KR101894672B1 - 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템 - Google Patents

정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템에 관련되며, 이때 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템은 발전기의 정, 역 발전소자를 상호 역방향으로 구동시키는 두축이 동축상에서 독립적으로 구름 지지되어 정, 역 회전에 따른 상대속도가 분산되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전 및 회전 축의 대형화에 따른 안전성이 확보되도록 하기 위해 외륜 축(10), 내륜 축(20), 내, 외륜 구동휠(30)(40), 발전기(50)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템{Power generation system}
본 발명은 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발전기의 정, 역 발전소자를 상호 역방향으로 구동시키는 두축이 동축상에서 독립적으로 구름 지지되어 정, 역 회전에 따른 상대속도가 분산되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전 및 회전 축의 대형화에 따른 안전성이 확보되는 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
통상 발전기는 회전운동력을 전기 에너지로 전환시켜 주는 장치로서, 자석의 양극 사이에서 코일을 회전시키면 코일을 지나는 자기력선의 변화 때문에 코일에 방향이 변하면서 유도 전류가 생성되는 원리를 이용한 것으로, 자동차, 중장비를 포함하는 산업장비는 물론 지구 온난화로 인해 풍력, 수력을 이용하여 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 생산하는 친환경 에너지 생산사업이 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 친환경 에너지를 이용하는 특성상 기후변화에 민감하게 반응하여 전기 에너지 생산 편차가 심각하여 안정적인 에너지원으로 부족한 실정이다.
이에 종래에 게시된 특허공개번호 제10-2014-10166호에서, 모터(100)는 제1 회전 장치(102), 제2 회전 장치(120) 및 제동 조립체(140)를 포함한다. 제2 회전 장치는 제1회전 장치와 공통의 축 상에 장착되어 제1 회전 장치와 조화된다. 제동 조립체는 제2 회전 장치에 연결되어 제2회전 장치의 회전을 제한한다. 종래의 모터 또는 발전기의 고정자는 회전자를 둘러싸서 회전자와 공통의 축 상에 장착된 회전 고정자로서 설계되므로 회전 고정자와 회전자가 반대 방향으로 회전하여 자장에 의해 생성된 상호작용을 증가시키고 따라서 모터의 효율을 향상시키는 기술이 선공개된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 회전자가 설치된 회전축이 하우징상에서 축베어링에 의해 지지되고, 가동고정자는 다른 축베어링에 의해 회전축상에서 회전되도록 설치됨에 따라 회전자와 가동고정자가 반대 방향으로 회전시 가동고정자를 지지하는 축베어링은 회전축 회전속도의 2배속도로 증가됨에 따라 대부분의 축베어링이 이를 버티지 못하고 쉽게 손상되고, 이로 인해 고속운전은 물론 회전축의 대형화를 통한 발전용량 증가에 한계가 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 발전기의 정, 역 발전소자를 상호 역방향으로 구동시키는 두축이 동축상에서 독립적으로 구름 지지되어 정, 역 회전에 따른 상대속도가 분산되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전 및 회전 축의 대형화에 따른 안전성이 확보되는 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 센터프레임(12)에 설치되는 제1축베어링(14)에 지지되어 회전운동되고, 중앙에 축홀(11)이 관통형성되는 외륜 축(10); 상기 외륜 축(10)의 축홀(11)에 비접촉상태로 관통 삽입되어, 양단이 한 쌍의 사이트플레이트(22)에 설치되는 제2축베어링(24)에 각각 지지되는 내륜 축(20); 상기 내, 외륜축(20)(10)의 일측 단부에 서로 대향하게 설치되어, 단일의 구동원(M)에 의해 상호 역방향으로 회전하는 내, 외륜 구동휠(30)(40); 및 상기 내, 외륜축(20)(10)의 다른 일측 단부에 각각 연결되어 상호 역방향으로 회전하며 전기에너지를 발생하는 정, 역 발전소자(52)(54)가 구비되는 발전기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 원형의 중량판으로 형성되어 방사형으로 복수개의 피동자력체(32)(42)가 설치되고, 피동자력체(32)(42)와 대응하는 내, 외륜 구동휠(30)(40) 사이에는 구동원(M)에 의해 회전하는 자력드럼(60)이 구비되며, 자력드럼(60) 회전축선은 내, 외륜 구동휠(30)(40) 회전축선과 직교하면서 외주면에는 복수개의 주동자력체(62)가 등각 배치되어, 자력드럼(60)이 회전시 주동자력체(62)와 피동자력체(32)(42)간의 인력 또는 척력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 서로 대칭되는 한 쌍의 링기어(72)(74)로 형성되고, 한 쌍의 링기어(72)(74)에 치합되고 구동원(M)에 의해 회전하는 피니언기어(70)가 구비되어, 피니언기어(70)의 구동력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동원(M)은 클러치(80)에 의해 동력전달이 on/off작동되고, 클러치(80)는 제어부에 연결되어 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 설정된 속도에 도달하면 자체 가속력에 의해 회전상태가 유지되도록 동력전달이 off작동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 발전기의 정, 역 발전소자를 상호 역방향으로 구동시키는 두축이 동축상에서 독립적으로 구름 지지되어 정, 역 회전에 따른 상대속도가 분산되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전 및 회전 축의 대형화에 따른 안전성이 확보되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템의 발전기 변형예를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템에 관련되며, 이때 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템은 발전기의 정, 역 발전소자를 상호 역방향으로 구동시키는 두축이 동축상에서 독립적으로 구름 지지되어 정, 역 회전에 따른 상대속도가 분산되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전 및 회전 축의 대형화에 따른 안전성이 확보되도록 하기 위해 외륜 축(10), 내륜 축(20), 내, 외륜 구동휠(30)(40), 발전기(50)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 외륜 축(10)은 센터프레임(12)에 설치되는 제1축베어링(14)에 지지되어 회전운동되고, 중앙에 축홀(11)이 관통형성된다. 외륜 축(10)은 내부에 축홀(11)이 형성되는 관형 축으로서, 센터프레임(12)을 관통하도록 설치되어, 양측 단부가 센터프레임(12) 양측으로 노출되도록 구비된다.
또, 본 발명에 따른 내륜 축(20)은 외륜 축(10)의 축홀(11)에 비접촉상태로 관통 삽입되어, 양단이 한 쌍의 사이트플레이트(22)에 설치되는 제2축베어링(24)에 각각 지지된다. 한 쌍의 사이트플레이트(22)는 센터프레임(12)을 중심으로 양측에 이격배치되고, 제1축베어링(14)과 동축상에 일치하도록 제2축베어링(24)이 구비된다.
그리고, 상기 내륜 축(20)은 외륜 축(10)의 축홀(11)에 삽입된 상태로 양단이 제2축베어링(24)에 각각 지지되고, 이때 내륜 축(20) 외경은 축홀(11) 내경보다 축소된 사이즈로 형성되어 비적촉상태로 유지된다.
즉, 상기 외륜 축(10)과 내륜 축(20)은 동축상에 일치되도록 설치되면서 각각 제1축베어링(14)과 제2축베어링(24)에 의해 독립적으로 지지되므로, 후술하는 구동원(M)에 의해 정, 역 회전되더라도 상호 역방향 회전에 따른 상대속도가 각각의 축베어링 측으로 분산 지지되므로 축베어링의 수명이 장구이 유지되고, 특히 장시간 고속 운전에 안전성이 확보됨과 더불어 내, 외륜축(20)(10) 대형화에 따른 지지력이 견고하게 유지되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 내, 외륜축(20)(10)의 일측 단부에 서로 대향하게 설치되어, 단일의 구동원(M)에 의해 상호 역방향으로 회전하도록 구비된다.
일실시예로서, 도 1에서 상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 원형의 중량판으로 형성되어 방사형으로 복수개의 피동자력체(32)(42)가 설치되고, 피동자력체(32)(42)와 대응하는 내, 외륜 구동휠(30)(40) 사이에는 구동원(M)에 의해 회전하는 자력드럼(60)이 구비되며, 자력드럼(60) 회전축선은 내, 외륜 구동휠(30)(40) 회전축선과 직교하면서 외주면에는 복수개의 주동자력체(62)가 등각 배치되어, 자력드럼(60)이 회전시 주동자력체(62)와 피동자력체(32)(42)간의 인력 또는 척력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비된다. 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 동축상에 서로 마주하면서 이격 배치되고, 회전축선을 중심으로 방사형으로 복수개의 피동자력체(32)(42)가 배치되는바, 여기서 피동자력체(32)(42)는 영구자석 또는 전자석으로 구비된다.
그리고, 상기 자력드럼(60)은 내, 외륜 구동휠(30)(40)간에 이격 거리보다 축소된 사이즈로 형성되어, 내, 외륜 구동휠(30)(40) 표면과 비접촉상태로 설치되고, 외주면에 홈을 형성하여 복수개의 주동자력체(62)가 매립설치되는바, 여기서 주동자력체(62)는 영구자석 또는 전자석으로 구비된다. 이때 주동자력체(62)는 피동자력체(32)(42)와 인력이 작용하도록 서로 상이한 극성으로 형성되거나, 동일 극성으로 형성되어 척력이 작용하도록 구성된다.
이에 단일의 구동원(M)에 의해 자력드럼(60)이 회전하면, 자력드럼(60)을 중심으로 좌측에 위치되는 내륜 구동휠(30)이 정방향으로 회전하면, 우측에 위치되는 외륜 구동휠(40)은 역방향으로 회전되면서 내, 외륜축(20)(10)이 상호 역방향 구동된다.
다른 실시예로서, 도 2에서 상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 서로 대칭되는 한 쌍의 링기어(72)(74)로 형성되고, 한 쌍의 링기어(72)(74)에 치합되고 구동원(M)에 의해 회전하는 피니언기어(70)가 구비되어, 피니언기어(70)의 구동력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비된다. 한 쌍의 링기어(72)(74)는 피니언기어(70) 양측에 치합되어 동력이 전달되는 베벨기어조립체 구성으로서, 단일의 구동원(M)에 의해 피니언기어(70)이 회전하면, 피니언기어(70)를 중심으로 좌측에 위치되는 링기어(72)가 정방향으로 회전하면, 우측에 위치되는 링기어(74)는 역방향으로 회전되면서 내, 외륜축(20)(10)이 상호 역방향으로 구동된다.
한편, 상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 내, 외륜축(20)(10)상에서 설치각도가 조절되도록 파워록을 포함하는 각도조절수단에 의해 연결되어, 자력드럼(60)을 기준으로 내, 외륜 구동휠(30)(40)의 상호 역방향 교체시점이 조절된다. 즉 도 1과 같이 내, 외륜 구동휠(30)(40)에 방사형으로 배치되는 복수의 피동자력체(32)(42) 간의 교차시점이 조절되어 자력드럼(60)의 주동자력체(62)와의 인력 또는 척력 작용시점이 동일 시점 또는 일정한 간격으로 교대로 작용하도록 하여 운전 중 안정적인 구동력을 제공하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 발전기(50)는 내, 외륜축(20)(10)의 다른 일측 단부에 각각 연결되어 상호 역방향으로 회전하며 전기에너지를 발생하는 정,역 발전소자(52)(54)가 구비된다. 이때 정, 역 발전소자(52)(54)는 도 1 내지 도 2처럼 내, 외륜축(20)(10)에 직설되는 내, 외륜 회전자로 구성되거나, 도면을 통하여 도시하지 않았지만 기어조립체, 벨트, 체인을 포함하는 동력전달수단에 의해 증속 또는 감속 전달력에 의해 구동되도록 연결되는 구성도 가능하다. 여기서 발전기(50)는 통상의 고정자와 회전자를 이용한 발전시스템으로 구성되되, 고정자를 회전자 회전방향과 역방향으로 회전되도록 가동 고정자로 구성하여 상호 역방향 회전에 따른 상대속도를 이용하여 발전효율 향상을 도모한다.
다른 실시예로서, 도 3과 같이 정,역 발전소자(52)(54)는 판형 디스크에 방사형으로 복수개의 영구자석 또는 전자석이 설치되고, 정,역 발전소자(52)(54) 사이에 발전소자코일(56)이 설치되며, 정,역 발전소자(52)(54)는 발전소자코일(56) 영역을 동일 시점에 통과하도록 설정된다. 이때 정,역 발전소자(52)(54)는 발전소자코일(56) 영역을 동일 시점에 통과하는 순간 서로 다른 극성이 마주하도록 설정되어 전기에너지가 발생된다.
또한, 상기 구동원(M)은 클러치(80)에 의해 동력전달이 on/off작동되고, 클러치(80)는 제어부에 연결되어 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 설정된 속도에 도달하면 자체 가속력에 의해 회전상태가 유지되도록 동력전달이 off작동되도록 구비된다. 클러치(80)는 전자클러치 또는 라쳇과 같은 일방향 동력전달 수단으로 구성되고, 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 중량체로 구성되어 설정된 속도영역에 도달하면 가속력에 의해 구동원(M)에 의해 정속구동되는 자력드럼(60) 또는 피니언기어(70)의 회전속도 보다 빨라지는 증속구간이 발생되고, 이를 제어부에서 감지하여 클러치(80)를 통하여 구동원(M)의 동력전달이 off작동되어 자력드럼(60) 또는 피니언기어(70)가 자유구동으로 전환되면, 구동원(M) 출력과 내, 외륜 구동휠(30)(40)과 구동원(M) 간의 회전속도 불일치로 인한 동력손실이 방지되면서 단속적인 구동원(M) 사용으로 인해 에너지 효율이 향상된다.
한편, 상기 구동원(M)은 모터로 적용하거나, 자동차 및 산업기계의 동력원에 연결되어 사용되는 구성도 가능하다.
10: 외륜 축 20: 내륜 축
30: 내륜 구동휠 40: 외륜 구동휠
50: 발전기

Claims (4)

  1. 센터프레임(12)에 설치되는 제1축베어링(14)에 지지되어 회전운동되고, 중앙에 축홀(11)이 관통형성되는 외륜 축(10);
    상기 외륜 축(10)의 축홀(11)에 비접촉상태로 관통 삽입되어, 양단이 한 쌍의 사이트플레이트(22)에 설치되는 제2축베어링(24)에 각각 지지되는 내륜 축(20);
    상기 내, 외륜축(20)(10)의 일측 단부에 서로 대향하게 설치되어, 단일의 구동원(M)에 의해 상호 역방향으로 회전하는 내, 외륜 구동휠(30)(40);
    상기 내, 외륜축(20)(10)의 다른 일측 단부에 각각 연결되어 상호 역방향으로 회전하며 전기에너지를 발생하는 정, 역 발전소자(52)(54)가 구비되는 발전기(50);를 포함하여 이루어지고,
    상기 구동원(M)은 클러치(80)에 의해 동력전달이 on/off작동되고, 클러치(80)는 제어부에 연결되어 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 설정된 속도에 도달하면 자체 가속력에 의해 회전상태가 유지되도록 동력전달이 off작동되도록 구비되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 원형의 중량판으로 형성되어 방사형으로 복수개의 피동자력체(32)(42)가 설치되고, 피동자력체(32)(42)와 대응하는 내, 외륜 구동휠(30)(40) 사이에는 구동원(M)에 의해 회전하는 자력드럼(60)이 구비되며, 자력드럼(60) 회전축선은 내, 외륜 구동휠(30)(40) 회전축선과 직교하면서 외주면에는 복수개의 주동자력체(62)가 등각 배치되어, 자력드럼(60)이 회전시 주동자력체(62)와 피동자력체(32)(42)간의 인력 또는 척력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내, 외륜 구동휠(30)(40)은 서로 대칭되는 한 쌍의 링기어(72)(74)로 형성되고, 한 쌍의 링기어(72)(74)에 치합되고 구동원(M)에 의해 회전하는 피니언기어(70)가 구비되어, 피니언기어(70)의 구동력에 의해 내, 외륜 구동휠(30)(40)이 상호 역방향으로 회전하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 정, 역방향 상대속도를 이용한 발전시스템.
  4. 삭제
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