KR102242897B1 - Small motor generator using solar panel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 태양 혹은 조명의 빛을 전동기의 에너지원으로 이용하여 기계적 에너지를 생산하고, 이를 발전기를 통해 전기 에너지를 변환함으로써 전력 회수량을 높여 보다 효율적인 발전을 하는데 있다.
일례로, 빛 에너지를 일 방향으로만 입사 받아 전기 에너지로 변환하고, 상기 전기 에너지에 의해 발생되는 전류의 순환경로를 형성하되, 하부에서 상부 방향으로 작용하는 자계에 대해 각각 직교하며 서로 반대 방향의 전류순환경로를 각각 형성하여 각 전류순환경로 중 자계와 각각 직교하는 지점에서 서로 반대 방향의 힘을 발생시켜 회전축을 회전시키는 회전동력 발생부; 및 상기 회전축의 회전 동작에 따라 전달되는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 발전부를 포함하는 소형 전동 발전기를 개시한다.The present invention relates to a small motor generator using a solar panel, and the technical problem to be solved is to generate mechanical energy by using the light of the sun or lighting as an energy source of an electric motor, and convert it to electric energy through a generator. It is to make more efficient power generation by increasing the amount of recovery.
For example, light energy is incident in only one direction and is converted into electrical energy, and a circulation path of the current generated by the electrical energy is formed, but each is orthogonal to the magnetic fields acting from the bottom to the top, and is opposite to each other. A rotational power generator configured to form a current circulation path to generate a force in opposite directions to each other at a point perpendicular to a magnetic field among each current circulation path to rotate the rotation shaft; And it discloses a small motor generator including a power generating unit for converting the mechanical energy transmitted according to the rotational operation of the rotating shaft into electrical energy and outputting.
Description
본 발명의 실시예는 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a small motor generator using a solar panel.
일반적으로 전동기와 발전기는 서로 반대되는 에너지를 생산하게 된다. 즉, 전동기는 외부로부터 공급된 전기 에너지를 받아 이를 기계적 에너지로 변환시켜 준다. 그리고, 발전기는 전동기와 반대로 외부의 힘(예를 들어 수력, 화력, 원자력)의 회전에 의한 기계적 에너지를 전자유도작용을 통해 전기 에너지로 변환시켜 준다.In general, motors and generators produce opposite energy. That is, the motor receives electrical energy supplied from the outside and converts it into mechanical energy. In addition, the generator converts mechanical energy by rotation of external forces (eg, hydraulic power, thermal power, nuclear power) into electrical energy through electromagnetic induction, as opposed to an electric motor.
이처럼 서로 다른 기능을 담당하는 전동기와 발전기는 전력의 변성이라든가 변환 또는 변류를 목적으로 하는 기기가 요구되었다. 일 예로, 전동 발전기(motor generator)를 들 수 있다.As such, electric motors and generators that are in charge of different functions have required devices for the purpose of transformation or conversion of electric power. An example is a motor generator.
통상적인 전동 발전기는 별개로 제작된 전동기와 발전기를 연결수단, 예를 들어 벨트나 기어를 매개로 결합한 구조로 이루어진다. 이러한 전동 발전기는 전동기와 발전기의 종류에 따라 다양한 형태로 결합하여 사용되고 있다. A typical motor generator is composed of a structure in which a separately manufactured motor and a generator are coupled through a connecting means, for example, a belt or a gear. These motor generators are used in combination in various forms depending on the type of motor and generator.
예를 들어, 전동 발전기의 결합 방법으로는 유도 전동기와 직류 발전기, 동기 전동기와 동기 발전기, 또는 동기전동기와 직류발전기를 결합하는 방법을 들 수 있다. For example, the coupling method of the motor generator includes an induction motor and a DC generator, a synchronous motor and a synchronous generator, or a method of coupling a synchronous motor and a DC generator.
이와 같은 일반적인 전동 발전기는 전동기의 동력원으로 전기 에너지를 외부에서 받도록 설계되어 있어, 결국, 최초 소비되는 전기 에너지의 양과 발전기에 의해 생산되는 전기 에너지의 양을 비교하여 그 전력 회수량을 판단하여 보면 에너지 효율성이 상당히 떨어진다는 단점이 있다.Such a general motor generator is designed to receive electrical energy from the outside as a power source of the motor. In the end, if you compare the amount of electrical energy initially consumed with the amount of electrical energy produced by the generator to determine the amount of power recovery, energy The disadvantage is that the efficiency is considerably lower.
본 발명의 실시예는, 태양 혹은 조명의 빛을 전동기의 에너지원으로 이용하여 기계적 에너지를 생산하고, 이를 발전기를 통해 전기 에너지를 변환함으로써 전력 회수량을 높여 보다 효율적인 발전이 가능한 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기를 제공한다.An embodiment of the present invention uses a solar panel that generates mechanical energy by using the light of the sun or lighting as an energy source of an electric motor, and converts it to electrical energy through a generator, thereby increasing the amount of power recovered and enabling more efficient power generation. Offers small motor generators.
본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기는, 빛 에너지를 일 방향으로만 입사 받아 전기 에너지로 변환하고, 상기 전기 에너지에 의해 발생되는 전류의 순환경로를 형성하되, 하부에서 상부 방향으로 작용하는 자계에 대해 각각 직교하며 서로 반대 방향의 전류순환경로를 각각 형성하여 각 전류순환경로 중 자계와 각각 직교하는 지점에서 서로 반대 방향의 힘을 발생시켜 회전축을 회전시키는 회전동력 발생부; 및 상기 회전축의 회전 동작에 따라 전달되는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 발전부를 포함한다.The small motor generator according to an embodiment of the present invention receives light energy in only one direction and converts it into electrical energy, and forms a circulation path of the current generated by the electrical energy, but a magnetic field acting from the bottom to the top A rotational power generator configured to generate a force in opposite directions at a point perpendicular to a magnetic field in each current circulation path by forming current circulation paths in opposite directions to each other to rotate the rotation shaft; And a power generation unit for converting mechanical energy transmitted according to the rotational motion of the rotation shaft into electrical energy and outputting it.
또한, 상기 회전동력 발생부는, 일 측면만 외부로부터 빛이 투과되는 투과면이 구비된 하우징; 상기 하우징의 하부에 설치되어 상기 하우징의 하부에서 상부 방향으로 자계를 형성하는 자계 발생부; 4개의 측면을 구비하고, 상기 4개의 측면 중 적어도 한 면이 상기 투과면과 대향하도록 상기 하우징 내에 배치되는 회전 프레임; 상기 하우징의 전면에서 후면을 가로질러 배치되되, 상기 회전 프레임의 중심부를 관통하여 상기 회전 프레임과 연결되도록 배치되는 회전축; 상기 4개의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면에 설치되고, 상기 2개의 측면 중 어느 한 측면에 설치된 제1 태양광패널과 다른 한 측면에 설치된 제2 태양광패널을 포함하되, 상기 제1 태양광패널과 상기 제2 태양광패널이 서로 반대 극성끼리 대향하도록 배치되는 태양광패널부; 및 상기 제1 태양광패널의 양극에서부터 연장되어 상기 자계에 대해 각각 직교하는 서로 반대 방향의 전류순환경로를 다수 개 형성한 후 상기 제1 태양광패널의 음극에 연결되는 순환 코일, 상기 제1 태양광패널의 양극과 상기 순환 코일 간의 제1 연결노드에서 상기 제2 태양광패널의 음극 사이를 연결하는 제1 배선과, 상기 제1 태양광패널의 음극과 상기 순환 코일 간의 제2 연결노드에서 상기 제2 태양광패널의 양극 사이를 연결하는 제2 배선을 포함하는 전류순환 경로부를 포함할 수 있다.In addition, the rotational power generation unit, the housing provided with a transmission surface through which light is transmitted from the outside only one side; A magnetic field generator installed under the housing to form a magnetic field from a lower portion to an upper portion of the housing; A rotating frame having four side surfaces and disposed in the housing such that at least one of the four side surfaces faces the transmission surface; A rotation shaft disposed across the rear surface of the housing, passing through a center portion of the rotation frame and connected to the rotation frame; And a first solar panel installed on one of the two side surfaces and a second solar panel installed on the other side, the first solar panel installed on two side surfaces of the four side surfaces facing each other, the first solar panel A solar panel unit in which the panel and the second solar panel are arranged to face opposite polarities to each other; And a circulation coil extending from the anode of the first solar panel to form a plurality of current circulation paths in opposite directions respectively orthogonal to the magnetic field, and then connected to the cathode of the first solar panel, the first solar panel. The first wiring connecting between the anode of the second solar panel and the cathode of the second solar panel at the first connection node between the anode of the photovoltaic panel and the circulation coil, and the second connection node between the cathode of the first photovoltaic panel and the circulation coil. It may include a current circulation path portion including a second wiring connecting between the anodes of the second solar panel.
또한, 상기 회전축을 고정하기 위한 축 고정부를 더 포함하고, 상기 축 고정부는, 상기 회전축의 일단부와 타단부에 각각 설치되는 제1 영구자석; 및 상기 제1 영구자석의 하부 또는 상/하부에 상기 제1 영구자석과 이격 배치되고, 상기 제1 영구자석과의 척력으로 상기 제1 영구자석이 자기 부상되도록 설치된 다수의 제2 영구자석을 포함할 수 있다.In addition, it further includes a shaft fixing portion for fixing the rotation shaft, the shaft fixing portion, a first permanent magnet installed at one end and the other end of the rotation shaft, respectively; And a plurality of second permanent magnets disposed below or above and below the first permanent magnet to be spaced apart from the first permanent magnet, and installed so that the first permanent magnet is magnetically levitated by a repulsive force with the first permanent magnet. can do.
또한, 상기 발전부는, 상기 회전축과 연결되어 회전하는 계자와 상기 계자의 내부에 위치하는 전기자를 포함하고, 상기 계자의 회전에 따라 전기자를 통해 전기 에너지를 생성하는 직류 발전기; 및 상기 직류 발전기를 통해 생성되는 전기 에너지를 교류로 변환하여 출력하는 인버터를 포함할 수 있다.In addition, the power generation unit includes a field connected to the rotation shaft and rotating, and an armature positioned inside the field, and generating electric energy through the armature according to the rotation of the field; And an inverter converting electrical energy generated through the DC generator into AC and outputting it.
또한, 상기 발전부는, 턴 온 시 외부 전력을 상기 직류 발전기의 전기자로 공급하여 상기 직류 발전기의 계자를 통해 상기 회전축을 회동시키되, 미리 설정된 시간 이후 자동으로 턴 오프되는 타임 스위치; 및 상기 타임 스위치의 턴 오프 시 턴 온되도록 구동하여 상기 직류 발전기의 전기자에서 인버터로 전력을 전달하는 인버터 스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, the power generation unit may include a time switch that supplies external power to the armature of the DC generator when turned on to rotate the rotary shaft through a field of the DC generator, but is turned off automatically after a preset time; And an inverter switch that is driven to be turned on when the time switch is turned off to transfer power from the armature of the DC generator to the inverter.
본 발명에 따르면, 태양 혹은 조명의 빛을 전동기의 에너지원으로 이용하여 기계적 에너지를 생산하고, 이를 발전기를 통해 전기 에너지를 변환함으로써 전력 회수량을 높여 보다 효율적인 발전이 가능한 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기를 제공할 수 있다.According to the present invention, a small electric power generation using a solar panel capable of more efficient power generation by increasing the amount of power recovery by generating mechanical energy by using the light of the sun or lighting as an energy source of an electric motor, and converting it to electric energy through a generator. Generators can be provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기의 전체 구성을 설명하기 위해 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기 중 회전동력 발생부의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광패널부과 전류순환 경로부의 결속 관계를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 태양광패널과 전류순환 경로부를 통한 전류, 자계 및 힘의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 태양광패널부와 회전프레임의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 태양광패널과 전류순환 경로부를 통한 전류, 자계 및 힘의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7는 도 6에 도시된 태양광패널부와 회전프레임의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 회전동력 발생부를 샘플 제작하여 실제 동작하는 모습들을 촬영한 사진이다.1 is a side view showing the overall configuration of a small motor generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view showing the configuration of a rotational power generator of a small motor generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a bonding relationship between a solar panel unit and a current circulation path unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a relationship between a current, a magnetic field, and a force through a first solar panel and a current circulation path portion according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an operation method of the solar panel unit and the rotating frame shown in FIG. 4.
6 is a diagram showing a relationship between a current, a magnetic field, and a force through a second solar panel and a current circulation path portion according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an operation method of the solar panel unit and the rotating frame shown in FIG. 6.
8 is a photograph of a sample manufacturing a rotational power generating unit according to an embodiment of the present invention and taking actual operation.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the present invention have selected general terms that are currently widely used as possible while taking functions of the present invention into consideration, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기의 전체 구성을 설명하기 위해 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기 중 회전동력 발생부의 구성을 나타낸 정면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광패널부과 전류순환 경로부의 결속 관계를 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 태양광패널과 전류순환 경로부를 통한 전류, 자계 및 힘의 관계를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 태양광패널부와 회전프레임의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 태양광패널과 전류순환 경로부를 통한 전류, 자계 및 힘의 관계를 나타낸 도면이고, 도 7는 도 6에 도시된 태양광패널부와 회전프레임의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 회전동력 발생부를 샘플 제작하여 실제 동작하는 모습들을 촬영한 사진이다.1 is a side view illustrating the overall configuration of a small motor generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing the configuration of a rotational power generator among a small motor generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 Is a view showing to explain the bonding relationship between the solar panel part and the current circulation path part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a current and magnetic field through the first solar panel and the current circulation path part according to the embodiment of the present invention. And a diagram showing the relationship between the force, and FIG. 5 is a view illustrating an operation method of the solar panel unit and the rotating frame shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a second solar panel according to an embodiment of the present invention. It is a view showing the relationship between the current, magnetic field, and force through the overcurrent circulation path part, FIG. 7 is a view showing to explain the operation method of the solar panel part and the rotating frame shown in FIG. 6, FIG. 8 is a diagram of the present invention. This is a photograph of a sample of a rotational power generator according to an embodiment and actual operation.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기(1000)는 회전동력 발생부(100)와 발전부(200) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.1 to 7, a
상기 회전동력 발생부(100)는, 빛 에너지를 일 방향으로만 입사 받아 전기 에너지로 변환하고, 그 전기 에너지에 의해 발생되는 전류의 순환경로(이하 전류순환경로라고 함)(I)를 형성하되, 하부에서 상부 방향으로 작용하는 자계(B)에 대해 각각 직교하며 서로 반대 방향의 전류순환경로를 각각 형성하여 각 전류순환경로 중 자계(B)와 각각 직교하는 지점에서 서로 반대 방향의 힘(F)을 발생시켜 회전축(140)을 회전시키도록 동작할 수 있다.The rotational
이를 위해, 회전 동력 발생부(100)는 제1 하우징(110), 자계 발생부(120), 회전 프레임(130), 회전축(140), 태양광패널부(150), 전류순환 경로부(160) 및 축 고정부(170) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.To this end, the rotation
상기 제1 하우징(110)은 일 측면만 외부로부터 빛이 투과되는 투과면이 구비될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 하우징(110)은 직육면체 형상으로 이루어질 수 있으며, 그 중 하나의 측면이 투과면(111)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 투과면(111)은 면을 이루는 부재가 없을 수 있으나, 부품의 보호를 위하여 투명한 재질의 플레이트가 적용되어 투과면(111)을 형성하는 것이 바람직하다. The
이러한 제1 하우징(110)은 상기와 같은 구조에 따라 투과면(111) 이외에 상부 커버(112), 측부 커버(113), 하부 커버(114), 전방 커버(115) 및 후방 커버(116)를 포함할 수 있다. 여기서, 상부 커버(112)와 측부 커버(113)는 외부에서 제1 하우징(110) 내부로 빛이 들어오지 않도록 암막 처리될 수 있다. 여기서, 측부 커버(113)는 투과면(111)과 마주하는 반대면에 해당될 수 있다. 그리고, 하부 커버(114)는 제1 하우징(110)의 바닥부를 의미하며 자계 발생부(120)가 설치될 수 있다. 전방 커버(115)에는 회전축(140)의 일측부가 접촉 혹은 회전 가능하게 연결되고, 후방 커버(116)는 발전부(200)와 연결되는 면을 이루면서 발전부(200)와의 경계면을 형성할 수 있다. 이러한 후방 커버(116)는 회전축(140)의 타측부가 관통되는 홀이 형성될 수 있고, 해당 홀을 통해 회전축(140)의 타측부가 발전부(200)로 연장될 수 있다. The
상기 자계 발생부(120)는 제1 하우징(110)의 하부 즉, 하부 커버(114)에 설치되어 제1 하우징(110)의 하부에서 상부 방향 즉, 하부 커버(114)에서 상부 커버(112) 방향으로 자계를 형성할 수 있다. 이러한 자계 발생부(120)는 영구자석을 포함할 수 있으며, 이러한 영구자석은 N극이 상부 커버(115)를 바라보도록 배치될 수 있다.The magnetic
상기 회전 프레임(130)은 4개의 측면을 구비하고, 4개의 측면 중 적어도 한 면이 투과면(111)과 대향하도록 제1 하우징(110) 내에 배치될 수 있다. 이러한 회전 프레임(130)의 전방과 후방이 개방된 4측면으로 이루어진 직육면체 형상으로 이루어질 수 있으며, 4측면이 실제 폐쇄된 면을 이룰 수 있으나 후술하는 태양광패널의 설치면을 이룰 수 있도록 프레임 구조로 이루어질 수도 있다. The rotation frame 130 may have four side surfaces, and may be disposed in the
좀 더 명확히 정의하면, 회전 프레임(130)은 제1 내지 제4 면(131, 132, 133, 134)을 구비할 수 있다. 여기서, 제1 면(131)과 제2 면(132)이 서로 대향하고, 제3 면(133)과 제4 면(134)이 서로 대향할 수 있으며, 이와 같은 구성 정의는 얼마든지 변경 가능하다.To be more clearly defined, the rotation frame 130 may include first to
상기 회전축(140)은 제1 하우징(110)의 전면 즉 전방 커버(115)에서 후면 즉 후방 커버(116)을 가로질러 배치될 수 있다. 단, 이러한 회전축(140)은 회전 프레임(130)의 중심부를 관통 즉, 제1 내지 제4 면(131, 132, 133, 134)에 속하지 않은 전/후면을 관통하여 회전 프레임(130)과 연결되도록 배치될 수 있다. 여기서, 회전축(140)이 회전 프레임(130)에 관통되는 부분에서 회전축(140)이 회전 프레임(130)과 연결되어 회전축(140)이 회전 프레임(130)에 고정될 수 있다.The
상기 태양광패널부(150)는, 4개의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면에 설치되고, 그 2개의 측면 중 어느 한 측면에 설치된 제1 태양광패널(151)과 다른 한 측면에 설치된 제2 태양광패널(152)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 태양광패널(151)과 제2 태양광패널(152)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 반대 극성끼리 대향하도록 배치될 수 있다.The solar panel unit 150 is installed on two side surfaces of the four side surfaces that face each other, and the first
상기 전류순환 경로부(160)는 빛을 받은 제1 태양광패널(151) 또는 제2 태양광패널(152)로부터 흐르는 전류의 순환경로를 형성하고, 이러한 전류순환경로(I)와 자계 발생부(120)에 의해 회전동력 발생부(100)가 회전 동작하도록 할 수 있다. The current circulation path part 160 forms a circulation path of the current flowing from the first
이를 위해, 전류순환 경로부(160)는 순환 코일(161), 제1 배선(162) 및 제2 배선(163)을 포함할 수 있다.To this end, the current circulation path unit 160 may include a
상기 순환 코일(161)은, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 태양광패널(151)의 양극(+)에서부터 연장되어 자계(B)에 대해 각각 직교하는 서로 반대 방향의 전류순환경로를 다수 개 형성한 후 제1 태양광패널(151)의 음극(-)에 연결될 수 있다. As shown in FIG. 3, the
상기 제1 배선(162)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 태양광패널(151)의 양극(+)과 순환 코일(161) 간의 제1 연결노드(N1)에서 제2 태양광패널(152)의 음극(-) 사이를 연결할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
상기 제2 배선(163)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 태양광패널(151)의 음극(-)과 순환 코일(161) 간의 제2 연결노드(N2)에서 제2 태양광패널(152)의 양극(+) 사이를 연결할 수 있다.As shown in FIG. 3, the second wiring 163 is connected to the second connection node N2 between the negative electrode (-) of the first
이상에서는, 제1 면(131)과 제2 면(132)에 설치된 태양광패널을 예로 들어 설명하였으나, 본 실시예에서는 이에 한정되는 것이 아니라, 제2 면(133)과 제3 면(134)에 각각 태양광패널이 설치되어 이들 간에 전류순환 경로부(160)를 통해 연결되도록 변경할 수 있다.In the above, the solar panel installed on the
또한, 이상에서는 회전 프레임(130)이 직육면체인 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 측면이 6개 이상인 다각면체로의 변경 가능하며 각 측면에 태양광패널을 설치하고 대면하는 태양광패널 사이에 전류순환 경로부(160)를 형성하여 보다 빠른 회전력을 얻을 수도 있다.In addition, although it has been described above that the rotating frame 130 is a rectangular parallelepiped, it is not limited thereto, and it is possible to change to a polyhedron having six or more sides, and install solar panels on each side and between facing solar panels. It is also possible to obtain a faster rotational force by forming the current circulation path portion 160.
상기 축 고정부(170)는 회전축(140)을 고정하기 위한 수단으로, 제1 영구자석(171)과 제2 영구자석(172)를 포함할 수 있다.The shaft fixing part 170 is a means for fixing the
상기 제1 영구자석(171)는 회전축(140)의 일단부(전방 측)와 타단부(후방 측)에 각각 설치될 수 있다. The first
상기 제2 영구자석(172)는 제1 영구자석(171)의 하부 또는 상/하부에 제1 영구자석(171)과 이격 배치되고, 제1 영구자석(171)과의 척력으로 제1 영구자석(171)이 자기 부상되도록 설치될 수 있다. 즉, 회전축(140)에 달려있는 제1 영구자석(171)과 제1 하우징(110)의 하부 커버(114)에 설치된 제2 영구자석(172) 간의 척력으로 인해 회전축(141)은 공중에 부양되고 약간 어긋나 있는 자석의 한쪽 쏠림을 전방 커버(115)가 지지해 주면서 부양이 유지될 수 있다. 이때, 회전축(140)은 알루미늄으로 제작하여 자성에 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.The second
상기 발전부(200)는 회전축(140)의 회전 동작에 따라 전달되는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력할 수 있다.The
이를 위해, 발전부(200)는 제2 하우징(210), 직류 발전기(220), 인버터(230) 및 타임 스위치(240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.To this end, the
상기 제2 하우징(210)은 일면이 개방된 직육면체로 이루어질 수 있으며, 이때 개방된 면은 제1 하우징(110)의 후방 커버(116)에 결합될 수 있다.The
상기 직류 발전기(220)는 회전축(140)과 연결되어 회전하는 계자(221)와, 계자(221)의 내부에 위치하는 전기자(222)를 포함할 수 있으며, 회전축(140)과 연결된 계자(221)의 회전에 의해 전기자(222)에 전류가 흐름으로써 전기 에너지를 생성할 수 있다. The
상기 인버터(230)는 직류 발전기(220)를 통해 생성되는 전기 에너지(직류 전류)를 교류 전류로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 출력되는 대상은 발전소(30) 혹은 전력을 필요로 하는 부하 혹은 배터리일 수 있다. The
상기 타임 스위치(240)는 턴 온 시 외부 전력 즉 발전소(30)의 전력을 직류 발전기(220)의 전기자(222)로 공급하여 직류 발전기(220)의 계자(221)를 통해 회전축(140)을 회동시키되, 미리 설정된 시간 이후 자동으로 턴 오프될 수 있다. 이러한 타임 스위치(240)는 회전동력 발생부(100)의 초기 구동 시 태양광패널부(150)의 무게에 의해 천천히 회전을 시작하기 때문에, 회전축(140)의 초기 구동을 원활하게 하기 위하여 직류 발전기(200)가 회전축(140)에 미리 설정된 시간(대략 3초) 동안만 회전력을 제공할 수 있으며, 이러한 초기 구동에 의해 회전동력 발생부(100)가 초기 구동력을 얻어 회전을 시작할 수 있다.When turned on, the
한편, 본 실시예에서는 인버터(230)와 직류 발전기(220)의 전기자(222) 사이에 연결된 인버터 스위치(231)를 더 포함할 수 있다. 이러한 인버터 스위치(231)는 타임 스위치(240)의 턴 오프 시 턴 온되도록 구성하여 직류 발전기(220)의 전기자(222)에서 소형 인버터(230)로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 인버터 스위치(231)는 타임 스위치(230)와 상보적으로 동작할 수 있는데, 예를 들어, 소형 전동 발전기(1000)의 구동 초기에는 타임 스위치(230)가 턴 온된 후 미리 설정된 시간 이후 턴 오프되면, 인버터 스위치(231)가 턴 온되도록 구동하여 직류 발전기(220)에서 생성되는 직류 전원을 인버터(230)로 전달할 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, an
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 소형 전동 발전기(1000)의 동작 방식에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, an operation method of the
우선, 도 4를 참조하면, 투과면(111)을 통해 태양 혹은 조명(10)을 향하고 있는 제1 태양광패널(151)이 빛을 받아 순환 코일(161)을 따라 일정한 방향으로 전류가 흐르게 되면 자계 발생부(120)로부터 발생되는 수직 방향의 자계(B)로 인해 로랜츠의 법칙에 따라 도선이 묶여있는 제1 태양광패널(151)과 제2 태양광패널(152)에 서로 다른 방향의 힘이 서로 다른 위치에서 각각 가해질 수 있다. 좀 더 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 순환 코일(161) 중 A1 지점과 A2 지점은 전류(I)의 방향이 서로 반대 방향을 이루고, 자계(B)는 하부에서 상부로 각 전류(I)의 방향과 직교하고 있으므로, 플래밍의 왼손 법칙에 따라 A1 지점에서 발생하는 힘(F1)과 A2 지점에서는 발생하는 힘(F2)의 방향은 서로 반대 방향이 된다. 이때, A1 지점은 A2 지점보다 상부에 위치하고 있으므로, 태양광패널(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 힘(F1, F2)에 의해 회전축(140)을 중심으로 대략 반 바퀴 정도 회전할 수 있다. 그 이후, 도 6에 도시된 바와 같이 순환 코일(161) 중 A1 지점과 A2 지점은 전류(I)의 방향이 서로 반대 방향을 이루고, 자계(B)는 하부에서 상부로 각 전류(I)의 방향과 직교하고 있으므로, 플래밍의 왼손 법칙에 따라 A1 지점에서 발생하는 힘(F1)과 A2 지점에서는 발생하는 힘(F2)의 방향은 서로 반대 방향이 되며, A1 지점은 A2 지점보다 상부에 위치하고 있으므로, 태양광패널(150)는 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 힘(F1, F2)에 의해 회전축(140)을 중심으로 다시 반 바퀴 정도 회전함으로써, 태양광패널(150)이 지속적으로 회전할 수 있게 된다.First, referring to FIG. 4, when the first
직류 전동기의 구동원리인 정류자 정류 방식에 따르면, 브러쉬를 통해 +와 -의 전원이 반 바퀴를 돌 때마다 극성이 바뀌게 하여야만 회전하는 방향으로 계속해서 회전할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 제1 태양광패널(151)은 한쪽에서만 비춰지는 빛에 의해 전류가 생성되고, 빛이 비춰지지 않는 반대편에 위치한 제2 태양광패널(152)은 전류가 생성되지 않음에 따라 반 바퀴를 돌 때마다 극성이 바뀌게 되어 제1 및 제2 태양광패널(151, 152) 자체가 브러쉬의 역할을 하면서 별도의 브러쉬 장치 없이 회전을 지속시킬 수 있다.According to the commutator rectification method, which is the driving principle of a DC motor, the polarity of the + and-powers through a brush must be changed every half a revolution to continuously rotate in the direction of rotation. Accordingly, in the present embodiment, the first
한편, 순환 코일이 감겨진 횟수(l: 도선의 길이)와 자계 발생부120)의 세기(B: 자속밀도)에 따라 부양된 태양광패널의 회전속도가 결정될 수 있다. 또한, 발전부(200) 의 계자(221)와 전기자(222)도 계자자석의 세기(B: 자속밀도)와 전기자 코일의 감긴 횟수(l: 도선의 길이)에 따라 발전되는 전류의 양이 결정될 수 있으므로 고정 값으로 정해져 있는 태양광패널(151, 152)의 ㎡당 발전전력량 보다 태양광패널(151, 152)의 회전력으로 발전하는 ㎡당 발전전력량이 더 커질 수 있다. Meanwhile, the rotation speed of the supported solar panel may be determined according to the number of times the circulating coil is wound (l: length of the conductor) and the strength of the magnetic field generator 120 (B: magnetic flux density). In addition, the
태양광패널(151, 152)의 설치 수량이 많을수록 회전의 부드러움이 추가될 수 있으며 계자(221)가 회전하는 속도에 의해 만들어지는 가변전압, 가변주파수를 인버터(230)를 통해 220V, 60Hz의 정전압, 정주파수로 한전 계통에 송전할 수 있다. As the number of
본 실시예의 회전동력 발생부(100)의 태양광패널(151, 152)과 계자(221)의 회전 시 마찰손실을 줄이기 위해 내부를 진공상태로 밀폐하여 공기로 인한 회전력의 저감을 방지하고 액화질소와 같이 상시 온도보다 낮은 류의 냉매를 통해 온도제어가 가능한 냉각장치를 설치하여 전류발생으로 인한 온도상승을 차단할 수 있다.In order to reduce frictional loss when the
향후 가시광선의 긴 파장만을 발전하는 기존의 폴리실리콘 태양광패널과 함께, 가시광선의 긴 파장뿐만 아니라 짧은 파장대도 발전할 수 있도록 현재 개발되고 있는 페로브 스카이트(Perovskite)가 설치될 경우 회전속도와 발전되는 전류량이 크게 증가할 수 있다.In the future, when a Perovskite, which is currently being developed so that not only a long wavelength of visible light but also a short wavelength range, is installed, along with the existing polysilicon solar panel that generates only long wavelengths of visible light, rotation speed and power generation The amount of current to be made can be greatly increased.
일반적으로 조명기기를 설치할 때 사용자가 사용하기에 적정한 빛의 세기를 가진 조명기기(10)를 설치하지만 이로 인해 주변으로 낭비되는 빛이 분명히 있음에도 이를 회수할 수 있는 설비가 전무하여 모든 조명시설에서 발산되는 빛을 그대로 방사하여 소모하고 있으나, 본 실시예에 따라 조명시설에 낭비되는 빛을 전력으로 다시 회수할 수 있다. In general, when installing a lighting device, a
또한, 조명기기(10)가 발산하는 빛의 세기(lux)에 맞게 적정한 태양광패널의 크기와 전력 회수량에 맞는 용량을 정하고 조명기기의 발산하는 빛의 방향을 따라 여러 개의 태양광패널 회전체를 설치할 수 있어 전력절감을 극대화시킬 수 있다. In addition, the size of the solar panel suitable for the intensity (lux) of the light emitted by the
또한, 일반적으로 모든 태양광발전설비는 태양이 떠있는 낮 시간대에 태양광으로 발전하고 태양이 지고 난 후 밤 시간대에는 태양광으로 발전할 수 없었지만, 일반 조명설비로 태양광을 밤에도 발전할 수 있어 태양광설비의 효율을 극대화하고 신재생 에너지의 발전량에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.In addition, in general, all photovoltaic power generation facilities generate solar power during the daytime when the sun is floating and cannot generate solar power during the night time after the sun goes down, but general lighting equipment can generate solar power at night. Therefore, it can maximize the efficiency of solar power facilities and have a positive effect on the amount of generation of new and renewable energy.
또한, 면적을 많이 차지하는 기존의 거치형 태양광 발전방식에서 면적을 많이 차지하지 않으면서도 효율이 높은 회전형 태양광 발전방식으로 바꾸어 발전소 설치 원가를 줄이고 태양광패널 각도의 고저에 따른 발전량 차이를 극복할 수 있으며, 풍력 발전기의 날개면에 본 시스템을 설치하여 회전력을 향상시키는 데에도 응용이 가능할 뿐만 아니라, 직률 전원이 필요한 곳에는 한전에서 공급하는 교류를 직류로 변환하지 않고, 직류 전원을 직류 부하에 직접 공급할 수 있다.In addition, it is possible to reduce the installation cost of power plants and overcome the difference in power generation due to the height and low angle of the solar panel by changing from the existing stationary solar power generation method, which occupies a large area, to a rotary solar power generation method that does not occupy a large area and is highly efficient This system can be installed on the wing surface of a wind power generator and applied to improve the rotational power. Where direct power is required, it does not convert the AC supplied by KEPCO into DC, and converts the DC power to the DC load. Can be supplied directly.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a small motor generator using a solar panel according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the claims below. Without departing from the gist of the invention, anyone of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will have the technical spirit of the present invention to the extent that various changes can be implemented.
1000: 소형 전동 발전기
100: 회전동력 발생부
110: 제1 하우징
111: 투과면
112: 상부 커버
113: 측부 커버
114: 하부 커버
115: 전방 커버
116: 후방 커버
120: 자계 발생부
130: 회전 프레임
131: 제1 면
132: 제2 면
133: 제3 면
134: 제4 면
140: 회전축
150: 태양광패널부
151: 제1 태양광패널
152: 제2 태양광패널
160: 전류순환 경로부
161: 순환 코일
162: 제1 배선
163: 제2 배선
170: 축 고정부
171: 제1 영구자석
172제2 영구자석
200: 발전부
210: 제2 하우징
220: 직류 발전기
221: 계자
222: 전기자
230: 인버터
231: 인버터 스위치
240: 타임 스위치
N1: 제1 연결노드
N2: 제2 연결노드
10: 조명
20: 조명 스위치
30: 발전소1000: small motor generator
100: rotational power generation unit
110: first housing
111: transparent surface
112: top cover
113: side cover
114: lower cover
115: front cover
116: rear cover
120: magnetic field generator
130: rotating frame
131: first page
132: second side
133: page 3
134: page 4
140: rotary shaft
150: solar panel unit
151: first solar panel
152: second solar panel
160: current circulation path part
161: circulation coil
162: first wiring
163: second wiring
170: shaft fixing part
171: first permanent magnet
172 second permanent magnet
200: power generation department
210: second housing
220: DC generator
221: field
222: armature
230: inverter
231: inverter switch
240: time switch
N1: first connection node
N2: second connection node
10: lighting
20: light switch
30: power plant
Claims (5)
상기 회전축의 회전 동작에 따라 전달되는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 발전부를 포함하고,
상기 회전동력 발생부는,
일 측면만 외부로부터 빛이 투과되는 투과면이 구비된 하우징;
상기 하우징의 하부에 설치되어 상기 하우징의 하부에서 상부 방향으로 자계를 형성하는 자계 발생부;
4개의 측면을 구비하고, 상기 4개의 측면 중 적어도 한 면이 상기 투과면과 대향하도록 상기 하우징 내에 배치되는 회전 프레임;
상기 하우징의 전면에서 후면을 가로질러 배치되되, 상기 회전 프레임의 중심부를 관통하여 상기 회전 프레임과 연결되도록 배치되는 회전축;
상기 4개의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면에 설치되고, 상기 2개의 측면 중 어느 한 측면에 설치된 제1 태양광패널과 다른 한 측면에 설치된 제2 태양광패널을 포함하되, 상기 제1 태양광패널과 상기 제2 태양광패널이 서로 반대 극성끼리 대향하도록 배치되는 태양광패널부; 및
상기 제1 태양광패널의 양극에서부터 연장되어 상기 자계에 대해 각각 직교하는 서로 반대 방향의 전류순환경로를 다수 개 형성한 후 상기 제1 태양광패널의 음극에 연결되는 순환 코일, 상기 제1 태양광패널의 양극과 상기 순환 코일 간의 제1 연결노드에서 상기 제2 태양광패널의 음극 사이를 연결하는 제1 배선과, 상기 제1 태양광패널의 음극과 상기 순환 코일 간의 제2 연결노드에서 상기 제2 태양광패널의 양극 사이를 연결하는 제2 배선을 포함하는 전류순환 경로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기.
Light energy is incident in only one direction, converts it into electrical energy, and forms a circulation path of the current generated by the electrical energy, but current circulation paths are each perpendicular to the magnetic fields acting from the bottom to the top and are opposite to each other A rotational power generator configured to generate a force in opposite directions to each other at a point perpendicular to the magnetic field in each current circulation path to rotate the rotation shaft; And
And a power generation unit for converting mechanical energy transmitted according to the rotational motion of the rotating shaft into electrical energy and outputting it,
The rotational power generation unit,
A housing provided with a transmissive surface through which light is transmitted from the outside of only one side thereof;
A magnetic field generator installed under the housing to form a magnetic field from a lower portion to an upper portion of the housing;
A rotating frame having four side surfaces and disposed in the housing such that at least one of the four side surfaces faces the transmission surface;
A rotation shaft disposed across the rear surface of the housing, passing through a center portion of the rotation frame and connected to the rotation frame;
And a first solar panel installed on one of the four side surfaces and facing each other, and a second solar panel installed on the other side, wherein the first solar light A solar panel unit in which the panel and the second solar panel are arranged to face opposite polarities to each other; And
A circulation coil extending from the anode of the first solar panel to form a plurality of current circulation paths in opposite directions respectively orthogonal to the magnetic field, and then connected to the cathode of the first solar panel, the first solar light A first wiring connecting between the anode of the second solar panel and the cathode of the second solar panel at the first connection node between the anode of the panel and the circulation coil, and the second connection node between the cathode of the first solar panel and the circulation coil. 2 Small motor generator using a solar panel, characterized in that it comprises a current circulation path portion including a second wiring connecting between the anodes of the solar panel.
상기 회전축을 고정하기 위한 축 고정부를 더 포함하고,
상기 축 고정부는,
상기 회전축의 일단부와 타단부에 각각 설치되는 제1 영구자석; 및
상기 제1 영구자석의 하부 또는 상/하부에 상기 제1 영구자석과 이격 배치되고, 상기 제1 영구자석과의 척력으로 상기 제1 영구자석이 자기 부상되도록 설치된 다수의 제2 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기.
The method of claim 1,
Further comprising a shaft fixing portion for fixing the rotation shaft,
The shaft fixing part,
A first permanent magnet installed at one end and the other end of the rotation shaft, respectively; And
Including a plurality of second permanent magnets disposed below or above/below of the first permanent magnet to be spaced apart from the first permanent magnet, and installed so that the first permanent magnet is magnetically levitated by a repulsive force with the first permanent magnet. Small motor generator using a solar panel, characterized in that.
상기 발전부는,
상기 회전축과 연결되어 회전하는 계자와 상기 계자의 내부에 위치하는 전기자를 포함하고, 상기 계자의 회전에 따라 전기자를 통해 전기 에너지를 생성하는 직류 발전기; 및
상기 직류 발전기를 통해 생성되는 전기 에너지를 교류로 변환하여 출력하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기.
The method of claim 1,
The power generation unit,
A direct current generator comprising a field connected to the rotation shaft and rotating and an armature positioned inside the field, and generating electric energy through the armature according to the rotation of the field; And
Small motor generator using a solar panel, characterized in that it comprises an inverter for converting the electrical energy generated through the DC generator into AC and outputting.
상기 발전부는,
턴 온 시 외부 전력을 상기 직류 발전기의 전기자로 공급하여 상기 직류 발전기의 계자를 통해 상기 회전축을 회동시키되, 미리 설정된 시간 이후 자동으로 턴 오프되는 타임 스위치; 및
상기 타임 스위치의 턴 오프 시 턴 온되도록 구동하여 상기 직류 발전기의 전기자에서 인버터로 전력을 전달하는 인버터 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 태양광패널을 이용한 소형 전동 발전기.The method of claim 4,
The power generation unit,
A time switch that supplies external power to the armature of the DC generator when turned on to rotate the rotary shaft through a field of the DC generator, and turns off automatically after a preset time; And
A small motor generator using a solar panel, characterized in that it further comprises an inverter switch that is driven to be turned on when the time switch is turned off to transfer power from the armature of the DC generator to the inverter.
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