KR101758156B1 - 영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 동력으로 구동되는 영구자석 발전기의 회전 부하가 적게 작용되게 하여 상용적으로 사용할 수 있는 소전력을 생산할 수 있도록 개선된 영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 회전축(11)이 고정되는 회전자(20)가, 원주면방향으로 다수 구비되는 코어가 길이방향으로 경사지게 형성되어 경사코어(21)를 갖도록 하고, 상기 경사코어(21)에 코일이 감겨지게 하여 구비되는 경사코일(22)과, 상기 경사코일(22) 사이에 게재되어 경사방향으로 배치되는 경사영구자석(23)이 길이방향으로 경사지게 구비되도록 구성되고, 상기 회전자(20)의 회전에 의해 기전력을 발생하는 고정자(30)는, 외커버(13) 내주면에 원주방향으로 다수 고정되는 고정영구자석(31)이 수평으로 고정되게 하거나 길이방향으로 경사지게 구비되도록 하여, 상기 고정영구자석(31) 내주면에서 회전자(20)의 경사코어(21) 및 경사코일(22)과 경사영구자석(23)이 상호 엇각으로 회전되도록 이루어지는 영구자석 발전기를 제공하는 한편, 상기 영구자석 발전기(10)와, 상기 영구자석 발전기(10)의 회전축(11)을 회전시키는 구동모터(110)와, 상기 영구자석 발전기(10)에서 발생 된 기전력이 충전되는 축전지(120)와, 상기 영구자석 발전기(10)에서 발생 된 기전력을 축전지(120)에 충전되게 하고, 상기 축전지(120)의 충전전력을 전력소비기구(130) 및 구동모터(110)에 공급 및 차단되게 제어하는 전원공급변환장치(140)를 포함하여 이루어지는 영구자석 발전기를 이용한 소전력 생산장치(100)를 제공함으로써 소전력이 필요로 되는 곳에 기존에 비해 상대적으로 저렴한 시설비로 발전시설을 설치할 수 있게 되므로 매우 경제적인 효과가 있는 것 일뿐만 아니라 유지관리도 용이한 소전력 생산장치를 제공하게 되는 효과가 있다.

Description

영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치{A permanent magnet generator and extremely low power productor by using the generator}
본 발명은 영구자석 발전기를 이용하여 소전력이 발전되게 하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터 동력으로 구동되는 영구자석 발전기의 회전 부하가 적게 작용되게 하여 상용적으로 사용할 수 있는 소전력을 생산할 수 있도록 개선된 영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치에 관한 것이다.
일반적으로 선행기술문헌의 특허문헌에 기재된 바와 같은 영구자석 발전기 가 개시되고 있다.
그러나 종래의 영구자석 발전기는 고정자와 회전자가 수평상태로 되어 있기 때문에 상호 영구자석이 끌어당기는 당김력이 강하기 때문에 회전자가 회전되는 부하가 상당히 크다고 할 수 있고, 그로 인해 회전자를 강제 회전시키기 위한 동력이 상대적으로 커야 하는 단점이 있다.
따라서, 상기한 단점에 의해 기존에는 수력 또는 풍력을 이용하여 영구자석 발전기를 가동시켜야 함으로써 발전시설이 방대해지게 되고 시설비가 많이 소요되는 등의 문제점이 초래되고 있다.
그러므로 종래에는 전기가 공급되기 난이 한 산간지방이나 섬지방에서 필요로 되는 소전력을 얻기가 어려운 문제점이 있고, 설상 소전력을 생산한다고 하여도 연료를 태워서 발전을 하게 되는 소규모 화력발전을 하게 됨으로써 전기 사용량에 비해 시설비가 많이 소요되는 불합리한 문제점이 야기 되었다.
KR 10-1623048 KR 2016.05.20
본 발명은 소전력 발전이 가능하게 하면서도 축전지 동력으로도 발전이 도모될 수 있도록 개선된 영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치를 제공하려는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 소전력이 필요로 되는 곳에 기존에 비해 상대적으로 저렴하게 소요되는 소전력 생산장치를 제공하려는데 있다.
본 발명은, 회전자 중앙에 고정되는 회전축과, 상기 회전자의 회전에 의해 기전력을 발생하는 고정자 및 기전력을 출력되게 하는 기전력출력부를 구비하는 영구자석 발전기에 있어서, 상기 회전자가, 원주면방향으로 다수 구비되는 코어가 길이방향으로 경사지게 형성되어 경사코어를 갖도록 하고, 상기 경사코어에 코일이 감겨지게 하여 구비되는 경사코일과, 상기 경사코일 사이에 게재되어 경사방향으로 배치되는 경사영구자석이 길이방향으로 경사지게 구비되도록 구성되고, 상기 고정자는, 외커버 내주면에 원주방향으로 다수 고정되는 고정영구자석이 수평으로 고정되게 하거나 길이방향으로 경사지게 구비되도록 하여, 상기 고정영구자석 내주면에서 회전자의 경사코어 및 경사코일과 경사영구자석이 고정영구자석과 상호 엇각으로 회전되도록 이루어지는 영구자석 발전기를 그 특징으로 한다.
상기 회전자의 경사코어 및 고정자의 고정영구자석이 25~35°각도로 경사되게 구성되는 것을 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은, 상기 회전자의 경사코어 및 경사코일과 경사영구자석이 고정영구자석과 상호 엇각으로 회전되는 영구자석 발전기와, 상기 영구자석 발전기의 회전축을 회전시키는 구동모터와, 상기 영구자석 발전기에서 발생 된 기전력이 충전되는 축전지와, 상기 영구자석 발전기에서 발생 된 기전력을 축전지에 충전되게 하고, 상기 축전지의 충전전력을 전력소비기구 및 구동모터에 공급 및 차단되게 제어하는 전원공급변환장치를 포함하여 이루어지는 영구자석 발전기를 이용한 소전력 생산장치를 다른 특징으로 한다.
상기 축전지에는 집광패널과 집광전력전환부를 갖는 태양광발전장치에 의해 생산된 전력이 전원공급변환장치에 의해 충전될 수 있도록 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
상기 구동모터의 모터축의 회전력이 다수의 기어들에 의해 회전속도가 증속되도록 구성되는 증속기어수단에 의해 하나 이상의 영구자석 발전기의 회전축에 동력전달되도록 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명은 소전력 발전이 가능하게 하면서도 축전지 동력으로도 발전이 도모되는 영구자석 발전기 및 이를 이용한 소전력 생산장치를 제공하게 되는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 소전력이 필요로 되는 곳에 기존에 비해 상대적으로 저렴한 시설비로 발전시설을 설치할 수 있게 되므로 매우 경제적인 효과가 있는 것 일뿐만 아니라 유지관리도 용이한 소전력 생산장치를 제공하게 되는 효과가 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 소전력 생산장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 영구자석 발전기의 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 발전기의 요부 분리 사시도,
도 4는 본 발명의 고정자와 회전자의 작용을 설명하는 도면,
도 5의 (a)는 종래 발전기의 작용설명도이고, (b) 및 (c)는 본 발명의 발전기의 작용설명도,
도 6은 본 발명에 따른 소전력 생산장치의 다른 실시예의 단면도,
도 7은 도 6에 나타낸 증속기어수단의 작용 설명도이다.
본 발명을 첨부된 바람직한 실시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 소전력 생산장치(100)는 영구자석 발전기(10)와, 상기 영구자석 발전기(10)의 회전축(11)을 회전시키는 구동모터(110)와, 상기 영구자석 발전기(10)에서 발생 된 기전력이 충전되는 축전지(120)와, 상기 영구자석 발전기(10)에서 발생 된 기전력을 축전지(120)에 충전되게 하고, 상기 축전지(120)의 충전전력을 전력소비기구(130) 및 구동모터(110)에 공급 및 차단되게 제어하는 전원공급변환장치(140)(제어부)를 포함하여 구성된다.
상기 구동모터(110)는 감속모터가 채용될 수도 있으며, 전력소비기구(130)는 형광등이나 가전제품 등을 의미하는 것으로서, 주로 가정에서 사용되는 소전력을 소모하는 전기제품이다.
따라서, 본 발명에 따른 영구자석 발전기(10)는 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이 회전자(20) 중앙에 고정되는 회전축(11)과, 회전자(20)의 회전에 의해 전력을 발생하는 고정자(30) 및 기전력을 출력되게 하는 기전력출력부(12)를 구비한다.
따라서, 본 발명의 회전자(20)는, 원주면방향으로 다수 구비되는 코어가 길이방향으로 경사지게 형성되어 경사코어(21)를 갖도록 하고, 상기 경사코어(21)에 코일이 감겨지게 하여 구비되는 경사코일(22)과, 상기 경사코일(22) 사이에 게재되어 경사방향으로 배치되는 경사영구자석(23)이 길이방향으로 경사지게 구비되도록 구성된다.
고정자(30)는, 외커버(13) 내주면에 원주방향으로 다수 고정되는 고정영구자석(31)이 수평으로 고정되게 하거나 또는 길이방향으로 경사지게 구비되도록 구성된다.
그러므로 본 발명의 영구자석 발전기(10)는 도 4에 나타낸 바와 같이 고정영구자석(31) 내주면에서 회전자(20)의 경사코어(21) 및 경사코일(22)과 경사영구자석(23)이 상호 엇각으로 회전되도록 이루어지는 영구자석 발전기(10)가 구성되는 것이다.
상기 회전자(20)의 경사코어(21) 및 고정자(30)의 고정영구자석(31)은 25~35°각도로 경사되게 구성되는 것이 바람직하다.
영구자석 발전기(10)에서 전기가 발생 되는 원리는 이미 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략하고 본 발명의 특징만 설명하는 것으로 한다.
도 5에서 (a)는 종래의 영구자석 발전기의 회전자(20')와 고정자(30')를 보인 것이다. 상기 회전자(20')와 영구자석으로 된 고정자(30')는 상호 나란하게 수평상태(일자상태)를 유지하고 있다.
그러므로 회전자(20')가 회전할 때 고정자(30')의 길이방향의 전체길이에 해당되는 전체에서 끌어당기는 자력이 발생 되므로 회전자(20')가 회전하려는 힘이 고정자(30')의 전체 길이에서 발생되는 자력보다는 더 큰 힘의 회전력이 있어야 회전되어 전기가 발생 될 수 있게 된다.
특히, 원주방향으로 다수의 고정자(30') 및 회전자(20')를 가지므로 상호 끌어당기는 힘이 크므로 회전자(20')의 회전부하가 많이 걸리게 됨으로써 순간적으로 큰 힘으로 회전자(20')가 회전되어야 하는 것이다.
즉, 종래에는 고정자(30')의 길이방향의 전체길이에 해당되는 전체에서 끌어당기는 자력이 발생 되므로 회전자(20')의 회전부하가 많이 걸리게 되므로 소비전력이 많은 모터를 사용하여 회전자(20')를 회전시켜야 한다.
그러나 본 발명은 도 5의 (b) 및 (c)와 같이 고정영구자석(31)이 수평상태나 또는 경사진 상태에서 경사코어(21)와 경사코일(22) 및 경사영구자석(23)이 경사진 상태의 회전자(20)가 회전되는 것이다. 여기서 회전자(20)는 경사코어(21)와 경사코일(22) 및 경사영구자석(23)을 의미하는 것으로 하고 설명하는 것으로 한다.
따라서, 고정영구자석(31) 내주면 쪽에서 회전되는 회전자(20)가 경사진 상태이기 때문에 고정영구자석(31)과 회전자(20)는 회전자(20)가 회전할 때 전체 길이 중에서 어느 한 지점(K)에서 서로 교차하는 상태가 되는 것이기 때문에 상호 교차하는 지점(K)의 자력에 의해서만 끌어당기는 힘이 발생되므로 회전자(20)를 끌어당기는 전체 힘이 종래보다는 상대적으로 적게 작용 되는 상태가 된다.
즉, 종래에는 고정자(30')와 회전자(20')의 전체 길이에 해당되는 전체 면적에 해당되는 자력이 작용되므로 회전자(20')의 회전부하가 크게 걸리게 되는 상태가 되는 것이지만, 본 발명은 고정영구자석(31) 내주면 쪽에서 회전되는 회전자(20)가 상호 엇각이 되는 상태로 회전하게 되므로 엇각 상태일때 교차되는 지점(K)의 한 점 만큼의 면적에 해당되는 자력 힘으로만 끌어당기는 힘이 작용되므로 회전자(20)의 회전부하가 종래보다는 상대적으로 적게 걸리게 되는 것으로서, 실제 실험 결과 종래보다는 약 2/3 만큼 회전자(20)의 회전부하가 감소 되는 것으로 나타났다.
따라서, 이해를 돕기 위해. 축전지(120)가 자동차용 배터리가 채용되는 경우 종래에는 그 배터리 전력으로는 구동모터(110)를 가동시켜 영구자석 발전기(10)를 가동시키려고 할 경우에는 종래의 영구자석 발전기는 회전자(20')의 회전부하가 많이 걸리기 때문에 이와 연결된 구동모터(110)를 가동시키기에 무리가 따르거나 또는 가동이 되지 않게 되는 것이다.
그러므로 종래 회전부하가 많이 걸리는 회전자(20')를 회전시키기 위해서 구동 토르크가 큰 구동모터(110)를 채용할 경우에는 이때에는 자동차용 배터리 정도의 용량을 가진 축전지(120) 용량으로는 배터리 용량이 적어서 구동 토르크가 큰 구동모터(110)를 가동시킬 수 없어서 상용성 있는 전력 생산이 불가능하였던 것이다. 상용성 있는 전력은 통상 최하 1kw 이상을 의미한다.
그러나 본 발명은 회전자(20)의 회전부하가 종래보다는 1/3 정도로 적게 걸리기 때문에 회전자(20)의 회전축(11)과 연결되는 구동모터(110)가 가령 자동차용 배터리 정도의 용량을 가진 축전지(120)에서 공급되는 전력에 의해서도 구동모터(110)와 회전자(20)가 원활하게 회전할 수 있게 됨으로써 가령 가정에서 쓸 수 있는 상용성 있는 전기에너지를 영구자석 발전기(10)에 의해서 생산할 수 있게 되는 것이다.
영구자석 발전기(10)에서 생산된 전력은 전원공급변환장치(140)를 통해 축전지(120)에 충전되고, 축전지(120)에 충전된 전력은 가령 형광등이나 냉장고와 같은 가전제품과 같은 전력소비기구(130)로 공급되는 것이다.
또한, 축전지(120)의 일부 전력은 전원공급변환장치(140)에 의해서 구동모터(110)로 공급되어 구동되게 함으로써 영구자석 발전기(10)가 가동되어 생산된 전력이 축전지(120)에 충전되는 것이다.
전원공급변환장치(140)는 하나의 제어부라 할 수 있고 이미 알려진 회로이므로 상세한 도면과 설명은 생략하는 것으로 하고, 그 작용에 대해서만 설명하는 것으로 한다.
따라서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 영구자석 발전기(10)에서 1kw의 전력이 생산되어 축전지(120)에 충전되면, 1kw의 전력을 100%전력이라고 가정할 때 전원공급변환장(140)에서는 90%의 전력인 900와트만을 전력소비기구(130)로 출력되게 하고 나머지 10%전력인 100와트의 전력을 구동모터(110)에 공급되게 하는 것이다.
구동모터(110)는 모터축(111)과 직결된 회전축(11)을 가진 영구자석 발전기(10)의 회전자(20)의 회전부하가 매우 적게 걸리기 때문에 구동모터(110)내의 회전자(미도시됨)도 회전부하가 적게 작용되므로 10%전력인 100와트 이하의 전력으로도 구동모터(110)가 구동 가능하게 되는 것이다.
즉, 영구자석 발전기(10)의 회전자(20)의 회전부하가 매우 적게 걸리기 때문에 구동모터(110)에 소비되는 소비전력을 낮출 수 있게 되는 것이고, 그로 인해 상용화 될 수 있는 전력을 전력소비기구(130) 쪽으로 출력시킬 수 있게 되는 것이다.
그럼에도 전력소비기구(130)로의 전력 출력이 많아서 축전지(120)에 충전된 전력이 낮아질 수도 있다. 이 경우 축전지(120)의 충전 전력이 전체 충전전력을 100% 전력량이라고 할 때 15%전력량 이하로 낮아지는 경우에는 전원공급변환장치(140)에서 구동모터(110)로 공급되는 전력을 차단하게 되고, 이때에는 집광패널(151)과 집광전력전환부(152)를 갖는 태양광발전장치(150)에 의해 생산된 전력이 전원공급변환장치(140)에 의해 축전지(120)에 충전되도록 한 후에 구동모터(110)를 재가동되게 할 수 있다. 상기 집광패널(151)과 집광전력전환부(152)를 갖는 태양광발전장치(150)는 이미 알려진 것이므로 상세한 도면과 설명은 생략하는 것으로 한다.
그러나 본 발명은 영구자석 발전기(10)의 회전자(20)의 회전부하가 매우 적게 걸리기 때문에 하나의 구동모터(110)에 의해서 도 6에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 영구자석 발전기(10,10')를 가동시켜 더 많은 전력량을 생산하게 하는 것이 바람직하다.
이 경우, 1개의 영구자석 발전기(10)에서 시간당 1kw의 전력량을 생산할 경우에는 하나의 구동모터(110)에 의해서 2개의 영구자석 발전기(10,10')에서 전력이 동시에 생산되므로 2kw의 전력량을 생산할 수 있게 되는 것이므로 원만한 가정에서는 충분하게 사용할 수 있게 되는 전력량을 생산할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 하나의 구동모터(110)의 모터축(111)의 회전력이 다수의 기어(161,162,163,163',164)들에 의해 회전속도가 증속되도록 구성되는 증속기어수단(160)에 의해 하나 이상의 영구자석 발전기(10,10')의 회전축(11)에 동력 전달되도록 구성된다.
즉, 구동모터(110)의 모터축(111)에 고정된 모터기어(161)가 회전되면 이와 맞물려 있는 증속기어(162)의 소기어(162a)가 회전되고, 상기 소기어(162a)와 일측에 일체로 구성되는 대기어(162b)와 맞물리게 되는 양쪽동력전달기어(163,163')의 소기어(163a)가 각각 회전되는 상태가 된다.
따라서, 양쪽동력전달기어(163,163')의 소기어(163a) 일측에 일체로 구비되는 대기어(163b)와 각각의 영구자석 발전기(10,10')의 발전기 기어(164)가 맞물려서 동력 전달됨으로써 각각의 영구자석 발전기(10,10')가 가동됨으로써 하나의 구동모터(110)에 의해서 2개의 영구자석 발전기(10,10')에서 전력이 동시에 생산되어 축전지(120)에 충전됨에 따라 원만한 가정에서는 충분하게 사용할 수 있게 되는 전력량을 확보할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 영구자석 발전기(10)의 회전자(20)의 회전부하가 매우 적게 걸리기 때문에 구동모터(110)내의 회전자(미도시됨)도 회전부하가 적게 작용되므로 적은 소비전력에 의해서 가동될 수 있는 구동모터(110)를 채용 가능하게 할 뿐만 아니라 영구자석 발전기(10,10') 및 축전지(120)도 작은 용량과 작은 크기의 것을 채용할 수 있기 때문에 정전시 가정에서 비상용 발전장치로 사용할 수 있게 되는 것은 물론이거니와 전기공급시설이 없는 산간지방이나 섬지방 등에서 매우 유용하게 사용할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 도면으로 도시되고 설명된 것에 반드시 국한되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 여러가지 형태로 변형실시 될 수도 있는 것이므로 청구범위를 크게 벗어나지 않는 한 폭넓게 보호되어야 하는 것은 자명한 것이다.
10,10':영구자석 발전기 11:회전축
12:기전력출력부 13:외커버
20:회전자 21:경사코어
22:경사코일 23:경사영구자석
30:고정자 31:고정영구자석
100:소전력 생산장치 110:구동모터
111:모터축 120:축전지
130:전력소비기구 140:전원공급변환장치
150:태양광발전장치 151:집광패널
152:집광전력전환부 160:증속기어수단
161:모터기어 162:증속기어
163,163':양쪽동력전달기어 164:발전기 기어

Claims (5)

  1. 회전자(20) 중앙에 고정되는 회전축(11)과, 회전자(20)의 회전에 의해 기전력을 발생하는 고정자(30) 및 기전력을 출력되게 하는 기전력출력부(12)를 구비하는 영구자석 발전기(10)에 있어서;
    상기 회전자(20)가, 원주면방향으로 다수 구비되는 코어가 길이방향으로 경사지게 형성되어 경사코어(21)를 갖도록 하고, 상기 경사코어(21)에 코일이 감겨지게 하여 구비되는 경사코일(22)과, 상기 경사코일(22) 사이에 게재되어 경사방향으로 배치되는 경사영구자석(23)이 길이방향으로 경사지게 구비되도록 구성되고;
    상기 고정자(30)는, 외커버(13) 내주면에 원주방향으로 다수 고정되는 고정영구자석(31)이 수평으로 고정되게 하거나 길이방향으로 경사지게 구비되도록 하여, 상기 고정영구자석(31) 내주면에서 회전자(20)의 경사코어(21) 및 경사코일(22)과 경사영구자석(23)이 고정영구자석(31)과 상호 엇각으로 회전되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 영구자석 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자(20)의 경사코어(21) 및 고정자(30)의 고정영구자석(31)이 25~35°각도로 경사되게 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3117210B2 (ja) * 1990-05-29 2000-12-11 株式会社東芝 ブラシレスモータの駆動装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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