KR102038615B1

KR102038615B1 - 고효율 발전장치

Info

Publication number: KR102038615B1
Application number: KR1020180097785A
Authority: KR
Inventors: 최외철; 정경채
Original assignee: 최외철; 최효민
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2019-10-30

Abstract

본 발명은 고정자와 회전자의 상대속도를 현저히 높일 수 있는 고효율 발전장치에 관한 것으로, 고효율 발전장치에 있어서, 정지축과, 상기 정지축에 자유회전 가능하게 지지되는 태양기어와, 복수의 유성기어를 개재하여 상기 태양기어와 동심적으로 배치되는 링기어와, 상기 유성기어들을 연결하여 상기 정지축에 대해 회전멈춤시키는 유성캐리지를 포함하는 유성기어유니트와, 상기 태양기어와 일체 회전하는 제1로터와, 상기 링기어와 일체 회전하는 제2로터와, 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되는 다수의 영구자석과 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 다른 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되어 다수의 상기 영구자석과 상대회전운동에 의해 전류를 발생시키는 다수의 권선도체를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 발전장치{HIGH EFFCIENCY ELECTRICITY GENERATION DEVICE}

본 발명은 고효율 발전장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 영구자석과 권선도체가 역회전하여 낮은 외력과 저속으로도 높은 전력을 발생시킬 수 있는 고효율 발전장치에 관한 것이다.

일반적인 풍력이나 수력을 이용하는 발전장치는 고정자에 상대회전하는 회전자를 자연으로부터 발생 되는 외력을 이용하여 회전시키게 되며, 고정자와 회전자에 결합된 영구자석과 권선도체의 간섭을 통해 전력을 얻고 있다.

그러나 이러한 종래의 발전장치들은 고정자와 회전자의 상대속도를 현저히 높일 수 없었다.

본 발명은 고정자와 회전자의 상대속도를 현저히 높일 수 있는 고효율 발전장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 고효율 발전장치에 있어서, 정지축과, 상기 정지축에 자유회전 가능하게 지지되는 태양기어와, 복수의 유성기어를 개재하여 상기 태양기어와 동심적으로 배치되는 링기어와, 상기 유성기어들을 연결하여 상기 정지축에 대해 회전멈춤시키는 유성캐리지를 포함하는 유성기어유니트와, 상기 태양기어와 일체 회전하는 제1로터와, 상기 링기어와 일체 회전하는 제2로터와, 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되는 다수의 영구자석과 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 다른 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되어 다수의 상기 영구자석과 상대회전운동에 의해 전류를 발생시키는 다수의 권선도체를 가지는 것을 특징으로 하는 고효율 발전장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제2로터에 상기 정지축에 대한 회전에너지를 제공하는 적어도 하나의 회전구동부재를 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 영구자석들과 상기 권선도체들은 축방향을 따라 순차적으로 배치하여 보다 안정적인 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 영구자석들과 상기 권선도체들은 상기 정지축의 축선에 동심되게 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1로터는 상기 정지축이 관통하는 중공축과 상기 중공축에 고정되어 상기 영구자석들을 지지하는 다수의 자석지지브래킷을 가지게 하여 정지축은 회전하지 않게 하는 것으로 안정적인 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1로터와 상기 정지축 사이에 개재되는 복수의 내부베어링과, 상기 제2로터와 상기 정지축 사이에 개재되는 복수의 외부베어링을 설치하여 각각의 베어링에 걸리는 부하를 최소화 할 수 있다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 고정자와 회전자의 상대속도를 현저히 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 발전장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 이용한 풍력발전기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 이용한 수력발전기의 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 정지축(100, 100')과, 유성기어유니트와, 제1로터(300, 300') 및 제2로터(400, 400')와, 영구자석(510, 510') 및 권선도체(520. 520')를 가진다.

정지축(100, 100')은 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 지지하고 있는 바아형태의 부재이며, 회전을 포함한 움직임이 없도록 배치된다.

유성기어유니트는 정지축(100, 100')에 자유회전 가능하게 지지되는 태양기어(210, 210')와, 유성기어(220, 220')를 개재하여 태양기어(210, 210')와 동심적으로 배치되는 링기어(230, 230')와, 유성기어(220, 220')들을 연결하여 정지축(100, 100')에 대해 회전멈춤시키는 유성캐리지(223, 223')를 포함한다. 태양기어(210, 210')는 링기어(230, 230')의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 되며 이때 태양기어(210, 210')는 태양기어(210, 210')와 링기어(230, 230')의 잇수비율에 따라 증속된다. 즉, 태양기어(210, 210')는 링기어(230, 230')에 비해 증속되며 링기어(230, 230')와 반대방향으로 회전하게 된다.

제1로터(300, 300')는 태양기어(210, 210')와 결합되어 일체 회전하고, 제2로터(400, 400')는 링기어(230, 230')와 결합되어 일체 회전한다.

영구자석(510. 510')과 권선도체(520, 520')는 상호 간섭되어 전력을 발생시키는데, 이러한 영구자석(510. 510')은 제1로터(300, 300')와 제2로터(400, 400') 중 어느 하나에 원주방향을 따라 배치될 수 있으며, 권선도체(520, 520')는 제1로터(300, 300')와 제2로터(400, 400') 중 다른 하나에 배치되어 영구자석(510. 510')과 상대회전 운동하여 전류를 발생시킨다.

위와 같은 본 발명에 따른 고효율 발전장치는 수력이나 풍력과 같은 자연으로부터 발생되는 저에너지원으로부터 회전력을 얻도록 설치된다. 이때, 수력이나 풍력으로부터 회전력을 얻기 위한 회전구동부재(600, 600')가 설치되며 회전구동부재(600, 600')는 링기어(230, 230')에 연결된다.

위와 같은 구조로 인해, 본 발명에 따른 고효율 발전기는 링기어(230, 230')에 연결된 회전구동부재(600, 600')가 수력이나 풍력과 같은 자연에서 발생되는 저에너지원으로 인해 회전하게 되어 링기어(230, 230')가 회전함에 따라 태양기어(210, 210')는 링기어(230, 230')와 반대방향으로 회전하게 되고, 태양기어(210, 210')와 링기어(230, 230')에 각각 결합되고 어느 한쪽에 영구자석(510. 510'), 다른 한쪽에 권선도체(520, 520')를 가지는 제1로터(300, 300')와 제2로터(400, 400')의 상대회전에 의해 영구자석(510. 510')과 권선도체(520, 520') 사이에서 전류를 발생시키게 된다.

이때, 링기어(230, 230')에 권선도체(520, 520')가 배치된다고 가정하면, 태양기어(210, 210')에 배치되는 영구자석(510, 510')은 태양기어(210, 210')가 링기어(230, 230')와 반대방향으로 증속되어 회전하므로 권선도체(520, 520')의 회전속도보다 증속된 회전속도에 반대방향에 따른 상대회전속도를 얻게 되어 권선도체(520, 520')보다 매우 빠르게 역회전하게 된다. 이는 결국 권선도체(520, 520')와 영구자석(510, 510')간의 상대회전속도를 매우 증가시키게 되므로 자연에서 얻을 수 있는 저 에너지원으로도 높은 발전효율을 기대할 수 있는 것이다.

위와 같은 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 풍력과 수력에 적용한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 고효율 발전장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 이용한 풍력발전기의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 이용한 수력발전기의 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 고효율 발전장치가 풍력발전기에 사용될 때를 예시하여 설명한다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 포스트(1)의 상부에 풍력이 발생되는 방향에 따라 회전 가능하도록 설치된다.

포스트(1)는 풍력을 용이하게 얻기 위한 높이를 확보하고, 견고한 구조를 가질 수 있는 구조로 준비된다. 포스트(1)의 상부에는 스윙블럭(2)이 설치되고 스윙블럭(2)에는 스윙캡(3)이 회전가능하게 결합된다.

고효율 발전장치는 반경방향으로 복수개의 회전구동부재(600)를 가진 채 스윙캡(3)의 일측에 설치되고 타측에는 풍향익(4)이 설치된다. 회전구동부재(600)는 다양한 형태의 날개부재로 이루어 질 수 있다.

이와 같은 구조로 인해 고효율 발전장치는 풍력이 발생되는 방향에 따라 능동적으로 대응하여 바람에 정면으로 마주할 수 있도록 되어 풍력을 통해 효율적인 회전력을 얻을 수 있게 된다.

도 1에는 본 발명에 따른 고효율 발전장치의 내부구조가 상세히 도시되어 있다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 풍력을 이용하기 용이한 구조를 가지고 있으며 바람을 마주하는 쪽으로부터 프론트케이지(10)와, 미들케이지(20) 및 리어케이지(30)를 포함하는 케이지부와, 케이지부의 내측에 배치되는 유성기어유니트와 영구자석(510)과 권선도체(520)를 포함하는 발전유니트와, 베어링유니트 및 수전과 회전속도 제어를 위한 브레이크유니트와 수전유니트를 포함하는 악세서리부를 가지며, 이러한 장치들을 지지하기 위해 장치들의 축선을 따라 정지축(100)이 배치된다.

유성기어유니트는 링기어(230)와 태양기어(210) 및 링기어(230)와 태양기어(210)의 사이에 개재되는 유성기어(220) 및 유성기어(220)를 지지하는 유성캐리지(223)로 이루어진다.

정지축(100)은 풍향에 평행한 방향으로 배치되며, 축선에 따른 회전이 제한된다. 정지축(100)의 내부에는 수전과 냉각을 위한 수전홀(120)이 축선을 따라 형성된다. 정지축(100)의 선단영역에는 유성캐리지(223)가 결합되고, 후단영역에는 수전을 위한 악세서리들이 설치되며, 최후단 영역은 스윙캡(3)과 결합되기 위한 고정플랜지부(110)와 결합된다.

프론트케이지(10)의 전방은 프론트커버(11)와 결합되고, 후방은 미들케이지(20)와 결합된다. 프론트케이지(10)의 전방 내측은 정지축(100)에 고정된 유성캐리지(223)에 외부베어링(720)에 의해 회전가능하게 지지되고, 프론트케이지(10)의 후방 내측은 링기어(230)와 결합된다.

프론트커버(11)는 바람을 마주하는 방향으로 볼록하게 돌출되는 형상을 가지며, 정지축(100)과 동일한 축선을 가진다.

미들케이지(20)는 반경방향으로 회전구동부재(600)를 가지며, 내측으로는 권선도체(520)가 설치되는 권선도체스테이터(521)와 결합되고, 후방은 리어케이지(30)와 결합된다.

리어케이지(30)에는 서로 결합되어 일체 회전하는 프론트케이지(10)와 미들케이지(20) 및 리어케이지(30)의 회전속도를 제어하는 브레이크디스크(810)와 권선도체(520)에서 발생된 전기를 보내기 위한 수전브래킷(831)이 설치된다. 리어케이지(30)의 후방 내측은 고정플랜지부(110)에 외부베어링(720)에 의해 회전가능하게 지지된다.

정지축(100)의 후방영역에는 리어케이지(30)에 설치된 브레이크디스크(810)에 맞물리는 전자브레이크(820)와, 수전브래킷(831)에 맞물리는 수전링(832)이 설치된다. 브레이크디스크(810)와 전자브레이크(820) 및 수전브래킷(831)과 수전링(832)은 적어도 미들케이지(20)가 회전하고 있어도 지속적인 접점이 유지되도록 설치된다. 즉, 전자브레이크(820)와 수전링(832)은 정지축(100)의 외측에 원주방향을 따라 고리형상을 가져 브레이크디스크(810)와 수전브래킷(831)이 회전하더라도 항상 접촉될 수 있는 구조를 가진다.

이때, 수전링(832)은 정지축(100)의 내측에 형성된 수전홀(120)과 연통되어 수전홀(120)을 통해 발생된 전기를 외부로 보내줄 수 있게 된다. 이러한 수전홀(120)은 충분히 넓게 형성되어 케이지부로부터 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있게 하거나, 수전홀(120)을 통해 냉각가스를 주입할 수 있도록 형성된다. 또한, 이러한 수전홀(120)은 복수 개 형성되어 어느 한쪽의 수전홀은 케이지부의 내부의 열을 외부로 방출하고, 다른 한쪽의 수전홀은 냉각가스를 주입하도록 할 수 있다.

이러한 브레이크유니트와 수전유니트는 전력의 공급과 이용이 용이하도록 포스트(1)와 가까운 발전장치의 후방에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 정지축(100)에 형성된 수전홀(120)의 가공과 수전홀(120)에 따른 내구성을 고려할 때 수전홀(120)과 가까운 정지축(100)의 후방영역에 배치되는 것이 좋다.

정지축(100)의 가운데 영역에는 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)이 설치된다. 정지축(100)은 중공축(310)의 중공을 관통한다. 정지축(100)과 중공축(310) 사이에는 내부베어링(710)이 배치되어, 중공축(310)은 정지축(100)에 회전가능하게 지지된다.

베어링부는 외부베어링(720)과 내부베어링(710)으로 이루어진다.

외부베어링(720)은 발전장치의 전방과 후방에 각각 배치되며 전방에 배치되는 외부베어링(720)은 유성캐리지(223)와 프론트케이지(10) 사이에 배치되고, 후방에 배치되는 외부베어링(720)은 고정플랜지부(110)와 리어케이지(30) 사이에 배치된다. 이러한 외부베어링(720)은 제2로터(400)에 해당하는 케이지부를 발전장치의 축선을 중심으로 회전가능하게 한다. 이때, 외부베어링(720)은 정지축(100)과 접촉하지 않음으로 풍력에 의한 회전은 정지축(100)에 직접적인 영향을 미치지 않는다.

내부베어링(710)은 전후방에 설치되는 외부베어링(720)의 내측에 설치되며, 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)을 정지축(100)에 대해 회전가능하게 지지한다. 내부베어링(710)은 정지축(100)과 직접 접촉되어 설치된다.

위와 같은 베어링 구조로 인해, 제2로터(400)에 해당하는 케이지부와 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)은 서로 간섭 없이 고효율 발전장치의 축선을 중심으로 회전가능하며, 외부베어링(720)은 케이지부의 회전만을 지지하고, 내부베어링(710)은 중공축(310)의 회전만을 지지하여 베어링부에 걸리는 저항이 최소화 된다.

유성기어유니트는 고효율 발전장치의 전방에 배치되어 후방에 배치되는 브레이크유니트와 수전유니트와의 간섭이 없다. 링기어(230)는 프론트케이지(10)와 결합하여 제2로터(400)에 해당하는 케이지부와 일체 회전하게 된다. 태양기어(210)는 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)과 일체 회전하여 정지축(100)에 자유회전 한다. 이러한 링기어(230)와 태양기어(210)는 동심적으로 배치된다. 링기어(230)와 태양기어(210) 사이에는 유성기어(220)들이 배치되어 링기어(230)와 태양기어(210)를 연결한다. 유성기어(220)는 정지축(100)에 결합된 유성캐리지(223)와 결합하는 유성기어축(222)에 유성기어베어링(221)에 의해 회전가능하게 고정되어 자체적으로는 회전 가능하지만, 정지축(100)에 대해서는 회전 멈춤된 상태로 안정적으로 지지된다.

위와 같은 정지축(100), 유성기어유니트, 케이지부 및 중공축(310)의 결합관계에 의해 제2로터(400)에 해당하며 회전구동부재(600)를 가지는 케이지부가 풍력에 의해 회전하게 되면, 이 회전력은 유성기어(220)에 의해 태양기어(210)에 전달되어 태양기어(210)와 결합된 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)을 반대방향으로 회전시키게 된다. 이때, 태양기어(210)와 링기어(230)의 잇수 차이에 의해 링기어(230)의 회전속도보다 태양기어(210)의 회전속도가 증가하게 되며, 태양기어(210)는 링기어(230)의 반대방향으로 회전하기 때문에 링기어(230)와 태양기어(210)의 상대회전속도는 더욱 증가하게 된다.

제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)은 반경방향으로 자석지지브래킷(320)을 가지며, 자석지지브래킷(320)에는 영구자석(510)이 설치되고, 제2로터(400)에 해당하는 케이지부 중 미들케이지(20)는 내측으로 권선도체(520)가 설치되는 권선도체스테이터(521)를 가진다. 자석지지브래킷(320)은 중공축(310)의 전방과 후단에 한 쌍으로 설치되고, 권선도체스테이터(521)는 한 쌍의 자석지지브래킷(320)의 사이 공간에 배치된다. 이러한 구조로 인해 영구자석(510)들과 권선도체(520)들은 발전장치의 축방향을 따라 순차적으로 배치되는 형상을 가지며, 반경방향을 따라 연장되어 정지축(100)을 중심으로 제1로터(300)와 제2로터(400)가 회전하더라도 회전과 원심력에 의한 진동이 최소화 된다.

위와 같은 영구자석(510)과 권선도체(520)의 배치에 의해 제1로터(300)와 제2로터(400)는 서로 반대방향으로 회전하며 전력을 발생시키게 된다. 이때 발생된 전력은 리어케이지(30)에 형성된 수전브래킷(831)에 의해 수전링(832)에 전달되고, 수전링(832)에 전달된 전력은 수전홀(120)을 통해 포스트(1)로 전달된다.

도 1과 도 2에서는 영구자석(510)이 제1로터(300)에, 권선도체(520)가 제2로터(400)에 설치된 것으로 예시하였지만, 영구자석(510)과 권선도체(520)는 반대로 설치될 수 있다.

또한, 영구자석(510)과 권선도체(520)은 정지축(100)의 축선방향을 따라 순차적으로 배치되고, 영구자석(510)과 권선도체(520)은 정지축(100)의 축선을 기준으로 동심적으로 원주방향을 따라 간헐적으로 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 고효율 발전장치를 이용한 수력발전장치를 예시하고 있다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 발전장치가 수력발전기에 사용될 때를 예시하여 설명한다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 물이 흐르는 유로(6)의 상부에 정지축(100')의 양단이 수차고정브래킷(5)에 의해 고정되어 설치되며, 케이지부는 프론트케이지(10')와 리어케이지(30')의 2단의 케이지 구조를 가지며, 권선도체(520')와 영구자석(510')은 정지축(100')에 동심되도록 배치된다. 이러한 영구자석(510')과 권선도체(520')를 가진 채 상호 역방향으로 상대회전하게 되는 제1로터(300')와 제2로터(400')는 풍력발전기와 유사하다. 즉, 제1로터(300')는 내부베어링(710')에 의해 정지축(100')에 회전가능하게 결합되며 태양기어(210')와 영구자석(510')이 설치되는 중공축(310')을 의미하고, 제2로터(400')는 링기어(230')와 권선도체(520')가 설치되며 정지축(100')의 양단에 설치된 고정플랜지부(110')에 외부베어링(720')에 의해 회전가능하게 결합되는 케이지부를 의미한다. 이때, 제2로터(400')에는 수력에 의해 제2로터(400')를 회전시킬 수 있는 회전구동부재(600')가 설치된다.

유로(6)는 수력발전기가 수력을 용이하게 받아들이도록 물의 흐름을 일정하게 하기 위한 통로이며, 수력이 수력발전기의 외부에 원주방향을 따라 형성된 회전구동부재(600') 상에 수직하게 작용할 수 있도록 한다. 즉, 도 3에서의 물의 흐름은 사각 형상의 회전구동부재(600')의 사각형상 전면에 접촉되는 방향이다.

수력발전기에서의 회전구동부재(600')는 수차버켓(620)의 형상을 가진다. 수차버켓(620)은 고효율 발전장치의 외부에서 버켓지지대(610)에 의해 적절한 반경거리를 가질 수 있도록 결합되며, 수력을 제2로터(400')의 회전력으로 용이하게 전환시킬 수 있도록 유로(6)의 단면형상과 대응하는 형상을 가진다.

수차고정브래킷(5)은 유로(6)의 좌우에서 상부로 연장되어 고효율 발전장치의 정지축(100')의 양단에 설치된 고정플랜지부(110')와 결합하여 정지축(100')을 견고하게 지지한다.

이러한 수력발전기 타입의 고효율 발전장치는 정지축(100')의 양단이 수차고정브래킷에 고정되어 있기 때문에, 케이지부는 프론트케이지(10')와 리어케이지(30')의 2단 구조로 설계할 수 있으며 이러한 케이지부는 제2로터에 포함된다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 프론트케이지(10')가 우측에 배치된 것으로 도시하고 있다.

프론트케이지(10')에는 반경방향을 따라 버켓지지대(610)가 설치되며 버켓지지대(610)의 끝단에는 수차버켓(620)이 설치된다. 이러한 프론트케이지(10')는 링기어(230')와 결합된다. 리어케이지(30')는 프론트케이지(10')와 결합되고, 내부에는 권선도체(520')가 결합된다.

이러한 케이지부는 정지축(100')의 양단을 지지하고 있는 고정플랜지부(110')에 외부베어링(720')에 의해 회전가능하게 지지된다.

수력발전기에서의 유성기어유니트는 풍력발전기와 유사하나, 유성캐리지(223')가 정지축(100')에 회점멈춤되도록 결합된다.

본 발명의 발전유니트는 다양한 형태의 실시예를 가질 수 있는데, 도 3의 수력발전기에서는 도 1과 도 2의 풍력발전기에서 적용한 예시와 달리, 영구자석(510')이 중공축(310')의 외경을 따라 원주방향으로 배치되고, 권선도체(520')는 영구자석(510')의 외경을 감싸는 형태로 케이지부의 내측에 결합된다. 이러한 발전유니트의 단면은 영구자석(510')과 권선도체(520')가 동심원을 가지는 형태이며, 영구자석(510')이 권선도체(520')의 내측에 배치되는 형상이다. 이러한 배치는 도 3에 도시된 바와 같이, 정지축(100')에 가로방향으로 동일한 공간 내에 설치되어 공간의 효율성이 높다.

다음은, 본 발명에 따른 고효율 발전장치의 효과에 관해 설명한다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 낮은 수준의 에너지원으로도 높은 효율의 전력을 발생시킬 수 있다. 본 발명에 따른 고효율 발전장치는 수력과 풍력 등 낮은 수준의 에너지원으로도 영구자석(510, 510')과 권선도체(520, 520')간의 상대속도를 높게 할 수 있으므로 발전효율이 높다. 도 1과 도 2에서 예시한 것과 같이, 풍력에 의해 회전하고 권선도체(520)를 가지는 제2로터(400)에 해당하는 케이지부는 링기어(230)에 결합되고, 영구자석(510)을 가지는 제1로터(300)에 해당하는 중공축(310)은 태양기어(210)에 결합되기 때문에 제2로터(400)의 회전은 링기어(230)와 태양기어(210)의 잇수비율에 의해 증속된 상태로 태양기어(210)로 전달되어 제1로터(300)의 회전속도가 증가하게 되고, 거기에 태양기어(210)는 링기어(230)와 반대방향으로 회전하기 때문에 권선도체(520)와 영구자석(510)의 상대속도는 더욱 증가하게 된다.

이와 같은 상대속도의 증가를 수치화하기 위해 예를 들자면, 만약 링기어(230)가 100rpm으로 회전하고, 링기어(230)와 태양기어(210)의 잇수를 태양기어(210)는 링기어(230)보다 3.27배 빠르게 회전하도록 조절한다면 태양기어(210)는 327rpm으로 회전할 것이다. 그런데, 이때 태양기어(210)는 링기어(230)와 반대방향으로 회전하게 되므로 태양기어(210)와 링기어(230)의 상대회전속도는 427rpm이 될 것이다. 이와 같이 링기어(230)와 태양기어(210)의 상대회전속도가 현저히 증가하므로 링기어(230)와 태양기어(210)에 연결된 영구자석(510)과 권선도체(520)간에 발생되는 전력발생 효율이 매우 증가하는 것이다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 컴팩트한 구조를 가지며 내구성이 높다.

일반적인 발전장치는 회전력을 얻기 위한 구조물과, 회전력으로 전력을 생산하는 발전기를 별도로 가져 부피가 크고 비용이 많이 들었지만, 본 발명에 따른 발전장치는 하나의 구조물 안에 발전을 위한 발전유니트와 회전을 위한 유성기어유니트 및 회전구동부재 등이 모두 포함되어 있어 구조가 컴팩트하다.

또한, 고효율 발전장치의 후방에 수전유니트를 설치하고, 정지축(100)의 내부에 수전홀(120)을 형성하여 수전에 따른 구조를 효율화 하였으며, 수전홀(120)을 통해 전력과 냉각을 동시에 수행할 수 있는 구조를 취하였다.

그리고, 제1로터(300, 300')는 중공축(310, 310')으로 마련되어 정지축(100, 100')에 내부베어링(710, 710')에 의해 회전가능하게 지지되고, 제2로터(400, 400')는 고정플랜지부(110, 110')에 외부베어링(720, 720')에 의해 회전가능하게 지지되도록 하였다. 이와 같은 구조로 인해 내부베어링(710, 710')과 외부베어링(720, 720')에 걸리는 하중을 최소화 시켜 내구도는 증가시키고, 발열량은 낮추었다.

본 발명에 따른 정지축(100, 100)은 회전하지 않고 발전장치들의 축선을 통과하여 모든 장치들을 안정적으로 지지하고 있다.

일반적인 발전장치들은 중심축이 회전하기 때문에 이를 지지하기 위한 구조가 복잡하고 발전장치들의 전후방 전반에 걸쳐 균형 있는 지지구조를 확보하기 어려웠다. 본 발명에 따른 정지축(100, 100')은 전체적인 발전장치의 좌우구간에 걸쳐 중심축선을 지나며 지지하고 있기 때문에 보다 안정적인 지지구조를 제공한다. 특히, 수력발전장치의 형태에서는 정지축(100')의 양단이 수차고정브래킷(5)에 고정되기 때문에 풍력발전장치의 형태보다 더욱 안정적인 구조를 가진다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 수력과 풍력 등 다양한 형태의 발전장치에 적용가능하다.

본 발명에 따른 고효율 발전장치는 정지축(100, 100')은 고정되고, 제1로터(300, 300') 및 제2로터(400, 400')가 반대방향으로 회전하는 구조이기 때문에 자연으로부터 발생되는 외력으로 제2로터(400, 400')를 회전시킬 수 있도록 하는 다양한 형태의 발전시스템에 적용될 수 있다. 또한, 제2로터(400, 400')와 제1로터(300, 300')와의 상대회전속도를 현저히 증가시킬 수 있기 때문에 제2로터(400, 400')에 설치되는 회전구동부재(600, 600')가 바람이나 물의 진행방향에 정면으로 설치되지 않거나, 다소 작더라도 발전효율을 높이는데 무리가 없다. 즉, 고효율 발전장치의 설치위치나 형태를 설치되는 장소와 환경에 따라 유연하게 설계할 수 있다.

10, 10' : 프론트케이지 11 프론트커버
20 : 미들케이지 30, 30' : 리어케이지
100, 100' : 정지축 110, 110' : 고정플랜지부
120 : 수전홀 210, 210' : 태양기어
220, 220' : 유성기어 221 : 유성기어베어링
222 : 유성기어축 223, 223' : 유성캐리지
230, 230' : 링기어 300, 300' : 제1로터
310, 310' : 중공축 320 : 자석지지브래킷
400, 400' : 제2로터 510, 510' : 영구자석
520, 520' : 권선도체 521 : 권선도체스테이터
600, 600' : 회전구동부재 610 : 바켓지지대
620 : 수차바켓 710, 710' : 내부베어링
720, 720' : 외부베어링 810 : 브레이크디스크
820 : 전자브레이크 831 : 수전브래킷
832 : 수전링 1 : 포스트
2 : 스윙블럭 3 : 스윙캡
4 : 풍향익 5 : 수차고정브래킷
6: 유로

Claims

고효율 발전장치에 있어서,
정지축과,
상기 정지축에 자유회전 가능하게 지지되는 태양기어와, 복수의 유성기어를 개재하여 상기 태양기어와 동심적으로 배치되는 링기어와, 상기 유성기어들을 연결하여 상기 정지축에 대해 회전멈춤시키는 유성캐리지를 포함하는 유성기어유니트와,
상기 태양기어와 일체 회전하며, 상기 정지축이 관통되며, 상기 정지축에 회전가능하게 지지되는 중공형상의 제1로터와,
상기 링기어와 일체 회전하는 제2로터와,
상기 제1로터와 상기 제2로터 중 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되는 다수의 영구자석과 상기 제1로터와 상기 제2로터 중 다른 어느 하나에 원주방향을 따라 배치되어 다수의 상기 영구자석과 상대회전운동에 의해 전류를 발생시키는 다수의 권선도체를 가지며,
상기 제2로터는 상기 정지축에 대한 회전에너지를 제공하는 적어도 하나의 회전구동부재를 더 포함하며,
상기 제1로터와 상기 정지축 사이에 개재되는 복수의 내부베어링과,
상기 제2로터와 상기 정지축 사이에 개재되는 복수의 외부베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발전장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 영구자석들과 상기 권선도체들은 상기 정지축의 축방향을 따라 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전장치.
제 1항에 있어서,
상기 영구자석들과 상기 권선도체들은 상기 정지축의 축선에 동심되게 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전장치.
삭제