도 동시에 회전을 하는 것을 표현한 것이다.

이때에 회전자 영구자석(26)의 자력에 의하여 발전코일(32a~32ad) 30개 각각에는 e = blv (V) 라는 공식에 의하여 유도기전력이 발생한다. 즉 자력과 코일의 길이와 회전자 영구자석(26a)의 회전 각속도에 의하여 유도기전력의 크기가 결정된다.

이때에 각각의 발전코일에서 발생하는 유도기전력을 취합하는 설명은 특허출원 KR 10-2012-0006318 (2012.1.19)에 기술하였으므로 이에 대한 설명은 생략하고 유도기전력이 발생하는 현상에 대하여 설명하기로 한다.

도 9b는 도 9a의 발전코일(32a~32ad)에서 발생하는 유도기전력의 곡선을 도시한 것이다. 이때에 각각의 발전코일(32a~32ad)에서 발생하는 유도기전력은 30Hz의 주파수와, 발전코일(32a~32ad)은 각각 30개의 위상차를 두고 발생한다.

이때에 발전코일(32a)의 중앙에 회전자 영구자석(26a)의 중앙과 일치하는 지점이 유도기전력의 크기가 가장 큰 지점이며, 또한 회전자(20)의 회전을 가장 크게 억제하는 지점이며, 회전자 영구자석(26a)이 1회전 진행을 할 때에 나머지 발전코일(32b~32ad)의 중앙과 회전자 영구자석(26a)과 중앙에서 일치하는 지점 또한 회전자(20)의 회전을 가장 크게 억제하는 지점이다.

즉, 전동기의 토오크(torque)를 결정하는 지점이다. 물론 토오크는 전동기의 용량과 비례하며, 또한 소비전력과 비례한다.

또한, 전동기의 토오크는 회전자의 지름과 중량에 의하여 결정하는데, 각각의 전동기 제조사에서 배포하는 자료에 의하면 원판(Disk wheel)을 구동하는 토오크 산출공식에서 토오크 T = (GD²/37,500)× (N/t)[kgf·㎠]이며, 원판의 경우 GD²= 1/2 × WD²[kgf·㎠]으로 W는 회전체의 중량, D는 회전체의 지름, N는 회전체의 회전속도, t는 정격 속도에 도달하는 시간으로, 중량과 지름과 속도와 정격 속도에 도달하는 시간에 의하여 토오크를 산정한다. 따라서 토오크 산출 공식을 정리하면 토오크는 회전체의 중량과 지름과 속도에 비례하며, 정격 속도에 도달하는 시간에는 반비례한다.

상기 산출공식에서 회전자(20)의 지름은 도 9, 10, 11에서 후술하지만 발전코일(32)의 수량과 관계가 있다. 즉 지름이 커질수록 발전코일(32)의 수량이 증가하여 유도기전력을 획득하는 량이 많아지고, 지름이 적어질수록 발전코일(32)의 수량이 적으므로 유도기전력을 획득하는 량은 적어진다. 따라서 발명의 목적은 유도기전력을 증가시키면서, 회전자(20)의 중량을 감소시키는 것이다.

즉 회전자의 중량을 감소시켜 토오크를 감소시키는 것이며, 전동기의 소비전력을 감소시키는 것이다.

도 9c 와, 도 9d에서 도 9c는 도 9d의 원형 점선부분을 확대한 것이며, 도 9d에서 보면 회전자 영구자석(26a~26o)은 15개, 발전코일(32a~32ad)은 30개가 배치하였다.

도 9c에서 영구자석 26o와 발전코일 32ac, 영구자석 26a와 발전코일 32a, 영구자석 26b와 발전코일 32c가 각각의 발전코일 중심점에 각각의 영구자석의 중심점과 일치하는 것을 표현한 것이다.

도 9d에서 회전자 영구자석(26a~26o)의 수량 15개가 도 9c에서 설명한 것과 같이 발전코일(32a,-c,-e,-g,-i,-k,-m,-o,-q,-s,-u,-w,-y,-aa,-ac)의 중심점에 일치하고 있다. 즉 도 9d에서 발생하는 유도기전력은 도 9a에서 발생하는 유도기전력의 15배가 되며, 이는 회전자(20)의 회전을 억제하는 저항이 15배 증가하므로, 이를 극복하기 위하여 전동기의 토오크도 15배가 증가하여야 하며, 이때에 각각의 발전코일(32a~32ac)에 발생하는 주파수는 30Hz의 15배로 450Hz가 된다.

도 9e 와, 도 9f에서 도 9e는 도 9f의 원형 점선부분을 확대한 것이며, 도 9f에서 보면 회전자 영구자석(26a~26o)은 15개, 발전코일(32a~32ae)은 31개를 배치하였다.

도 9e에서 영구자석 26o와 발전코일 32ad, 영구자석 26a와 발전코일 32a, 영구자석 26b와 발전코일 32c가 각각의 발전코일에 위치하는데, 도 2, 3, 4에서 설명한 바와 같이 영구자석 26o는 발전코일 32ad에 대하여 정반발력으로, 영구자석 26a와 발전코일 32a에 대하여 반발력으로 영구자석 26b와 발전코일 32c에 대하여 역반발력으로 작용하고 있다, 즉 영구자석 26a를 중심으로 좌우 대칭하고 있으며 영구자석 26o와 발전코일 32ad에서 발생하는 잉여 정반발력과 영구자석 26b와 발전코일 32c에서 발생하는 잉여 역반발력은 서로 상쇄되는 것을 표현한 것이다.

도 9f에서 회전자 영구자석(26a~26o)의 수량 15개가 도 9e에서 설명한 것과 같이 각각의 발전코일(32a~32ae) 31개가 해당하는 영구자석에 대하여 영구자석 26a를 기준점으로 좌우 대칭하여 서로 상쇄되고 영구자석 26a와 발전코일 32a에서 발생하는 회전억제력의 크기가 전동기의 토오크이며, 도 9d에 비하여 감소함을 알 수 있다. 또한 도 9f에서 발생하는 유도기전력은 도 9a에서 발생하는 유도기전력의 15배와 추가되는 1개의 유도기전력의 합, 즉 15 × 31/30 배가 되며, 이때에 각각의 발전코일(32a~32ae) 31개에 발생하는 주파수는 30Hz의 15배로 450Hz가 된다.

따라서 본 발명과 특허등록 KR 10-1155124(2012.6.4)는 회전자 영구자석과 이에 대응하는 발전코일의 배치 위치에 따라 소비전력이 크게 변화하는 것을 알 수 있다.

도 10은 회전자의 직경을 증가하였을 때에 유도기전력의 증가와 더불어 토오크가 증가하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 10a에서 반지름이 d인 회전자(20)에 대하여 발전코일(32a~23ae) 31개가 설치된 것을 표현한 것이다. 이때에 발생하는 유도기전력과 회전 억제력은 도 9a와 도 9b에서 설명한 것과 동일하며,

도 10b는 반지름이 2d인 회전자(20)에 대하여 발전코일(32a~23ae) 31개가 설치된 것을 표현한 것이다. 도 10a와 비교하면 반지름이 2배 증가한 것으로 반지름 2d인 원주는 2 × 2d × π이며, 반지름 d인 원주는 2 × d × π 로 원주가 2배 커진다. 따라서 회전자 영구자석(26a)의 각속도도 2배 증가하며, 유도기전력 또한 2배로 증가하나, 이에 따른 회전 억제력도 2배로 증가하며, 반지름의 2배로 증가함에 따라 회전자 팔(21)은, 길이의 증가에 따라 중량이 증가하여야 한다. 따라서 토오크의 증가는 회전억제력의 2배 증가와 회전자 중량의 증가로 인하여 2배 이상으로 증가하여야 한다. 즉 소비전력도 증가하여야 하며, 이때에 각각의 발전코일(32a~32ae) 31개에 발생하는 주파수는 30Hz가 된다.

도 10c는 반지름이 2d인 회전자(20)에 대하여 발전코일(32a~23bn) 62개가 설치된 것을 표현한 것이다. 도 10b와 비교하면 발전코일(32a~23bn)의 수량의 2배 증가로 인하여, 도 10b에서 획득하는 유도기전력의 2배 증가한다. 그러나 도 10a와 비교하면 유도기전력은 회전각속도 2배 증가와 발전코일수량의 2배 증가로 4배가 증가하나, 이에 따른 회전 억제력은 2배로 증가하며, 반지름의 2배로 증가함에 따라 회전자 팔(21)도 길이의 증가에 따라 중량이 증가하여야 한다. 따라서 토오크의 증가는 회전억제력의 2배 증가와 중량의 증가로 인하여 2배 이상으로 증가하여야 한다. 즉 소비전력도 증가하여야 하며, 이때에 각각의 발전코일(32a~32bn) 62개에 발생하는 주파수는 30Hz가 된다.

도 11은 회전자의 직경과 회전자 팔(21)의 수량을 증가하였을 때에 유도기전력의 증가와 더불어 토오크가 증가하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 11a에서 반지름이 d인 회전자(20)에 대하여 회전자 팔(21)과 회전자 영구자석(26a~26o)이 15개, 발전코일(32a~32ae)이 31개가 설치된 것을 표현한 것이다. 이때에 발생하는 회전 억제력은 도 9f에서 설명한 것 같이, 회전자 영구자석 26a를 중심선으로, 발전코일(32a~32ae) 31개가, 이에 해당하는 영구자석(26a~26o)에 대하여, 영구자석 26a를 기준점으로 좌우 대칭하여 서로 상쇄되고 영구자석 26a와 발전코일 32a에서 발생하는 회전억제력의 크기와, 회전자의 중량과, 회전자(20)가 회전을 진행할 때에 회전자 팔(21)의 공기와 접촉하는 부위에 대한 공기저항의 합이 전동기가 부담하는 토오크이다. 물론 도 9와 도 10에서는 설명을 간단히 하기 위하여 공기저항에 대하여 언급하지는 않았다.

도 11b에서 반지름이 2d인 회전자(20)에 대하여 회전자 팔(21)과 회전자 영구자석(26a~26o)이 15개, 발전코일(32a~23bn)은 62개가 설치된 것을 표현한 것이다. 도 9f 설명한 것과 같이 각각의 발전코일(32a~32bn) 62개가, 이에 해당하는 영구자석에 대하여 영구자석 26a를 기준점으로 좌우 대칭하여 서로 상쇄되고 영구자석 26a와 발전코일 32a에서 발생하는 회전억제력의 크기와 발전코일(32a~23bn)의 수량의 2배 증가로 인하여, 도 11a에서 획득하는 유도기전력보다, 회전각속도 2배 증가와 발전코일수량의 2배 증가로 4배가 증가하나, 이에 따른 회전 억제력은 회전각속도 2배 증가에 따라 2배로 증가하며, 반지름의 2배로 증가로 인한 회전자 팔(21)도 길이의 증가에 따라 중량이 증가하며, 회전자 팔(21)의 공기와 접촉하는 부위에 대한 공기저항의 합도 증가하며, 상기에서 서술한 토오크의 증가는 회전억제력의 2배 증가와 회전자(20)의 중량의 증가 및 회전자(20)가 회전을 진행할 때에 회전자 팔(21)의 공기와 접촉하는 부위에 대한 공기저항의 합으로, 토오크는 2배 이상으로 증가하며, 또한 소비전력도 증가하여야 한다.

상기, 도 9,10,11을 다시 서술하면, 유도기전력 e = blv (V), 토오크 T = (GD²/37,500)× (N/t)[kgf·㎠]와, GD²= 1/2 × WD²[kgf·㎠]의 공식에서 와 같이, 회전자(20)의 반지름이 d에서 2d로 확장하면, 유도기전력의 회전자(20)의 각속도의 2배 증가와 발전코일(32)의 2배 증가로 4배 증가하나, 토오크는 회전각속도 2배 증가에 따라 회전 억제력은 2배, 반지름의 2배로 증가로 인한 회전자 팔(21) 길이의 증가에 따라 중량이 증가, 회전자 팔(21)의 공기와 접촉하는 부위에 대한 공기저항의 증가요인으로 인하여 토오크가 증가하는 것을 알 수 있다.

따라서 유도기전력의 회전자(20)의 각속도의 2배 증가와 회전각속도 2배 증가에 따라 2배 증가하는 회전 억제력에 대한 부분은 본 발명에서는 제외하고, 발전코일(32)의 2배 증가에 따른 유도기전력의 2배 증가분을 보존하기 위하여, 반지름의 2배로 증가로 인한 회전자 팔(21) 길이의 증가에 따라 중량이 증가와, 회전자 팔(21)의 공기와 접촉하는 부위에 대한 공기저항의 증가요인을 감소시키는 것,

즉, 회전체의 지름 D와, 회전체의 회전속도 N는 유도기전력의 발생량과 관계되므로 D와 N는 보존하고, 중량W를 감소하고, 중량에 따라 정격 속도에 도달하는 시간 t를 적절하게 선정하는 것이 본 발명의 목적이며, 배경이 되는 기술이다.

상기에서 서술한 바와 같이 회전자 팔에 증가하는 중량에 따라서 전동기의 토오크가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 회전자 팔과 회전자 영구자석에 접촉되는 공기저항의 증가에 의하여 전동기의 토오크가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 회전자 팔과 회전자 영구자석에 접촉되는 공기저항의 증가에 의하여 소음이 증가하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 회전자 (20)의 중량을 감소하고, 중량에 따라 정격 속도에 도달하는 시간 t를 적절하게 선정하여 토오크를 감소시키며, 또한 소비전력을 감소시키는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자는,

상측으로 공기 주입구(20f)를 부착하고 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하는 것을 복수로 반복한 후, 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 상측의 회전자 커버(20a)를 제외한 길이와 동일한 길이로, 1개 또는 복수개로 구성한 연결금구(20d)를 부착한 후, 하측으로 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 회전자 커버(20a)의 상하로 고정금구(20e)를 설치하고, 볼트(41)로 체결하여 하나의 회전자를 이루며, 그 회전자(20)의 중앙으로 회전축(10)을 관통하여, 회전축(10)과 동시에 회전할 수 있게, 볼트(41)를 체결하는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전자(20)에 공기보다 가벼운 기체를 충진하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전동기의 입력량과 발전기의 출력량을 비교하여 전동기의 정격 속도에 도달하는 시간을 지정하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명품에 의하면, 발전뭉치 회전자의 중량이 감소하여 토오크가 감소한다.

도 1 : 본 발명의 개념을 설명하기 위한 도면
도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 : 특허등록 KR 10-1155124(2012.6.11)의 관련도면
도 9, 10, 11 : 본 발명의 목적을 설명하기 위한 도면
도 12, 13 : 회전자를 구성하는 주요 부품에 대한 도면
도 14 : 회전자의 분해도, 조립도 및 상세도
도 15 : 제1, 2 실시예의 도면
도 16 : 본 발명의 구성도
도 17 : 제3 실시예의 도면

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

구체적인 설명을 하기 이전에, 배경이 되는 기술에서 사용하는 재질과, 본 발명에서 사용하는 재질에 대하여 우선 서술한다.

배경이 되는 기술의 도면 중에서, 도 7a를 보면 회전자(20) 및 회전자 팔(21)의 재질은 자성체 또는 비자성체로서 철 또는 알미늄이 적당하고 서술하였다. 참고로 알미늄의 비중은 2.7~2.8 정도이고, 철의 비중은 7.83 ~ 7.86이다.

또한 본 발명에서 회전자(20)에 사용하는 재질은 비자성체이며, 비금속인 엔지니어링 플라스틱이다. 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)은 기계 부품이나 구조재료 등 공업용 재료로, 강철보다도 강하고 알루미늄보다도 전성이 풍부하며, 금·은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지로서, 금속의 대체를 주요 목표로 하는 수지를 총칭하는 용어로써, 종류에 따라 엔지니어링 플라스틱의 비중은 1.1 ~ 1.3 정도인 것이며, MC나이론 또는 PEEK가 바람직하다.

따라서 본 발명품에 엔지니어링 플라스틱을 사용하면, 알미늄 또는 철보다 약 2.5배 ~ 7.5배 정도 중량을 감소할 수 있다.

또한 회전자(20)에 소요되는 부품의 가공은 형상을 밀링등 으로 가공하거나, 압출하여 성형하는 것이 바람직하다.

이상으로 사용하는 재질에 대하여 설명을 하였으며, 다음은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다.

도 12, 13은 회전자를 구성하는 주요 부품에 대한 설명이다.

도 12중 도 12a, 도 12b, 도 12c는 회전자 커버(20a)에 대한 도면으로, 도 12a는 좌측 평면도이고, 도 12b는 측면도이며, 도 12c는 우측 평면도이며, 회전자 커버(20a)는 회전자의 상,하측 또는 좌,우측으로 설치하여 회전자의 커버 역활을 하는 것이다.

또한 회전자 커버(20a)에 대한 형상은, 도 12a의 좌측 평면도와 같이 볼트를 체결할 수 있는 홀과 하측 부품에 삽입될 수 있도록 가로, 세로 t3와 t4의 규격으로 철(

)의 형태의 홈을 파며 또한 공기 주입기(20f)를 설치하는 홀을 가공하고, 도 12c는 우측평면도로서 공기와 접하는 부분으로 볼트와 공기 주입기(20f)를 설치하여도 부품이 돌출되지 않도록 평활하게 하는 것이 바람직하고, 도 12b의 측면도에서 공기 주입기(20f)를 삽입하여야 한다.

본 발명에서는 회전자에 부착되는 자석을 네오디움 영구자석 또는 전자석으로 사용하며, 기능 또한 동일하므로, 설명을 간단히 하기 위하여 영구자석을 부착하는 것으로 설명한다.

도 12d와 도 12e는 영구자석을 고정하는 용도의 영구자석 고정체(20b)에 대한 도면으로, 도 12d는 평면도이고, 도 12e는 측면도이다.

도 12d에서 영구자석 고정체(20b)는, 중공의 형상으로 원주율에 따라 일정 간격으로 영구자석을 매입할 수 있도록 홈을 관통하고 회전자 커버(20a)의 일정 간격으로 가로, 세로 t3와 t4의 규격의 철(

) 부위에 삽입할 수 있도록 일정 간격으로 가로, 세로 t3와 t4의 규격으로 요(

)를 상하로 구성하며, 일정 간격으로 볼트가 체결될 수 있도록 홀을 만들고 중량을 감소하기 위하여 원주율 내부는 공간으로 한다. 후술하지만, 원주율 내부의 공간은 공기보다 가벼운 기체를 충진하는 공간으로 중량을 더욱 감소시키는 방법이고, 요(

)와 철(

)의 삽입은 원심력에 대한 보강 방법이다. 또한, 공기보다 가벼운 기체의 종류는 특별히 한정하지 않으나 수소 또는 헬늄등이 바람직하다.

도 12e는 영구자석 고정체(20b)의 측면도로서 영구자석을 삽입하는 것을 표현한 도면이다.

도 13a와 도 13b는 영구자석 고정체(20b)와 영구자석 고정체(20b)를 연결하는 고정 연결체(20c)에 대한 도면으로, 그 용도는 영구자석 고정체(20b)와 영구자석 고정체(20b)의 간격을 확보하며 동시에 영구자석이 상측 또는 하측으로 이탈하지 않도록 하는 것으로, 도 13a는 고정 연결체(20c)의 평면도이고, 도 13b는 고정 연결체(20c)의 측면도이다.

도 13a에서 일정 간격으로 가로, 세로 t3와 t4의 규격의 철(

)을 상하로 구성하며, 일정 간격으로 볼트가 체결될 수 있도록 홀을 만들고 원주율 내부는 중량을 감소시키는 방법으로 공간으로 하며, 원주율 내부의 공간은 수소 또는 헬륨 등의 가스로 충진하며, 또한 철(

)은 원심력에 대한 보강 방법이다.

도 13b는 고정 연결체(20c)의 측면도로서 고정 연결체(20c)의 높이 t는 특별히 한정하지 않으나, 영구자석 고정체(20b)와 영구자석 고정체(20b)의 간격을 확보하는 높이가 바람직하다.

도 13c와 도 13d는 연결금구(20d)는 상측의 회전자 커버(20a)와 하측의 회전자 커버(20a)의 사이에 배치하는 것으로 볼트(41)를 체결할 때에 휨을 방지하고 상측의 회전자 커버(20a)와 하측의 회전자 커버(20a)를 일체형으로 조립하여 원심력에 대한 보강 방법이며, 또한 볼트(41)의 재질은 특별히 한정하지 않으나 스테인레스, 철 또는 엔지니어링 플라스틱이 바람직하다.

도 13c에서 연결금구(20d)의 평면도로서 중앙의 홀은 회전축(10)이 관통하며 일정간격으로 원주율에 따라 홀을 형성하여 볼트(40)를 관통하며,

도 13d는 연결금구(20d)의 측면도로서, 높이 t는 특별히 한정하지 않으며, 상측의 회전자 커버(20a)와 하측의 회전자 커버(20a)의 높이에 1개 또는 복수개로 분활하는 것이 바람직하다.

도 13e와 도 13f는 고정금구(20e)의 평면도와 측면도이다.

도 13e에서 고정금구(20e)는 회전자 커버(20a)와 회전축(10)을 고정하는 용도로서 회전자 커버(20a)와 결합할 때에, 볼트나 넛트가 돌출되지 않도록, 상하의 홀의 지름을 볼트와 넛트의 규격에 맞게 가공하며, 회전축(10)에 고정할 때에는 무드볼트로 체결하는 것이 바람직하며,

도 13f는 고정금구(20e)의 측면도로서, 높이 t는 특별히 한정하지 않으며, 그에 대한 재질은 강도에 따라 비자성체인 알미늄 또는 비자성체이며 비금속인 엔지니어링 플라스틱이 바람직하다.

도 14a와 도 14b는 회전자(20)의 분해도 및 조립도이며, 도 14c, 도 14d, 도 14e는 도 14b의 원형 표시부분을 확대한 상세도이다.

도 14a는 회전자(20)의 분해도이다.

도시하지는 않았지만, 전동 뭉치(300)의 회전자가 부착된 회전축(10)에 영구자석 고정체(20b)의 원주율에 따라 영구자석(26)을 삽입하고, 빈 공간인 그 중심으로 연결금구(20d)를 회전축(10)에 삽입하고, 상측과 하측에 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)와 회전축(10)에 상측과 하측으로 고정금구(20e)를 삽입하여 볼트(41)를 취부하여 일체화된 회전자(20)를 분해한 분해도이다.

도 14b는 회전자(20)의 조립도이다.

회전축(10)에 영구자석 고정체(20b)의 원주율에 따라 영구자석(26)을 삽입하고, 빈 공간인 그 중심으로 연결금구(20d)를 회전축(10)에 삽입하고, 상측과 하측에 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)와 회전축(10)에 상측과 하측으로 고정금구(20e)를 삽입하여 볼트(41)를 취부하여 일체화된 회전자(20)이며, 상측의 회전자 커버(20a)에 부착된 공기 주입구(20f)로 공기보다 가벼운 기체(90)를 투입하면서 동시에 하측의 회전자 커버(20a)에 부착된 공기 주입구(20f)로 공기를 배출하여, 결과적으로 회전자(20)의 중량을 더욱 감소시킨다. 이때에 사용하는 기체는 수소기체 또는 헬륨가스가 바람직하다.

도 14c는 도14b의 A부분을 확대한 상세도로서 회전자 커버(20a)에 공기 주입구(20f)를 부착한 형상이다. 도시하지는 않았지만 공기보다 가벼운 기체(90)를 투입한 후, 홀에 일치하는 고무 마개(42)를 삽입하여 회전자 커버(20a)와 동일한 평면을 유지하여 공기의 저항을 감소시키는 것이 바람직하며, 공기 주입구(20f)의 규격은 특별히 명시하지 않으나 내부에 스프링을 장착하여 고무를 상시 누름으로 공기가 차단되는 구조이면 바람직하다. 이때에 공기보다 가벼운 기체(90)의 투입은 고무에 압력을 가하면 공기가 유통되며 이 통로로 공기보다 가벼운 기체(90)를 투입한다.

도 14d는 도14b의 B부분을 확대한 상세도로서 고정금구(20e)의 회전자 커버(20a)와 접착되는 부위는 볼트(41)의 몸통과 일치하게 하고 볼트(41)의 머리가 삽입되는 ⓑ부위는 볼트(41)의 머리와 일치하게 가공하여 불트(41)로 회전자 커버(20a)에 부착하고 고무 마개(42)로 덮고, 회전축(10)에 부착하기 위하여 ⓐ부분에는 무드볼트(41)로 체결하는 형상이다. 이때에 고정금구(20e)를 회전자 커버(20a)에 부착할 때에는, 공기보다 가벼운 기체(90)가 누출되지 않도록 하여야 한다.

도 14e는 도14b의 C부분을 확대한 상세도로서 영구자석(26)이 삽입된 영구자석 고정체(20b)에 회전자 커버(20a)를 조립한 상세도로서, 회전자 커버(20a)와 영구자석 고정체(20b)를 조립하고 불트(41)를 체결한 후 고무 마개(42)로 덮은 형상이다. 이때에 ⓒ부위에 각각의 요(

)와 철(

)이 일치하게 하여 원심력에 대하여 더욱 보강하며, 또한 공기보다 가벼운 기체(90)가 누출되지 않도록 하여야 한다.

도 15a는 제1 실시예이며, 도 15b는 제2 실시예이고, 도 15c는 도 15b의 원형 점선부분 D의 상세도이다.

도 15a에서 공기보다 가벼운 기체(90)를 충진한 회전자(20)를 회전축(10)에 n개를 부착한 제1 실시예이다. 도면에는 표기하지 않았으나, 도면 8을 참조하면,각각의 회전자는 스테이트의 코일에 대하여 원의 중심으로부터 각도를 산출하여, 이값을 n개로 나누어 회전자 또는 스테이트의 위상각을 확보하는 것으로 서술하였다.

그러나 개별의 회전자(20)를 n개 설치할 때에는, 1개의 회전자(20)의 중량의 n배가 된다. 따라서 중량을 더욱 감소하기 위하여, 제2 실시예는 n개의 회전자(20)를 고정 연결체(20c)를 n개 사용하여, 1개의 회전자(20)로 제작하여 회전자(20)의 중량을 감소 시키며, 이에 대한 설명은 제2 실시예에서 상세히 설명한다.

도 15b는 제2 실시예이다.

상측으로 공기 주입구(20f)를 부착하고 철(

)의 형상을 구성한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 발전용 회전자 영구자석(26)을 삽입 배열하며 요(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하고, 또 발전용 회전자 영구자석(26)을 삽입 배열하며 요(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하는 것을 복수로 반복한 후, 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 상측의 회전자 커버(20a)를 제외한 길이 t와 동일한 길이로, 1개 또는 복수개로 구성한 연결금구(20d)를 부착한 후, 하측으로 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 회전자 커버(20a)의 상하로 고정금구(20e)를 설치하고, 볼트(41)로 체결한 후, 공기 주입구(20f)으로 공기를 배출하면서, 공기보다 가벼운 기체(90)를 충진하여, 1개의 회전자를 이루며, 그 회전자(20)의 중앙으로 회전축(10)을 관통하여, 회전축(10)과 동시에 회전할 수 있도록, 무드볼트(41)를 체결한 형상이다.

도 15c는 도 15b의 원형 점선부분 D의 상세도이다.

도면에서 ⓓ부위는 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열하고 요(

)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)에 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 접합한 형상으로, 이러한 요(

)와 철(

)의 접합은 원심력에 대하여 더욱 보강하는 역할을 한다.

도 16은 본 발명품의 구성도이다.

도면에서 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열하고 요(

)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)에 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c) 5개에 대하여 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)가 4개로 구성한 회전자(20)이다. 도 15a를 참조하면 회전자(20)를 각각으로 하여 설치를 하면 회전자 커버(20a)와 고정금구(20e)가 각각 10개씩 소요되나, 본 도면에서는 회전자 커버(20a)와 고정금구(20e)가 각각 2개씩 소요되는 것에 반하여 철(

)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 4개가 추가로 배치되는 것을 알 수 있다. 하지만 고정자 연결체(20c)의 중량을 감소하는 구조로 하고 또한, 공기보다 가벼운 기체(90)를 충진하면 회전자의 전체 중량은 감소한다.

도 17은 본 발명품을 제품에 적용한 제 3실시예이다.

회전축(10)을 중심으로 회전자 뭉치(300)을 설치하고, 동일한 회전축(10)에 상측으로 공기 주입구(20f)를 부착하고 철(

)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)를 설치하는 것을 5개 설치하고, 상측의 회전자 커버 (20a)를 제외한 길이 t와 동일한 길이로, 1개 또는 복수개로 구성한 연결금구 (20d)를 부착한 후, 하측으로 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 회전자 커버(20a)의 상하로 고정금구(20e)를 설치하고, 볼트(41)로 체결한 후, 공기 주입구(20f)으로 공기를 배출하면서, 공기보다 가벼운 기체를 충진한 회전자(20) 중앙으로 회전축(10)을 관통하여, 회전축(10)과 동시에 회전이 가능하게, 볼트(41)을 체결한 후, 영구자석 고정체(20b)와 대응하게, 스테이트에 발전 코일(32)을 부착한 발전뭉치(500)을 5개 설치하고, 그 주위로 고정자 커버(40)을 설치한 제 3 실시예이다. 도면에서는 스테이트를 #1(500)을 기점으로, 도 11b를 참조하면 발전코일(32)는 원의 중심으로 부터 6도 이므로, 각각 1.2도씩 위상차를 확보하는 것을 표현한 것이다.

다음은 도면에는 도시하지는 않았지만 정격속도에 도달하는 시간에 대하여 서술한다.

토오크 T = (GD²/37,500)× (N/t)[kgf·㎠]와, GD²= 1/2 × WD²[kgf·㎠]와 유도기전력 e = blv (V)의 공식에서, 통상적으로 토오크 T를 산정할 때에는 회전자(20)의 지름 D와 회전수 N를 우선 확정하고, 정격 속도에 도달하는 시간 t를 선정한 다음에, 토오크 T를 산정한다. 물론 회전수 N에 의하여 유도기전력 e는 산출된다. 앞에서 서술하였듯이 토오크 T는 정격 속도에 도달하는 시간 t에 반비례하며, 통상적으로 정격 속도에 도달하는 시간 t는 전동기의 특성과 전동기를 이용하는 설비의 특성에 맞게 산정하며, 통상적으로 전동기의 조작이 빈번한 경우에는 15초 ~ 30초로 산정한다. 그러나 발전동기의 부하 특성은 오직 전기적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 기기로, 전동기를 1번의 조작으로 장시간 운전하므로, 이러한 점을 감안하여 정격 속도에 도달하는 시간 t를 조정하면 되는 것이다.

다시 서술하면, 상기 공식은 다음과 같이 변경될 수 있다. 정격 속도에 도달하는 시간 t = (GD²/37,500)× (N/T)[sec]와, GD²= 1/2 × WD²[kgf·㎠]이다. 또한, 통상적으로 전동기는 단계별로 사용한다. 예를 들면, 정격출력이 2.2Kw, 3.7Kw, 5.5Kw등 단계적으로 구분되어있다. 따라서 정격 속도에 도달하는 시간 t를 30초로 산정하여 필요한 정격출력이 2.5Kw로 산정 되였다면 3.7Kw를 선정하여야 하나, 정격 속도에 도달하는 시간 t를 지연시켜 2.2Kw로 선정하는 것이다.

다시 서술하면, 단계별로 구분한 전동기의 토오크 T와, 최대한 감소한 회전자의 중량 W와, 전동기의 입력량과 발전기의 출력량을 비교하여 전동기와 전원 공급설비에 손상이 가지 않는 범위 내에서 정격 속도에 도달하는 시간 t를 산정하며, 통상 120초 ~ 180초정도로 산정하는 것이 바람직하다. 이때에 전동기의 기동방법은 소프트 스타터(soft starter)로 기동하는 것이 바람직하며, 상기에서 지정한 시간은 특별히 한정하는 것이 아니며, 전동기의 입력량과 발전기의 출력량을 비교하여 전동기의 기동시간을 지정하는 것이다.

이상으로 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자에 대한 설명을 하였다. 앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전동기와 발전기의 역활을 동시에 수행하는 것으로 회전기기가 필요한 모든 산업에 전반적으로 사용할 수 있다.

10: 회전축
20: 회전자, 20a: 회전자 커버, 20b: 영구자석 고정체, 20c: 고정 연결체
20d: 연결금구, 20e: 고정금구, 20f: 공기 주입기
21: 회전자 팔, 25: 회전자 영구자석
26: 발전용 회전자 영구자석
30: 스테이트, 31: 발전코일 홀더, 32: 발전코일, 33: 발전뭉치 스테이트
34: 전동뭉치 스테이트, 35: 전자석 투스, 36: 전자석 코일홀더,
37: 전자석 코일, 38: 지지애자, 39: 동 부스바
40: 고정자 커버, 41: 볼트 및 넛트, 42: 고무 마개 43 : 슬리브
61: 근접센서, 70: 슬립링
90 : 공기보다 가벼운 기체
100: 발전동기 뭉치, 300: 전동 뭉치, 500: 발전 뭉치

Claims

상측으로 공기 주입구(20f)를 부착하고 철(
)의 형상을 구성한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 발전용 회전자 영구자석(26)을 삽입 배열하고 요(
)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 철(
)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하고, 또 발전용 회전자 영구자석(26)을 삽입 배열하고 요(
)의 형상을 상하로 구성한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 철(
)의 형상을 구성한 고정자 연결체(20c)를 설치하는 것을 복수로 반복한 후, 발전용 회전자 영구자석(26)을 배열한 영구자석 고정체(20b)를 설치하고, 상측의 회전자 커버(20a)를 제외한 길이와 동일한 길이로, 1개 또는 복수개로 구성한 연결금구(20d)를 부착한 후, 하측으로 공기 주입구(20f)를 부착한 회전자 커버(20a)를 설치하고, 회전자 커버(20a)의 상하로 고정금구(20e)를 설치하고, 볼트(41)로 체결하여 하나의 회전자를 이루며, 그 회전자(20)의 중앙으로 회전축(10)을 관통하여, 회전축(10)과 동시에 회전할 수 있도록, 볼트(41)를 체결하며, 고정금구(20e)와 볼트(41)를 제외한 부품은 비자성체로서 비금속으로 하고, 고정금구(20e)와 볼트(41)는 비자성체 또는 비자성체로서 비금속으로 하는 것을 특징으로 하는 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자.
제 1항에 있어서, 회전자(20)에 공기보다 가벼운 기체를 충진하는 것을 특징으로 하는 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자.
제 1항에 있어서, 전동기의 입력과 발전기의 출력을 비교하여 전동기의 정격 속도에 도달하는 시간을 지정하는 것을 특징으로 하는 공기저항과 중량이 감소한 발전 뭉치의 회전자.