KR101285823B1 - 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것으로, 그 구성은 등각 간격으로 이격된 다수의 계자로 이루어지되, 상기 계자는 계자 철심(field core)과 상기 계자 철심 내부에 감기는 코일로 구성되는 회전자;와, 내부에 상기 회전자를 구성하는 다수의 계자가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 회전자를 회전시키는 회전수단;과, 등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석으로 이루어지되, 상기 제1영구자석은 상기 회전자의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되는 제1고정자;와, 등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석은 상기 회전자의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석은 상기 제1영구자석과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석과 반대되는 자극이 형성되는 제2고정자;와, 내부에 상기 고정자가 삽입되도록 환형의 홈이 형성되되, 상기 홈 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면에는 상기 제2고정자가 위치되고, 상기 홈 내부에서 상기 제1내주면과 마주보는 제2내주면에는 상기 제1고정자가 위치되도록 하는 고정프레임;과, 상기 회전자를 구성하는 다수 계자의 코일과 각각 연결되어 상기 회전자에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 정류기;와, 상기 정류기와 전기적으로 연결되어 상기 회전자에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 전송수단;으로 된 것을 특징으로 하는 것으로서,
상기 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기{The generator which the rotation developes the magnetic field system}

본 발명은 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 고정자 코일로 이루어진 고정자에 자석으로 이루어지는 회전자를 돌려 전기를 생산하는 장치이다.

이러한, 발전기는 제한된 공간을 갖는 발전기의 내부 구조에서 최대 효율이 발생하도록 설계하는 것이 주된 설계의 목적으로, 개발되는 발전기의 관심은 이점에 집중되어지곤 한다.

종래의 발전기로는 3상 발전기가 사용되고 있으며, 이러한 종래의 3상 발전기는 도체와 교차하는 자속이 변화하면 전자 유도 작용에 의하여 도체에 기전력이 발생되는 원리로 발전한다. 즉, 회전운동에 의하여 코일에 연속적으로 전압이 발생하도록 하는 것이다.

따라서, 종래의 3상 발전기는 자력의 발생원이 되는 자석을 고정하고 그 내부에서 코일을 회전시켜서 전기를 발전하는 회전 자석형과, 코일을 고정하고 그 가운데서 자석을 회전시켜서 전기를 발전하는 회전 계자형의 두 가지 유형이 있다.

여기서, 통상 회전 자석형은 직류 발전기에 적용되고, 회전 계자형은 교류 발전기에 적용되는데, 회전 자석형이나 회전 계자형 모두 코일에 기전력이 발생한다.

하지만, 종래의 3상 발전기의 경우 각 상의 결선을 위하여 발전기 내부에 점프 코일이 형성되므로, 발전기의 내부 공간을 충분히 활용하지 못하여 발전기의 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

상기에 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"를 개발 제안하였다.

상기 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 종래에 3상 배열의 코일 구조로 인해 고정자 코일 철심이 하나로 되어 자극이 변화하는 순간 고정자 코일 철심에 자속이 전달되는 속도가 늦어져 발전효율이 낮은 문제점을 해결하고자, 코일에 감긴 소형의 고정자 철심 다수로 구성된 고정자를 형성하고, 다수의 상기 고정자 철심은 등각격으로 배치함으로, 소형으로 자석 변환이 빠른 각각 독립된 고정자 철심에서 효과적으로 발전되어 발전효율이 향상되도록 유도하였다.

하지만, 상기 "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 무거운 자석으로 이루어진 회전자를 회전시키는 구조로 인해 외부에서 공급되는 동력의 소모가 큰 단점이 있으며, 더욱이 회전자를 중심으로 바깥쪽 및 안쪽으로 이격되어 위치하는 고정자 코일 구조로 인해 상기 회전자에서 발산되는 자력이 상기 고정자 코일에 기전력이 용이하게 발생하도록 효과적으로 충족시키지 못하는 단점으로 발전효율이 다소 낮게 유지되었다.

즉, 하나의 상기 회전자를 통해서 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)에 위치하는 고정자 코일로 각각 필요한 만큼의 자력을 제공하지 못하여 발전효율이 낮은 단점이 발생하였다.

또한, "이중 고정자를 가지는 발전기(출원번호:10-2011-0070812)"는 실질적으로 제품을 제작할 정도로 구체화되지 않아 현실적으로 제작하기 다소 곤란한 문제점이 있었다.

상기에 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 가벼운 다수의 계자로 이루어진 회전자를 구동시켜 발전하는 구조로, 종래에 무거운 자석으로 이루어진 회전자를 회전시키는 것에 비해 동력의 소모를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 회전자를 구성하는 계자는 회전자의 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)에서 다수의 영구자석으로 이루어진 고정자로부터 강력한 자력을 제공받아 기전력 발생이 용이한 구조로 발전효율을 향상시킬 수 있는 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"를 개발 제안하였다.

하지만, 상기 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"는 회전자를 구성하는 계자가 회전하면서 고정자를 구성하는 다수의 이격된 영구자석 사이를 통과하게 되는데, 순차적으로 이격 배치되어 자극이 교번되는 영구자석의 자력에 노출되는 계자는 회전하는 과정에서 영구자석에서 당기는 자력에 높은 부하가 발생하여 다수의 계자로 구성되는 회전자를 회전시키는데 많은 동력이 소모되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 계자가 연속적으로 영구자석의 자력에 유입되고 벗어나는 과정에서 회전의 흐름이 연속적으로 단절되어 회전자의 흐림이 원활하지 않아 전기발전의 효율이 다소 낮다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기는 등각 간격으로 이격된 다수의 계자로 이루어지되, 상기 계자는 계자 철심(field core)과 상기 계자 철심 내부에 감기는 코일로 구성되는 회전자;와, 내부에 상기 회전자를 구성하는 다수의 계자가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 회전자를 회전시키는 회전수단;과, 등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석으로 이루어지되, 상기 제1영구자석은 상기 회전자의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되는 제1고정자;와, 등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석은 상기 회전자의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석은 상기 제1영구자석과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석과 반대되는 자극이 형성되는 제2고정자;와, 내부에 상기 고정자가 삽입되도록 환형의 홈이 형성되되, 상기 홈 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면에는 상기 제2고정자가 위치되고, 상기 홈 내부에서 상기 제1내주면과 마주보는 제2내주면에는 상기 제1고정자가 위치되도록 하는 고정프레임;과, 상기 회전자를 구성하는 다수 계자의 코일과 각각 연결되어 상기 회전자에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 정류기;와, 상기 정류기와 전기적으로 연결되어 상기 회전자에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 전송수단;을 포함하여 구성되되,
상기 회전수단은 상기 고정프레임의 홈으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 회전자를 구성하는 다수의 계자 하부가 접촉 안치되는 하판과, 상기 하판 상부에 위치하며, 하면에는 상기 회전자를 구성하는 다수의 계자 상부가 접촉 안치되는 상판과, 상기 하판과 상판을 결속하여 상기 계자의 이탈을 방지하는 결속수단과, 상기 상판의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체와, 상기 상판의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링과, 상기 고정프레임의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링에 삽입되어 상기 베어링이 결합되는 상기 상판의 위치를 지지하는 지지기둥을 포함하여 구성되며,
상기 제1고정자 및 제2고정자의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 상기 회전자의 계자가 상기 제1고정자 및 제2고정자 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자의 제1영구자석과 제1영구자석 및 상기 제2고정자의 제2영구자석과 제2영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

또한, 상기 전송수단은 상기 지지기둥 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(slip ring)과, 상기 지지기둥 상에 위치되되 상기 제1슬립 링과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링과, 상기 정류기와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링과 접촉되는 제1브러시와, 상기 정류기와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링과 접촉되는 제2브러시와, 상기 제1브러시와 제2브러시 각각에 형성되어 상기 브러시와 슬립 링이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시의 위치를 고정하는 브러시 홀더를 포함하여 구성하되,

상기 제1슬립 링은 축전기기의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 제2슬립 링은 상기 제1슬립 링과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계자의 계자 철심은 중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제1절개 홈이 형성되는 제1판과, 상기 제1판과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제2절개 홈이 형성되는 제2판과, "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판과 제2판 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판의 제1절개 홈에 삽입되고, 타단은 상기 제2판의 제2절개 홈에 삽입되어 상기 제1판과 제2판을 이격 고정하는 고정판체를 포함하여 구성하되, 상기 고정판체의 내부에는 상기 코일이 감겨지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계자 철심의 제1판 및 제2판은 티타늄 재질로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기에 의하면, 고정자를 구성하는 다수의 영구자석이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 회전자의 계자가 고정자의 영구자석 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석과 영구자석의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 계자가 순차적으로 위치하는 영구자석을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 회전자를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 영구자석의 자력으로 인한 계자의 부하를 최소화함으로 인해 회전자의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사시도
도 2는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도
도 3은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 A-A 단면도
도 4는 도 3에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 B-B 단면도
도 5는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자의 분리 사시도
도 6은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사용상태도

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사시도를, 도 2는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 분리 사시도를, 도 3은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 A-A 단면도를, 도 4는 도 3에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 B-B 단면도를, 도 5는 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 계자의 분리 사시도를, 도 6은 도 1에 도시된 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기의 사용상태도를 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 회전자(10)와, 회전수단(20)과, 제1고정자(30)와, 제2고정자(40)와, 고정프레임(50)과, 정류기(60)와, 전송수단(70)을 포함하고 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(10)는 등각 간격으로 이격된 다수의 계자(11)로 이루어지되, 상기 계자(11)는 계자 철심(11a:field core)과 상기 계자 철심(11a) 내부에 감기는 코일(11b)로 구성하며, 상기 회전자(10)는 전체적으로 둥근 원형 형상을 갖도록 다수의 상기 계자(11)를 등각 간격으로 이격 배치한다.

즉, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)는 다수의 독립된 상기 계자(11)로 구성되어 후설될 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 통과하면서 자력에 노출되어 통상 전자 유도 작용에 의해 코일(11b)이 감긴 계자(11)에 기전력이 발생하는 원리를 이용하여, 상기 계자(11)에 전압이 발생되도록 하여 발전하는 것이다.

여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 계자(11)의 계자 철심(11a)은 중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제1절개 홈(11aa')이 형성되는 제1판(11aa)과, 상기 제1판(11aa)과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 길게 형성되는 제2절개 홈(11ab')이 형성되는 제2판(11ab)과, "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab) 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판(11aa)의 제1절개 홈(11aa')에 삽입되고, 타단은 상기 제2판(11ab)의 제2절개 홈(11ab')에 삽입되어 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab)을 이격 고정하는 고정판체(11ac)를 포함하여 구성하되, 상기 고정판체(11ac)의 내부에는 상기 코일(11b)이 감겨지도록 구성된다.

즉, 상기와 같은 구조를 갖는 상기 계자 철심(11a)은 작업자가 간편히 조립 제작할 수 있어 생산의 용이성을 확보할 수 있다.

더욱이, 상기 계자 철심(11a)의 제1판(11aa) 및 제2판(11ab)은 가볍고, 자석에 붙지 않는 성질을 갖는 티타늄 재질로 형성함으로, 상기 고정자(30,40)의 영구자석(31,41)에 부하 발생을 최소화하고 자력을 상기 계자 철심(11a)에 감긴 코일(11b)로 용이하게 안내시켜 상기 코일(11b) 중심으로 자력이 집중되게 하여 발전부하는 최소화되어 발전효율을 향상되도록 하는 장점을 유도하는, 동시에 가벼운 티타늄 재질로 인해 다수의 계자(11)로 이루어지는 상기 회전자(10)의 무게를 가볍게 형성할 수 있어 상기 회전자(10)를 회전시키기 위한 외부동력의 소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 회전자(10)를 구성하는 계자(11)의 개수는 12개가 사용되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전수단(20)은 내부에 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11)가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 회전자(10)를 회전시키는 것으로,

상기 고정프레임(50)의 홈(51)으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 하부가 접촉 안치되는 하판(21)과, 상기 하판(21) 상부에 위치하며, 하면에는 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 상부가 접촉 안치되는 상판(22)과, 상기 하판(21)과 상판(22)을 결속하여 상기 계자(11)의 이탈을 방지하는 결속수단(23)과, 상기 상판(22)의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체(24)와, 상기 상판(22)의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링(25)과, 상기 고정프레임(50)의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링(25)에 삽입되어 상기 베어링(25)이 결합되는 상기 상판(22)의 위치를 지지하는 지지기둥(26)을 포함하여 구성된다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 하판(21)과 상판(22) 사이에 위치하는 상기 회전자(10)는 결속수단(23)을 통해 견고히 결속되는 상기 하판(21)과 상판(22) 사이에 견고히 고정되며, 상기 상판(22)에 형성된 동력전달체(24)로 외부에서 동력이 제공되면 상기 상판(22)이 회전되면서 상기 회전자(10)가 함께 회전된다.

따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)는 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 회전 통과하면서 연속적으로 방향이 변화하는 강력한 자력에 노출되면서 상기 회전자(10)의 계자(11)에 전압이 발생하게 된다.

여기서, 상기 결속수단(23)으로 볼트(23a)와 너트(23b)가 사용되며, 상기 동력전달체(24)로 풀리가 구체적으로 사용되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1고정자(30)는 등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석(31)으로 이루어지되, 상기 제1영구자석(31)은 상기 회전자(10)의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석(31)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되도록 배치한다.

여기서, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)는 전체적으로 둥근 원형 형상을 갖도록 다수의 상기 영구자석(31,41)을 등각 간격으로 이격 배치한다.

본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)의 제1고정자(30) 및 후설될 상기 제2고정자(40)를 구성하는 영구자석(31,41)의 개수는 각각 10개로 구성되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2고정자(40)는 등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석(41)으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석(41)은 상기 회전자(10)의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석(41)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1영구자석(31)과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석(31)과 반대되는 자극이 형성되도록 배치한다.

즉, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)의 양쪽(바깥쪽 및 안쪽)으로 다수의 영구자석(31,41)으로 이루어진 상기 고정자(30,40)가 배치되는 구조로 인해 상기 회전자(10)는 상기 고정자(30,40)에서 발산되는 강력한 자력에 노출되어 발전효율이 상승되는, 동시에 순차적으로 교번하는 상기 제1영구자석(31)과 마주보는 상기 제2영구자석(41)의 자극이 반대되는 형성되는 배치로 인해 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 통과하는 상기 회전자(10)는 연속적으로 방향이 변화하는 자속 사이를 통과함으로 효율적인 전압발생이 유도되어 발전효율이 상승하게 된다.

여기서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 상기 회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성함으로,

도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 상기 계자(11)가 단시간에 다수의 영구자석(31,41) 사이를 신속하게 통과할 수 있어 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 출원인이 개발 제안한 "계자를 회전시켜 발전하는 발전기(출원번호:10-2011-0128726)"에서 계자가 고정자를 구성하는 다수의 영구자석을 통과하는 과정에서 영구자석에서 당기는 자력에 높은 부하가 발생하여 다수의 계자로 구성되는 회전자를 회전시키는데 많은 동력이 소모되는 문제점과, 상기 계자가 연속적으로 영구자석의 자력에 유입되고 벗어나는 과정에서 회전의 흐름이 연속적으로 단절되어 회전자의 흐림이 원활하지 않아 전기발전의 효율이 다소 낮다는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.

여기서, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41) 경사(θ)는 1 내지 30°로 형성할 수 있으며, 상기 계자(11)가 회전하면서 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 자력에 용이하게 동시에 노출되도록 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 일 끝단은 근접 또는 수직 교차되게 위치되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41) 경사(θ)는 영구자석(31,41) 간의 간격이 넓으면 경사(θ)를 다소 크게 형성하고, 상기 영구자석(31,41) 간의 간격이 좁으면 경사(θ)를 다소 작게 형성하여 상기 영구자석(31,41)을 통과하는 상기 계자(11)가 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 자력에 용이하게 동시에 노출되도록 함이 바람직하다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정프레임(50)은 내부에 상기 회전자(10)가 삽입되도록 환형의 홈(51)이 형성되되, 상기 홈(51) 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면(51a)에는 상기 제2고정자(40)가 위치되고, 상기 홈(51) 내부에서 상기 제1내주면(51a)과 마주보는 제2내주면(51b)에는 상기 제1고정자(30)가 위치되도록 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정류기(60)는 상기 회전자(10)를 구성하는 다수 계자(11)의 코일(11b)과 각각 연결되어 상기 회전자(10)에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 것으로, 통상의 정류기를 사용함은 물론이다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전송수단(70)은 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되어 상기 회전자(10)에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 것으로,

상기 지지기둥(26) 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(71:slip ring)과, 상기 지지기둥(26) 상에 위치되되 상기 제1슬립 링(71)과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링(72)과, 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링(71)과 접촉되는 제1브러시(73)와, 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링(72)과 접촉되는 제2브러시(74)와, 상기 제1브러시(73)와 제2브러시(74) 각각에 형성되어 상기 브러시(73,74)와 슬립 링(71,72)이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시(73,74)의 위치를 고정하는 브러시 홀더(75)를 포함하여 구성된다.

즉, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)는 상기 제1고정자(30)와 제2고정자(40) 사이를 회전하면서 자력에 노출되어 발전되고, 발전된 전기는 상기 정류기(60)로 공급 정류되고, 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 정류기(60)로 공급된 전기는 상기 전송수단(70)인 브러시(73,74)를 통하여 슬립 링(71,72)으로 전송되고, 상기 슬립 링(71,72)으로 전송된 전기를 외부에 설치되는 통상의 축전기기(1)로 전송 저장되도록 한다.

여기서, 상기 제1슬립 링(71)은 축전기기(1)의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2슬립 링(72)은 상기 제1슬립 링(71)과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되는 것은 물론이다.

상기와 같은 구성요소로 이루어지는 본 발명의 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 고정자(30,40)를 구성하는 다수의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 상기 회전자(10)의 계자(11)가 상기 고정자(30,40)의 영구자석(31,41) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하여 자극이 교번되는 영구자석(31,41)과 영구자석(31,41)의 자력에 동시에 노출되면서 통과함으로, 상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 다음과 같이 작동하여 발전한다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이 외부에서 동력전달체(24)로 동력을 제공하여 상기 동력전달체(24)와 함께 상판(22)을 회전시키면, 상기 상판(22)과 하판(21) 사이에 위치하는 다수의 계자(11)로 이루어진 회전자(10)가 회전하게 된다.

그러면, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)는 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하면서 통과하게 되며, 이때 상기 고정자(30,40)에서 제공되는 자력이 상기 회전자(10)를 구성하는 계자(11)에 집중되면서 전압이 발생 발전하게 된다.

여기서, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 형성되는 소정의 경사(θ)로 인해 상기 회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되어,

상기 계자(11)가 순차적으로 위치하는 영구자석(31,41)을 통과하는 과정에서 자력으로 인한 부하를 최소화하여 상기 회전자(10)를 회전시키는데 소모되는 동력을 절감할 뿐만 아니라, 상기 영구자석(31,41)의 자력으로 인한 상기 계자(11)의 부하를 최소화함으로 인해 상기 회전자(10)의 원활한 회전 흐름을 확보하여 상기 계자(11)가 단시간에 다수의 영구자석(31,41) 사이를 신속하게 통과할 수 있어 전기발전의 효율을 향상시킬 수 있다.

그러면, 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 회전자(10)를 구성하는 계자(11)에 감긴 코일(11b)과 연결되는 정류기(60)에서 상기 회전자(10)에서 발전된 전기를 제공받아 정류하고, 정류된 전기는 상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되는 전송수단(70)을 통하여 외부의 축전기기(1)로 전송 저장하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기(100)는 12개의 계자(11)로 구성된 회전자(10)가 1회전 하는 동안 10개의 영구자석(31,41)으로 이루어진 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)가 발전에 기여하므로, 총 120회의 발전이 이루어진다.

여기서, 상기 회전자(10)를 구성하는 계자(11) 및 상기 고정자(30,40)를 구성하는 영구자석(31,41)의 개수는 발전기의 크기에 따라 개수를 적합하게 형성하여 항상 최적의 발전효율을 갖도록 제작함은 물론이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

1. 축전기기 θ. 경사
10. 회전자 11. 계자
11a. 계자 철심 11aa. 제1판
11aa'. 제1절개 홈 11ab. 제2판
11ab'. 제2절개 홈 11ac. 고정판체
11b. 코일 20. 회전수단
21. 하판 22. 상판
23. 결속수단 23a. 볼트
23b. 너트 24. 동력전달체
25. 베어링 26. 지지기둥
30. 제1고정자 31. 제1영구자석
40. 제2고정자 41. 제2영구자석
50. 고정프레임 51. 홈
51a. 제1내주면 51b. 제2내주면
60. 정류기 70. 전송수단
71. 제1슬립 링 72. 제2슬립 링
73. 제1브러시 74. 제2브러시
75. 브러시 홀더
100. 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기

Claims (6)

1. 등각 간격으로 이격된 다수의 계자(11)로 이루어지되, 상기 계자(11)는 계자 철심(11a:field core)과 상기 계자 철심(11a) 내부에 감기는 코일(11b)로 구성되는 회전자(10);
   내부에 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11)가 위치 고정되며, 외부로부터 동력을 제공받아 상기 회전자(10)를 회전시키는 회전수단(20);
   등각 간격으로 이격된 다수의 제1영구자석(31)으로 이루어지되, 상기 제1영구자석(31)은 상기 회전자(10)의 바깥쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제1영구자석(31)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되는 제1고정자(30);
   등각 간격으로 이격된 다수의 제2영구자석(41)으로 이루어지는 것으로, 상기 제2영구자석(41)은 상기 회전자(10)의 안쪽 방향으로 이격되어 위치하며, 상기 제2영구자석(41)은 순차적으로 자극이 교번되게 형성되되, 상기 제2영구자석(41)은 상기 제1영구자석(31)과 마주보도록 위치하며, 마주보는 상기 제1영구자석(31)과 반대되는 자극이 형성되는 제2고정자(40);
   내부에 상기 고정자(30,40)가 삽입되도록 환형의 홈(51)이 형성되되, 상기 홈(51) 내부에서 중심에 근접하는 제1내주면(51a)에는 상기 제2고정자(40)가 위치되고, 상기 홈(51) 내부에서 상기 제1내주면(51a)과 마주보는 제2내주면(51b)에는 상기 제1고정자(30)가 위치되도록 하는 고정프레임(50);
   상기 회전자(10)를 구성하는 다수 계자(11)의 코일(11b)과 각각 연결되어 상기 회전자(10)에서 생산된 전기를 직류로 변환하여 공급하는 정류기(60); 및
   상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되어 상기 회전자(10)에서 생성된 전기를 외부로 전송하는 전송수단(70);을 포함하여 구성되되,
   상기 회전수단(20)은,
   상기 고정프레임(50)의 홈(51)으로 삽입되는 것으로, 내부는 관통되며, 상면에는 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 하부가 접촉 안치되는 하판(21)과, 상기 하판(21) 상부에 위치하며, 하면에는 상기 회전자(10)를 구성하는 다수의 계자(11) 상부가 접촉 안치되는 상판(22)과, 상기 하판(21)과 상판(22)을 결속하여 상기 계자(11)의 이탈을 방지하는 결속수단(23)과, 상기 상판(22)의 상부 중심에 결합 고정되어 외부에서 제공되는 동력을 전달받아 상기 상판을 회전시키는 동력전달체(24)와, 상기 상판(22)의 하부 중심에 결합 고정되는 베어링(25)과, 상기 고정프레임(50)의 저면 중심에서 상부방향으로 수직 연장되어 형성되는 것으로, 끝단이 상기 베어링(25)에 삽입되어 상기 베어링(25)이 결합되는 상기 상판(22)의 위치를 지지하는 지지기둥(26)을 포함하여 구성되며,
   상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40)의 영구자석(31,41)이 기울어지도록 소정의 경사(θ)를 형성하여 상기 회전자(10)의 계자(11)가 상기 제1고정자(30) 및 제2고정자(40) 사이를 회전하는 과정에서 순차적으로 위치하는 상기 제1고정자(30)의 제1영구자석(31)과 제1영구자석(31) 및 상기 제2고정자(40)의 제2영구자석(41)과 제2영구자석(41)의 자력에 동시에 노출되면서 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전송수단(70)은,
   상기 지지기둥(26) 상에 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제1슬립 링(71:slip ring)과,
   상기 지지기둥(26) 상에 위치되되 상기 제1슬립 링(71)과 이격되어 위치되며, 생산된 전기를 저장하는 외부의 축전기기(1)와 전기적으로 연결되는 제2슬립 링(72)과,
   상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제1슬립 링(71)과 접촉되는 제1브러시(73)와,
   상기 정류기(60)와 전기적으로 연결되며, 끝단이 상기 제2슬립 링(72)과 접촉되는 제2브러시(74)와,
   상기 제1브러시(73)와 제2브러시(74) 각각에 형성되어 상기 브러시(73,74)와 슬립 링(71,72)이 용이하게 접촉되도록 상기 브러시(73,74)의 위치를 고정하는 브러시 홀더(75)를 포함하여 구성하되,
   상기 제1슬립 링(71)은 축전기기(1)의 (+)전극 또는 (-)전극 중에서 선택된 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2슬립 링(72)은 상기 제1슬립 링(71)과 연결되지 않은 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 계자(11)의 계자 철심(11a)은,
   중심에 길이방향으로 상부에서 하부로 제1절개 홈(11aa')이 형성되는 제1판(11aa)과,
   상기 제1판(11aa)과 수평 이격되되, 중심에는 길이방향으로 상부에서 하부로 제2절개 홈(11ab')이 형성되는 제2판(11ab)과,
   "├┤" 형상을 갖는 것으로, 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab) 사이에 위치하며, 일단은 상기 제1판(11aa)의 제1절개 홈(11aa')에 삽입되고, 타단은 상기 제2판(11ab)의 제2절개 홈(11ab')에 삽입되어 상기 제1판(11aa)과 제2판(11ab)을 이격 고정하는 고정판체(11ac)를 포함하여 구성하되,
   상기 고정판체(11ac)의 내부에는 상기 코일(11b)이 감겨지도록 하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 계자 철심(11a)의 제1판(11aa) 및 제2판(11ab)은 티타늄 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 부하가 절감된 계자를 회전시켜 발전하는 발전기.
   
   
   
   

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