KR102468632B1 - 전력 전달을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전력을 전송하기 위한 시스템이 제공된다. 전력 공급 도체가 제 1 결과 자기장을 발생시키는 전력 공급 전류를 도통시킨다. 전기 모터는 전력 공급 도체에 연결된 전력 입력 단자 및 가동 출력 컴포넌트를 갖는다. 발전기는 가동 출력 컴포넌트가 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 일으키도록 가동 출력 컴포넌트에 접속된 가동 입력 컴포넌트를 갖는다. 발전기는 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 제 2 결과 자기장을 발생시키는 전력 출력 단자에 대한 전력 출력 전류로 변환한다. 복수의 역선 가이드가 복수의 역선 가이드에 연결할 상기 제 2 결과 자기장의 역선에 대해 배치되고, 나선형 형상으로 역선을 안내하도록 형성된다.

Description

전력 전달을 위한 시스템 및 방법
본 발명은 전력을 전송하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
요즘에는 많은 디바이스들이, 재충전가능 배터리, 예를 들어, 리튬 기반 재충전가능 배터리를 사용한다. 휴대 전화, 차량, 드론 등은 보통, 작동할 때 전력 공급 그리드로부터 분리되며, 이로 인해 이들의 배터리는 전하를 잃게 된다. 그러면, 배터리가 재충전될 수 있도록 전력 공급 그리드에 배터리를 접속해야 한다.
대개 완전히 고갈된 배터리를 완전히 재충전하는 데는 적어도 30 분, 그리고 종종 더 많은 시간이 소요된다. 배터리는 재충전되고 있을 때 상당한 양의 열을 발생시키고 과도한 양의 열은 배터리에 손상을 일으킬 수 있으며, 이는 배터리를 파괴하거나 또는 그의 기대 수명을 단축시킬 수 있다. 배터리 충전기는 배터리가 재충전되고 있을 때 배터리에 전력이 공급되는 레이트를 제한하여 손상이 일어날 수도 있는 온도 아래로 그의 온도가 유지되도록 설계된다.
배터리 충전기는 일반적으로 벽 콘센트에 접속된 소켓이 있는 단상 교류 전력 공급 도체를 포함한다. 벽 콘센트는 전력 공급 그리드에 접속된다. 배터리 충전기는 전력 공급 그리드로부터 수신된 교류를 직류로 변환하는 정류기를 포함한다. 직류가 배터리 상의 정극 및 부극 단자에 전달 회로를 통해 제공된다. 다수의 배터리를 직렬 또는 병렬로 접속시킴으로써 배터리에 제공되는 전력을 제어하는 것이 가능할 수도 있지만, 배터리에 제공되는 전력량을 제어하기 위하여 전력 제어기가 포함될 수도 있다.
배터리 충전기를 설계할 때는, 보통 다양한 요소가 고려된다. 예를 들어, 전력 공급 그리드에 의해 공급되는 전압 및 전력, 변압기의 포함 및 배터리의 수 및 크기가, 특히 배터리가 충전되고 있는 동안 배터리의 온도를 최소화하는 목적을 위해, 고려된다. 그러나, 우선 배터리가 왜 가열되는지에 대한 만족스러운 설명은 나오지 않았다. 예를 들어, 폐 루프에서 전압의 합이 항상 0 과 같을 것이라는 옴의 법칙은 재충전 중에 배터리가 왜 가열되는지에 대해 만족스러운 설명을 제공하지 않는다.
발열은 배터리가 충전될 수 있는 속도를 제한하는 높은 온도를 초래한다. 높은 온도는 또한 배터리를 충전할 수 있는 전압을 제한하고, 이는 배터리가 전하를 다 써버리기 전에 대응하는 시간의 감소와 함께 배터리의 용량이 감소됨을 의미한다. “BU-806a: How Heat and Loading affects Battery Life” 에 기재되어 있는 바처럼, 높은 충전 온도는 배터리의 수명, 즉 배터리를 재충전할 수 있는 횟수가 감소됨을 의미한다. Robert Triggs 에 의한 “Why phones explode sometimes, and what you can do to protect yourself”에 기재되어 있는 바처럼 높은 온도는 또한 폭발의 위험을 초래한다. 또한, 재충전가능하지 않은 것으로 간주되는 배터리를 재충전하는 것은 가능하지 않다. 예를 들어, 리튬 기반 배터리는 재충전가능하지만 알칼리 기반 배터리는 재충전가능하지 않다. Kathy Kattenburg 에 의한 “What Do Batteries Do to the Environment If Not Properly Recycled?” 에 기재된 바처럼, 환경에 대한 결국 부정적인 영향은 알칼리 기반 배터리가 버려질 때 생긴다.
배터리 충전기 분야외에, 다른 전력 전달 시스템은 종종 쉽게 설명할 수 없는 동일한 운명의 과열을 겪는다. 예를 들어, 현재로서는 일반적으로 이용가능한 엔지니어링 원칙을 사용하여 시스템 고장을 나중에 분석할 때 어떤 전기 화재가 발생하는 이유를 항상 설명할 수 있는 것은 아니다.
본 발명의 개시
본 발명은 전력을 전송하기 위한 시스템으로서, 제 1 결과 자기장을 생성하는 전력 공급 전류를 도통시키는 전력 공급 도체, 전력 공급 도체에 접속된 전력 입력 단자 및 가동 출력 컴포넌트를 갖는 전기 모터로서, 전력 공급 전류를 가동 출력 컴포넌트의 움직임 (movement) 으로 변환하도록 구성된, 상기 전기 모터, 가동 출력 컴포넌트가 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 일으키도록 가동 출력 컴포넌트에 접속된 가동 입력 컴포넌트 및 전력 출력 단자를 갖는 발전기로서, 제 1 결과 자기장으로부터 분리되는 제 2 결과 자기장을 생성하는 전력 출력 단자에 대한 전력 출력 전류로 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 변환하도록 구성된, 상기 발전기 및 복수의 역선 가이드 (field line guide) 에 연결 (couple) 할 제 2 결과 자기장의 역선 (field line) 을 위해 배치된 복수의 역선 가이드를 포함하고, 상기 복수의 역선 가이드는 나선형 형상으로 역선을 안내하도록 형성되는, 전력을 전송하기 위한 시스템을 제공한다.
시스템은 전력 공급 도체는 단상 교류 전력 공급 도체인 것을 더 포함할 수도 있고, 단상 교류 접지 도체, 단상 교류 전력 공급 도체에 그리고 단상 교류 접지 도체에 접속된 속도 제어기 및 상기 속도 제어기를 상기 모터에 접속시키는 적어도 하나의 모터 전력 공급 도체를 더 포함하며, 상기 속도 제어기는 가동 출력 컴포넌트의 속도를 제어하도록 작동 가능하다.
시스템은 속도 제어기를 전기 모터에 접속시키는 3 개의 3 상 모터 전력 공급 도체를 더 포함할 수도 있다.
시스템은 가동 출력 컴포넌트가 회전 출력 축인 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 가동 입력 컴포넌트가 회전 입력 축인 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 발전기가 코일 및 제 1 자석과 제 2 자석 사이에 전류 발생 자기장을 생성하기 위한 위치에 장착된 상기 제 1 자석 및 제 2 자석을 포함하며, 적어도 제 1 세트의 역선 가이드가 제 1 자석에 형성되는 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 적어도 제 2 세트의 역선 가이드가 제 2 자석에 형성되는 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 상기 가동 입력 컴포넌트가 코일과 자석을 서로에 대해 움직이게 하켜 코일에 전류를 생성하는 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 상기 가동 입력 컴포넌트가 코일과 자석을 서로에 대해 회전시켜 코일에 전류를 생성하는 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 전달 회로 및 코일의 제 1 단부를 전달 회로에 접속시키는 적어도 제 1 정류자를 더 포함할 수도 있다.
시스템은 코일의 제 2 단부를 전달 회로에 접속시키는 적어도 제 2 정류자를 더 포함할 수도 있고, 그 코일은 상기 코일에 전류를 생성하기 위하여 자석에 의해 생성된 전류 발생 자기장을 통해 이동하는 상기 코일의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 섹션을 갖는다.
시스템은 제 1 자석 및 제 2 자석이 제 1 영구 자석 및 제 2 영구 자석인 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 제 1 자석 및 제 2 자석이 제 1 전자석 및 제 2 전자석인 것을 더 포함할 수도 있고, 제 1 전자석 및 제 2 전자석에 연결된 전자석 전력 전달 회로를 더 포함한다.
시스템은 전력 출력 단자에 접속된 전달 회로를 더 포함할 수도 있으며, 전달 회로는 제 1 배터리를 충전하기 위해 서로에 대해 배치된 정극 충전 단자 및 부극 단자를 포함하는 적어도 제 1 세트의 충전 단자를 포함한다.
시스템은 상기 제 1 세트의 충전 단자의 정극과 부극 충전 단자 사이에 접속된 정극 및 부극 배터리 단자를 갖는 적어도 제 1 배터리를 더 포함할 수도 있다.
시스템은 제 2 배터리를 충전하기 위해 서로에 대해 배치된 정극 충전 단자 및 부극 단자를 포함하는 적어도 제 2 세트의 충전 단자를 더 포함할 수도 있다.
시스템은 제 2 결과 자기장이 배터리 주위에 나선형 형상을 갖고, 배터리 주위의 나선형 형상의 피치가 역선 가이드들의 피치와 동일한 것을 더 포함할 수도 있다.
시스템은 제 1 결과 자기장이 역선 가이드의 피치보다 큰 피치를 갖는 나선형 형상을 갖는 것을 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한 전력을 전송하는 방법으로서, 제 1 결과 자기장을 생성하는 전력 공급 전류를 도통시키는 단계, 전력 공급 전류를 가동 출력 컴포넌트의 움직임으로 변환하는 단계, 상기 움직임을 제 1 결과 자기장으로부터 분리된 제 2 결과 자기장을 발생시키는 제 2 전류로 변환하는 단계 및 제 2 결과 자기장의 역선을 나선형 형상으로 안내하기 위해 형성된 복수의 역선 가이드에 상기 역선을 연결하는 단계를 포함하는, 전력을 전송하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 전력을 전송하기 위한 시스템으로서, 제 1 결과 자기장을 발생시키는 전력 공급 전류를 도통시키는 수단, 전력 공급 전류를 가동 출력 컴포넌트의 움직임으로 변환하는 수단, 상기 움직임을 제 1 결과 자기장으로부터 분리된 제 2 결과 자기장을 생성하는 제 2 전류로 변환하는 수단 및 제 2 결과 자기장의 역선을 나선형 형상으로 안내하기 위해 형성된 복수의 역선 가이드에 상기 역선을 연결하는 수단을 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템을 제공한다.
본 발명은, 예로써, 첨부된 도면들을 참조하여, 더 설명될 것이고 첨부된 도면들에서:
도 1a 및 도 1b 는 전압을 도체 상에 인가하여 전류를 도통시킬 때 만들어지는 자기력선을 도시하는 평면 및 사시 측면도이다;
도 2는 소- 및 대 직경의 자기력선을 도시하는 측면도이다;
도 3은 충전되고 있는 배터리 주위 그리고 전력 공급 그리드에 접속된 단상 교류 전력 공급 도체의 자기력선의 나선형 형상을 도시하는 측면도이다;
도 4는 도 3 의 2 개의 나선형 형상이 서로 일치시키려고 할 때 어떻게 열이 발생하는 지를 도시하는 측면도이다;
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 전력을 전송하기 위한 시스템을 도시하는, 부분적으로 블록도 형태이며 부분적으로 사시 형태인 도면이다;
도 6은 도 5의 시스템에 의해 형성된 제 1 결과 자기장 및 제 2 결과 자기장의 나선형 형상을 도시한 측면도이다;
도 7a, 도 7b 및 도 7c 는 인접한 배터리가 충전되고 있을 때 자기장의 병합을 도시하는 측면, 평면 및 개략적인 측면도이다;
도 8 은 본 발명의 대안적인 실시 형태에 따른, 전력을 전송하기 위한 시스템을 도시하는, 부분적으로 블록도 형태이며 부분적으로 단면도 형태인 도면이다; 그리고
도 9 는 종래 기술에 따른 충전기로 충전된 배터리와 본 발명에 따른 충전기 사이의 비교를 나타내는 도면이다.
본 발명의 상세한 설명
도 1a 및 도 1b 는 도 1a의 페이지에서 나오는 방향으로 그리고 도 1b 의 위쪽 방향 (12) 으로 전류를 운반하는 도체 (10) 를 도시한다. 도 1b 에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 자기장 (14) 이 도체 (10) 주위 그리고 도체 (10) 내에 만들어진다.
자기장 (14) 은 복수의 1차 자기력선 (16) 및 2차 자기력선 (18) 을 형성한다. 오른손 법칙에 따라, 1차 자기력선 (16) 및 2차 자기력선 (18) 은 도 1a 의 관점에서 반시계 방향이다. 1차 자기력선 (16) 중 각각 자기력선은 도체 (10) 내에 위치되고 각각의 코어 (한국말로: "핵" (HEK)) 를 중심으로 형성된다. 코어 (20) 는 도체 (10) 주위에 형성되는 2차 자기력선 (18) 을 위한 코어를 공동으로 형성한다.
도 1b 에서 보다 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 2차 자기력선 (18) 은 도체 (10) 주위에 나선 형태를 갖는다. 2차 자기력선 (18) 에 의해 형성된 나선은 하단이 남쪽이고 상단이 북쪽이다. 2차 자기력선 (18) 에 의해 형성된 나선은 직경 (22) 및 피치 (24) 를 갖는다.
유사하게, 도 1a 에 도시된 1차 자기력선 (16) 중 각각의 자기력선은 도체 (10) 내에 각각의 나선을 형성한다. 1차 자기력선 (16) 중 각각의 자기력선은 도 1b의 하단이 남쪽이고 상단이 북쪽이다. 1차 자기력선 (16) 은 각각 직경 (22) 보다 훨씬 작은 직경 (26) 을 갖는다. 1차 자기력선 (16) 및 2차 자기력선 (18) 중 각각의 자기력선은 동일한 피치 (24) 를 갖는다.
도체 (10) 에는 전하가 존재하지 않기 때문에, 전류는 도체 (10) 를 통해 흐르지 않는다. 그 대신에, 전류는 자기장 (14) 에 의해, 그리고 주로 자기장 (14) 의 2차 자기력선 (18) 에 의해 남쪽에서 북쪽으로 운반된다. 따라서, 전류는 도체 (10) 의 표면에 가까운 또는 그 표면 상의 나선 형태로 이동하고, 오른손 규칙에 따라 나선의 방향은 도 1a 에서 반시계 방향이다. 따라서 도체 (10) 에 대해 인가되는 전압은 나선 형태로 전류를 운반하는 결과적인 2차 자기력선 (18) (한국말로: "나선" (Rasun)) 을 만든다. 나선 자기장은 라선에서의 크기를 갖는다. 전류의 양이 증가하거나 감소하는 경우 자기장의 크기는 나선에서 변화하지 않는다. 도 2 에서 도시된 바처럼, 피치가 동일하게 유지되면서 결과 자기력선의 직경이 두 배로 되면, 나선에서의 크기도 두 배가 된다.
도 3은 배터리 (32) 를 충전하는데 사용되는 단상 교류 전력 공급 도체 (30) 를 도시한다. 제 1 결과 자기력선 (34) 은 단상 교류 전력 공급 도체 (30) 주위에 형성되고, 제 2 결과 자기력선 (36) 은 배터리 (32) 주위에 형성된다. 제 1 결과 자기력선 (34) 은 약 20 미터의 피치 (38) 를 갖는 나선형 형상을 형성하는 반면, 제 2 결과 자기력선 (36) 은 1 과 2 밀리미터 사이의 피치 (40) 를 갖는 나선형 형상을 형성한다. 따라서, 피치 (40) 는 피치 (38) 보다 작다.
도 4 는 도 3 의 제 1 및 제 2 결과 자기력선 (34 및 36) 이 배터리 (32) 에서 또는 그 가까이에서 만나는 경우 만들어지는 가열 효과를 도시한다. 보다 긴 피치 (38) 는 그것을 더 짧아지게 하기 위해 다수의 위치 (42) 에서 잘라 내어진다. 다음으로, 코어 입자 (44) 는 대기로 방출된다. 이러한 코어 입자 (44) 의 방출은 열을 발생시킨다. 이러한 열은 배터리가 충전되고 있는 동안에 배터리에 손상을 일으킬 수도 있다. 배터리 (32) 내의 열 축적을 감소시키는 한가지 방법은 배터리 (32) 를 충전하기 위해 제공되는 전력의 양을 감소시키는 것일 수도 있다. 배터리를 충전하는 데 제공된 전력이 감소하면 충전 시간이 더 길어질 것이다. 알칼리 기반 배터리의 경우, 예를 들어, 리튬 기반 배터리보다 열에 대한 내성이 훨씬 낮기 때문에, 배터리를 전혀 충전 가능하지 못할 수도 있다.
첨부 도면의 도 5는 전력을 전송하기 위한 시스템 (110) 을 도시한다. 시스템 (110) 은 도 5의 실시 형태에서 배터리 충전기로서 사용된다. 시스템 (110) 은 전력을 기계 동력으로 변환하기 위한 제 1 서브 시스템 (112), 기계 동력을 전력으로 변환하기 위한 제 2 서브 시스템 (114), 및 배터리의 충전을 위한 제 3 서브 시스템 (116) 을 포함한다.
제 1 서브 시스템 (112) 은 단상 교류 전력 공급 도체 (118), 단상 교류 접지 도체 (120), 속도 제어기 (122), 제 1, 제 2 및 제 3 의 3 상 모터 전력 공급 도체 (124) 및 전기 모터 (126) 를 포함한다.
단상 교류 전력 공급 도체 (118) 와 단상 교류 접지 도체 (120) 는 속도 제어기 (122) 에 접속된다. 3 상 모터 전력 공급 도체들 (124) 중 각각의 도체는 속도 제어기 (122) 를 전기 모터 (126) 의 각각의 전력 입력 단자 (128) 에 접속시킨다. 속도 제어기 (122) 는 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 를 통해 단상 교류를 수신한다. 속도 제어기 (122) 는 3 상 모터 전력 공급 도체 (124) 를 통해 전기 모터 (126) 에 3 상 전력을 제공한다.
전기 모터 (126) 는 전력 입력 단자 (128) 의 각각의 단자에 접속된 각각의 코일 (도시되지 않음) 을 포함한다. 코일은 전형적으로 전기 모터 (126) 의 고정자를 형성한다. 전기 모터 (126) 는 복수의 영구 자석을 갖는 회전자 (도시되지 않음) 를 더 갖는다. 3 상 전력이 전력 입력 단자 (128) 및 코일에 제공될 때, 코일은 회전자의 회전을 일으킨다. 전기 모터 (126) 는 전기 모터 (126) 의 회전자에 의해 회전되는 회전 출력 축 (130) 을 더 갖는다. 회전 출력 축 (130) 은 가동 출력 컴포넌트로서의 역할을 한다. 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 를 통해 전력이 공급되면, 회전 출력 축 (130) 의 회전 움직임에 의해 속도 제어기 (122) 및 전기 모터 (126) 에 의해 전력이 기계 동력으로 변환된다. 속도 제어기 (122) 는 조정 가능한 입력 (132) 을 갖는다. 조작자는 회전 출력 축 (130) 에 제공된 동력 및 속도의 양을 변경하기 위해 조정 가능한 입력 (132) 을 조정할 수 있다.
제 2 서브 시스템 (114) 은 회전 입력 축 (134), 발전기 (136), 제 1 및 제 2 정류자 (138 및 140) 각각, 그리고 전력 전달 회로 (142) 를 포함한다.
발전기 (136) 는 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및 146) 각각 그리고 코일 (148) 을 포함한다. 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및 146) 은 코일 (148) 의 대향 측들에 장착된다. 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및 146) 은 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및 146) 간에 전류 발생 자기장 (150) 을 만들기 위한 위치에 장착된다.
코일 (148) 은 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및 146) 간에 회전 가능하게 장착된다. 회전 입력 축 (134) 이 코일 (148) 에 장착된다. 회전 입력 축 (134) 의 회전은 코일 (148) 을 회전시킨다. 코일 (148) 이 회전하면, 그의 섹션들은 전류 발생 자기장 (150) 을 통과한다. 코일 (148) 의 섹션들이 전류 발생 자기장 (150) 을 통과할 때, 상대적인 움직임은 코일 (148) 에서 전류를 발생시킨다.
각각의 정류자 (138 및 140)는 각각의 접점 (152) 및 각각의 브러시 (154) 를 갖는다. 제 1 정류자 (138) 의 접점 (152) 은 코일 (148) 의 제 1 단부 (160) 에 영구적으로 접속되고 이와 함께 회전한다. 제 2 정류자 (140) 의 접점 (152) 은 코일 (148) 의 제 2 단부 (162) 에 영구적으로 접속되고 이와 함께 회전한다. 코일 (148) 내에 발생된 전류는 교류이다. 브러시 (154) 는 코일 (148) 로부터 전달 회로 (142) 로 도통되는 전류가 전달 회로 (142) 내에서 펄스형 직류 (DC) 가 되도록 접점 (152) 과의 접촉을 교번한다.
제 3 서브 시스템 (116) 은 충전 단자들의 복수의 세트 (164) 및 복수의 배터리 (166) 를 포함한다. 각각의 배터리는 각각의 정극 배터리 단자 (170) 및 각각의 부극 배터리 단자 (172) 를 포함하는 배터리 단자들의 세트 (168) 를 포함한다. 충전 단자들의 각각의 세트 (164) 는 각각의 정극 충전 단자 (174) 및 각각의 부극 충전 단자 (176) 를 포함한다. 각각의 정극 배터리 단자 (170) 가 각각의 정극 충전 단자 (174) 에 접속되고 각각의 부극 배터리 단자 (172) 가 각각의 부극 충전 단자 (176) 에 접속되도록 각각의 배터리 (166) 가 전달 회로 (142) 에 접속된다. 배터리 (166) 는 전달 회로 (142) 에 병렬로 접속되고 전달 회로 (142) 로부터 DC 전압을 수신한다.
제 1 영구 자석 (144) 은 제 1 세트의 역선 가이드 (180) 를 갖도록 형성된다. 슬롯들 (182) 이 각각의 역선 가이드들 (180) 과 교번되도록 슬롯들 (182) 이 제 1 영구 자석 (144) 내에 형성된다. 역선 가이드 (180) 및 슬롯 (182) 은 코일 (148) 의 회전축을 중심으로 반경 방향으로 연장된다. 슬롯 (182) 은 공기로 만들어지기 때문에, 역선 가이드 (180) 내부보다 더 적은 자기장이 슬롯 (182) 내부에 집중될 것이다.
유사하게, 제 2 영구 자석 (146) 은 슬롯 (186) 에 의해 교번되는 제 2 세트의 역선 가이드 (184) 로 형성된다. 역선 가이드 (184) 및 슬롯 (186) 은 코일 (148) 의 회전축을 중심으로 반경 방향으로 연장된다.
사용 중에, 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 와 단상 교류 접지 도체 (120) 는 교류 소스에 접속된다. 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 및 단상 교류 접지 도체 (120) 의 단자는 일반적으로 벽 콘센트에 도체 (118 및 120) 의 삽입을 허용하는 플러그 도체 상에 형성된다. 벽 콘센트는 예를 들어 220 볼트 교류 또는 110 볼트 교류를 속도 제어기 (122) 에 제공할 수도 있다. 속도 제어기 (122) 는 벽 콘센트로부터 수신된 교류를 3 상 교류로 변환하고 3 상 모터 전력 공급 도체 (124) 를 통해 3 상 교류를 전기 모터 (126) 에 제공한다. 전기 모터 (126) 에 전력이 제공되면, 회전 출력 축 (130) 이 회전된다. 조작자는 속도 제어기 (122) 의 조정 가능한 입력 (132) 을 조정함으로써 회전 출력 축 (130) 이 회전하는 속도를 변경할 수 있다.
전기 모터 (126) 의 회전 출력 축 (130) 은 발전기 (136) 의 회전 입력 축 (134) 에 직접 접속된다. 이에 의해, 전기 모터 (126) 의 회전은 코일 (148) 의 대응하는 회전을 일으킨다. 본 실시 형태에서, 회전하는 입력 축 (134) 과 회전하는 출력 축 (130) 의 회전 사이에는 일대일 비가 존재한다. 또 다른 실시 형태에서, 변속기 (transmission) 가 다른 비의 회전 속도를 제공할 수도 있다.
코일 (148) 이 전류 발생 자기장 (150) 내에서 회전할 때, 교류 전류가 코일 (148) 의 섹션 내에 생성된다. 제 1 및 제 2 정류자 (138 및 140) 는 코일 (148) 내에 상주하는 교류 전류를 DC로 변환하고 DC 전압을 배터리 (166) 에 제공한다.
제 1 서브 시스템 (112) 이 전력 공급 그리드에 접속된다. 전기 공급 그리드는 제 1 서브 시스템 (112) 의 도체를 중심으로 코일을 형성하는 제 1 결과 자기장을 갖는다. 제 1 서브 시스템 (112) 은 제 2 서브 시스템 (114) 에 전기적으로 접속되는 것이 아니라, 대신에 회전 출력 축 (130) 및 회전 입력 축 (134) 을 통해 기계적으로 접속된다. 이들은 전기적으로 분리되기 때문에, 제 1 서브 시스템 (112) 내에 존재하는 제 1 결과 자기장은 제 2 서브 시스템 (114) 상으로 전송되거나 이와 간섭하지 않는다. 제 2 서브 시스템 (114) 은 제 1 서브 시스템 (112) 의 제 1 결과 자기장으로부터 분리된 제 2 결과 자기장을 형성한다. 제 2 서브 시스템 (114) 에 의해 만들어진 제 2 결과 자기장은 역선 가이드 (180 및 184) 를 따르는 역선을 갖는다. 역선 가이드 (180 및 184) 는 역선을 나선형 형상으로 안내하도록 형성된다. 제 2 결과 자기장의 나선형 형상의 코어는 초기에 코일 (148) 의 회전축을 통해 있고, 나선형 형상은 역선 가이드 (180 및 184) 를 따라 가면서 코일 (148) 주위에 형성된다.
제 2 결과 자기장은 전달 회로 (142) 및 배터리 (166) 로 전송된다. 따라서, 배터리 (166) 는 동일한 제 2 결과 자기장을 공유한다. 또한, 각 배터리 (166) 주위의 제 2 결과 자기장의 피치는 역선 가이드 (180) 중 하나로부터 인접하는 역선 가이드 (180) 까지의 피치와 동일하다.
도 6은 도 5의 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 상의 제 1 결과 자기장 (190) 을 도시한다. 제 1 결과 자기장 (190) 은 단상 교류 전력 공급 도체 (118) 의 중심에 코어를 갖는 나선형 형상을 형성한다. 제 1 결과 자기장 (190) 의 나선형 형상은 약 20 미터의 피치 (192) 를 갖는다.
도 6은 또한, 도 5의 코일 (148) 주위의 제 2 결과 자기장 (194) 을 도시한다. 제 2 결과 자기장 (194) 은 도 5의 코일 (148) 의 회전축과 일치하는 코어를 갖는 나선형 형상을 갖는다. 제 2 결과 자기장 (194) 은 도 5의 역선 가이드 (180) 중 하나로부터 인접하는 역선 가이드 (180) 까지의 피치와 동일한 피치 (196) 를 갖는다. 피치 (196) 는 통상적으로 1 내지 2 밀리미터이다. 주목해야 할 점은 피치 (196) 가 피치 (192) 와는 상이하고 훨씬 더 작다는 점이다. 도 5의 제 2 서브 시스템 (114) 및 제 1 서브 시스템 (112) 의 컴포넌트들은 전기적으로 분리되어 있다. 그래서, 제 1 결과 자기장 (190) 은 제 2 결과 자기장 (194) 에 영향을 미치거나, 중단하거나, 또는 간섭하지 않는다.
도 6은 또한, 배터리들 (166) 중 하나의 주위의 제 2 결과 자기장 (194) 을 도시한다. 제 2 결과 자기장 (194) 은 배터리 (166) 의 중심선과 대응하는 코어를 갖는 나선형 형상을 갖는다. 제 2 결과 자기장 (194) 의 나선형 형상은 코일 (148) 주위의 제 2 결과 자기장 (194) 의 나선형 형상과 동일한 피치 (196) 를 갖는다. 제 2 결과 자기장 (194) 의 피치 (196) 가 일정하게 남아 있기 때문에, 제 3 서브 시스템 (116) 이 전력 공급 그리드에 직접 연결되는 경우보다 제 2 및 제 3 서브 시스템 (114 및 116) 내에 열이 전혀 발생하지 않거나 또는 훨씬 적은 열이 발생한다.
배터리의 충전 사이클에서 발열이 제거되거나 실질적으로 제거되므로, 배터리가 가열되는 경우보다 배터리에 손상을 주지 않으면서 주어진 배터리를 훨씬 더 빠르게 충전할 수 있다. 열의 제거는 또한 주어진 배터리가 더 높은 전압으로 충전될 수도 있음을 의미하고, 이는 배터리가 전하를 다 써버리기 까지 대응하는 시간의 증가와 함께 배터리의 용량이 증가됨을 의미한다. 열의 제거는 또한 배터리의 수명, 즉 배터리가 재충전될 수 있는 횟수가 증가한다는 것을 의미한다. 열 제거는 또한, 충전 사이클로 인한 폭발의 위험이 감소한다는 것을 의미한다. 또한, 재충전가능하지 않은 것으로 간주되는 배터리를 재충전하는 것이 가능하다. 예를 들어, 리튬 기반 배터리는 재충전가능하지만 알칼리 기반 배터리는 재충전가능하지 않다는 것이 일반적인 신념이다. 그러나, 열을 제거함으로써, 도 5의 시스템 (110) 을 사용하여 알칼리 기반 배터리를 재충전하는 것이 가능하다. 알칼리 기반 배터리를 버리는 대신에 재충전하면 환경에 결국 긍정적인 효과가 만들어진다.
제 2 결과 자기장 (194) 은 코일 (148) 주위의 직경 (200) 및 배터리 (166) 주위의 직경 (202) 을 갖는다. 직경 (200) 은 직경 (202) 과 동일한 것으로 도시되어 있다. 그러나, 직경 (202) 은 직경 (200) 보다 작거나 더 클 수도 있음을 이해해야 한다. 직경 (200 및 202) 이 동일하지 않으면, 직경 (200 및 202) 의 차이에 관계없이 코일 (148) 주위 그리고 배터리 (166) 주위에서 피치 (196) 가 동일할 것이기 때문에 열이 매우 적게 발생하거나 또는 전혀 발생하지 않는다.
도 7a, 7b 및 7c 는 서로 인접한 2 개의 배터리 (116A 및 116B) 를 도시한다. 각각의 배터리 (166A 또는 166B) 는 배터리 (166A 및 166B) 의 각각의 배터리 주위에 각각의 제 2 결과 자기장 (194) 을 갖는다. 제 2 결과 자기장 (194) 은 병합되어 결합된 제 2 결과 자기장 (194A) 을 형성한다. 병합된 제 2 결과 자기장 (194A) 은 제 2 결과 자기장 (194) 보다 개별적으로 훨씬 더 크다. 병합된 제 2 결과 자기장 (194A) 은 도 6에 도시된 배터리 (166A 및 166B) 주위 그리고 코일 (148) 주위의 제 2 결과 자기장 (194) 과 동일한 피치를 갖는다. 피치가 일정하게 남아 있기 때문에, 제 2 결과 자기장 (194) 과 병합된 제 2 결과 자기장 (194A) 사이의 상호 작용에 의해 열이 거의 또는 전혀 발생되지 않는다.
도 8는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템 (110A) 을 도시한다. 시스템 (110A) 은 제 1 및 제 2 전자석 (144A 및 146A) 및 전자석 전력 전달 회로 (206) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 전자석 (144A 및 146A) 은 도 5 에서 제 1 및 제 2 영구 자석 (144 및146) 을 각각 대신한다. 전자석 전력 전달 회로 (206) 는 단상 교류 전력 공급부 (208) 및 정류기 (210) 를 포함한다. 교류는 단상 교류 전력 공급부 (208) 에 제공된다. 정류기 (201) 는 교류를 DC로 변환하고 제 1 및 제 2 전자석 (144A 및 146A) 에 DC 전류를 제공한다.
시스템 (110A) 은 제 1 및 제 2 전자석 (144A 및 146A) 에 각각 부착되는 역선 가이드 (180 및 184) 를 포함한다. 역선 가이드 (180 및 184) 는 도 5의 시스템 (110) 에서와 같이 도 8의 시스템 (110A) 에서 동일한 목적을 제공한다. 도 8의 시스템 (110A) 의 모든 다른 컴포넌트들은 도 5의 시스템 (110) 의 컴포넌트와 동일하거나 유사하며, 동일한 참조 번호는 동일한 컴포넌트를 나타낸다. 도시되지는 않았지만, 도 8의 시스템 (110A) 은 도 5의 시스템 (110) 의 전달 회로 (142) 및 제 3 서브 시스템 (116) 과 유사한 전달 회로 및 제 3 서브 시스템을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
도 9 는 종래 기술에 따른 충전기 ("구형") 와 본 발명에 따른 충전기 ("신형") 간의 비교를 도시한다. 동일한 배터리는 구형 충전기에서의 4.345 VDC 와 비교하여 4.65 VDC 에서 충전되므로, 충전 시간이 더 빠르다. 구형 충전기를 사용할 때 4.29 V와 비교하여 신형 충전기를 사용할 때 배터리의 충전은 4.47V 이다. 신형 충전기로 충전된 배터리는 구형 충전기를 사용하여 충전된 배터리의 충전 전압에 도달하기까지 5 분간 계속된다. 신형 충전기로 충전된 배터리는 구형 충전기로 충전된 배터리보다 74 % 더 오래 계속된다.
특정 예시적인 실시형태들이 첨부된 도면에 설명되고 도시되었지만, 그러한 실시 형태들은 단지 예시적인 것이며 본 발명을 제한하지 않으며, 본 발명은 도시되고 설명된 특정 구성 및 배열들에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 하는데, 수정이 당업자에게는 떠오를 수도 있기 때문이다.

Claims (20)

  1. 전력을 전송하기 위한 시스템으로서,
    제 1 결과 자기장을 생성하는 전력 공급 전류를 도통시키는 전력 공급 도체;
    상기 전력 공급 도체에 접속된 전력 입력 단자 및 가동 출력 컴포넌트를 갖는 전기 모터로서, 상기 전력 공급 전류를 상기 가동 출력 컴포넌트의 움직임으로 변환하도록 구성된, 상기 전기 모터;
    상기 가동 출력 컴포넌트가 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 일으키도록 상기 가동 출력 컴포넌트에 접속된 상기 가동 입력 컴포넌트 및 전력 출력 단자를 갖는 발전기로서, 상기 제 1 결과 자기장으로부터 분리되는 제 2 결과 자기장을 생성하는 상기 전력 출력 단자에 대한 전력 출력 전류로 상기 가동 입력 컴포넌트의 움직임을 변환하도록 구성된, 상기 발전기; 및
    복수의 역선 가이드 (field line guide) 를 포함하고,
    상기 복수의 역선 가이드는 상기 복수의 역선 가이드에 연결할 상기 제 2 결과 자기장의 역선을 위해 배치되고, 상기 복수의 역선 가이드는 나선형 형상으로 상기 역선을 안내하도록 형성되는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 도체는 단상 교류 전력 공급 도체이고,
    상기 전력을 전송하기 위한 시스템은
    단상 교류 접지 도체;
    상기 단상 교류 전력 공급 도체에 그리고 상기 단상 교류 접지 도체에 접속된 속도 제어기; 및
    상기 속도 제어기를 상기 모터에 접속시키는 적어도 하나의 모터 전력 공급 도체를 더 포함하고,
    상기 속도 제어기는 상기 가동 출력 컴포넌트의 속도를 제어하도록 작동 가능한, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 속도 제어기를 상기 전기 모터에 접속시키는 3 개의 3 상 모터 전력 공급 도체를 더 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 출력 컴포넌트는 회전 출력 축인, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 입력 컴포넌트는 회전 입력 축인, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기는
    코일; 및
    제 1 자석과 제 2 자석 사이에 전류 발생 자기장을 생성하기 위한 위치에 장착된 상기 제 1 자석 및 제 2 자석을 포함하며,
    적어도 제 1 세트의 역선 가이드가 상기 제 1 자석에 형성되는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    적어도 제 2 세트의 역선 가이드가 상기 제 2 자석에 형성되는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 가동 입력 컴포넌트는 코일과 자석을 서로에 대해 움직이게 하여 상기 코일에 전류를 생성하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가동 입력 컴포넌트는 상기 코일과 상기 자석을 서로에 대해 회전시켜 상기 코일에 전류를 생성하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    전달 회로; 및
    상기 코일의 제 1 단부를 전달 회로에 접속시키는 적어도 제 1 정류자를 더 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 코일의 제 2 단부를 상기 전달 회로에 접속시키는 적어도 제 2 정류자를 더 포함하고,
    상기 코일은 상기 코일에 전류를 생성하기 위해 상기 자석에 의해 생성된 전류 발생 자기장을 통해 이동하는 상기 코일의 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이의 섹션을 갖는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 자석 및 상기 제 2 자석은 제 1 영구 자석 및 제 2 영구 자석인, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 자석 및 상기 제 2 자석은 제 1 전자석 및 제 2 전자석이고,
    상기 전력을 전송하기 위한 시스템은
    상기 제 1 전자석 및 상기 제 2 전자석에 접속된 전자석 전력 전달 회로를 더 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 출력 단자에 접속된 전달 회로를 더 포함하고,
    상기 전달 회로는
    제 1 배터리를 충전하기 위해 서로에 대해 배치된 정극 충전 단자 및 부극 단자를 포함하는 적어도 제 1 세트의 충전 단자를 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 충전 단자의 상기 정극 충전 단자와 부극 충전 단자 사이에 접속된 정극 및 부극 배터리 단자를 갖는 적어도 제 1 배터리를 더 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    제 2 배터리를 충전하기 위해 서로에 대해 배치된 정극 충전 단자 및 부극 단자를 포함하는 적어도 제 2 세트의 충전 단자를 더 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 결과 자기장이 상기 배터리 주위에 나선형 형상을 갖고, 상기 배터리 주위의 상기 나선형 형상의 피치가 상기 역선 가이드들의 피치와 동일한, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결과 자기장이 상기 역선 가이드의 피치보다 큰 피치를 갖는 나선형 형상을 갖는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
  19. 전력을 전송하는 방법으로서,
    제 1 결과 자기장을 생성하는 전력 공급 전류를 도통시키는 단계;
    상기 전력 공급 전류를 가동 출력 컴포넌트의 움직임으로 변환하는 단계;
    상기 움직임을 상기 제 1 결과 자기장으로부터 분리된 제 2 결과 자기장을 생성하는 제 2 전류로 변환하는 단계; 및
    상기 제 2 결과 자기장의 역선을 나선형 형상으로 안내하기 위해 형성된 복수의 역선 가이드에 상기 역선을 연결하는 단계
    를 포함하는, 전력을 전송하는 방법.
  20. 전력을 전송하기 위한 시스템으로서,
    제 1 결과 자기장을 생성하는 전력 공급 전류를 도통시키는 수단;
    상기 전력 공급 전류를 가동 출력 컴포넌트의 움직임으로 변환하는 수단;
    상기 움직임을 상기 제 1 결과 자기장으로부터 분리된 제 2 결과 자기장을 생성하는 제 2 전류로 변환하는 수단; 및
    상기 제 2 결과 자기장의 역선을 나선형 형상으로 안내하기 위해 형성된 복수의 역선 가이드에 상기 역선을 연결하는 수단
    을 포함하는, 전력을 전송하기 위한 시스템.
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