KR102614572B1 - 스마트 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일의 회전자에 2개의 고정자를 이용하고, 제 1, 2고정자의 N극과 S극 상호간의 이격간격을 좁혀, 원형 자기장의 범위가 작아진 만큼, 회전자 도선에 미치는 방재 전자력인 부하를 최소화시킴으로써, 전력 생산이 가능토록 하는 스마트 발전기에 관한 것이다.

Description

스마트 발전기{smart generator}

본 발명은 회전자 도선에 전류가 흐를 때 원형 자기장에 의한 방해 전자력을 최소화하며 전력을 생산할 수 있도록 한 것으로, 전력 생산에 필요한 에너지 절감은 물론, 향후 대체 에너지로 사용하기에 조금도 손색이 없는 스마트 발전기에 관한 것이다.

통상적으로 전력 발전은 고정자(stator) 및 회전자(rotor)를 구비한 발전기를 이용하여 이루어진다.

발전기의 회전자를 회전 구동하는 힘은 다양한 방식으로 얻어질 수 있는데, 예를 들어 화력, 수력, 풍력, 조력 및 원자력을 이용할 수 있다. 이들 각각의 발전 방식 각각은 장점 및 단점을 가진다.

특히, 저개발 지역 또는 고립된 지역에서는 위와 같은 일반적인 발전 방식들 중 그 어느 것도 적합하지 않을 수 있다. 예를 들어 저개발 국가에서는 댐을 건설하거나 발전 설비를 도입하는데 소요되는 자본을 조달할 수 없으며, 개별의 소비자가 전력 사용 비용을 감당할 수 없다. 또한, 사막, 고산, 도서에 거주하는 사람들에게 전력을 공급하려면 발전 설비뿐만 아니라 송전 설비에 소요되는 비용이 과다하다는 문제점이 있다.

이에, 화석 연료를 대신할 수 있어 에너지 문제 해결이 가능하면서, 다양한 종류의 동력장치에 대체하여 사용가능한 발전기의 개발이 대두되고 있는 실정이다.

대한민국 공개실용신안공보 20-2012-0006841호(2012.10.05. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고정자를 제 1, 2고정자 형태로 복수개 사용하여, 상호간을 이중관 형태로 배치하고, 제 1, 2고정자 상호간의 이격공간의 간격이 기존보다 더욱 좁혀지도록 구성하여, 이로 인해 방해 전자력의 세기가 작아지도록 하며 전력을 얻을 수 있도록 한 스마트 발전기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,

중앙에 관통홀(11)이 형성되어 있으며, 원통형의 형상을 가지는 내측 하우징(10);

상기 내측 하우징(10)의 외주연 둘레에 형성되는 제 1고정자(20);

상기 내측 하우징(10)의 외부에 설치되는 관형태의 외측 하우징(30);

상기 외측 하우징(30)의 내주연 둘레에서, 상기 제 1고정자(20)에 대응되도록 형성되는 제 2고정자(40);

상기 관통홀(11)에 회전가능하게 삽입설치되는 회전축(50);

상기 회전축(50)의 외주연에서 양측으로 제 1, 2고정자(20, 40) 사이의 이격공간(A)을 향해 절곡되며 연장형성되어 배치되는 회전자 지지대(60);

상기 회전자 지지대(60)의 외주면에 길이방향으로 설치되어 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에 위치됨으로써, 회전축(50)에 의해 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에서 회전되며 전류가 흐르도록 하는 회전자 도선(70);

상기 외측 하우징(30) 내에서 회전축(50)의 일단 외주연에 일체로 형성되고, 상기 회전자 도선(70)과 전기적으로 연결되어 전기에너지를 전달받는 집전환 슬립링(80);

상기 외측 하우징(30)의 일측면에서 집전환 슬립링(80)을 접촉되도록 고정설치되어, 외부의 사용처로 전기에너지를 전달하는 브러쉬(90); 로 구성되어,

이중관 형태의 상기 제 1, 2고정자(20, 40)를 통해 이격공간(A)의 간격을 최소화시켜, 이격공간(A) 내에서의 원형 자기장의 범위가 감소되도록 함으로써, 원형 자기장의 생성을 방해하는 부하인 방해 전자력의 세기도 작아져, 전력 생산이 증가 및 향상될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기 자동차나 전기 선박 등 여러종류의 동력 장치에, 엔진 대신 모터로 대체하여 에너지 문제는 물론, 환경 문제까지도 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 축전지에 연결된 작은 모터로 큰 발전기를 가동하고, 일부 전력으로 축전지를 충전시키며, 대부분의 전력은 동력에 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 화석 연료를 대신할 수 있는 유일한 대체 에너지 생산이 가능하며, 심각한 에너지 문제와 지구 온난화의 주범인 탄소를 제로화하여, 에너지와 환경의 문제를 모두 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 발전기의 발전 원리를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 발전기에서 회전자 도선에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장의 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
도 3은 종래의 발전기에서 발전시 전류가 흐를때의 자기장의 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 발전기를 나타낸 일실시예의 정면 단면도.
도 5는 도 4의 분해도.
도 6은 N극과 S극의 간격에 따른 자기장의 변화를 나타낸 도면.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 발전기를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 스마트 발전기는, 에너지 문제가 시급한 오늘날, 화석 연료를 대신할만한 것으로, 무공해 전기 에너지를 모던 동력에 사용함으로써, 경제적인 효과가 환경 문제까지도 해결할 수 있는 방책이며, 기존의 충전용 배터리, 전기 자동차 대신에 발전기가 장착된 스마트한 발전기를 자동차나 선박 등에 사용함으로써, 경제적 가치가 높고 환경문제도 해결하며, 지구 온난화도 막고 에너지 문제도 해결할 수 있도록 한 것으로, 내측 하우징(10), 제 1고정자(20), 외측 하우징(30), 제 2고정자(40), 회전축(50), 회전자 지지대(60), 회전자 도선(70), 집전환 슬립링(80), 브러쉬(90)를 포함한다.

상기 내측 하우징(10)은 중앙이 길이방향으로 관통되어 관통홀(11)이 형성되어 있으며, 원통형의 관형상을 가지는 하우징의 형태를 가진다.

상기 제 1고정자(20)는 이러한 내측 하우징(10)의 외주연 둘레에 형성되는 S-N극의 고정자이다.

상기 외측 하우징(30)은 전술된 내측 하우징(10)의 외부에 설치되어, 내측 하우징(10)과 함께 이중관 형태를 가지며, 내부 일측에는 후술될 집전환 슬립링(80) 및 브러쉬(90) 등이 배치될 수 있도록 빈공간을 형성하는 관형태의 하우징이다.

상기 제 2고정자(40)는 외측 하우징(30)의 내주연 둘레에서, 상기 제 1고정자(20)의 S-N극에 대응되도록 형성되는 N-S극의 고정자이다.

물론, 이러한 제 1, 2고정자(20, 40)의 경우, 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 상호간 대응되어 제 1고정자(20)가 S-N극, 제 2고정자(40)가 N-S극을 형성하는 것으로, 상기 제 1고정자(20)는 내측 하우징(10)의 외주연 일측과 타측 각각에 N극과 S극이 상호간 분리되어 각각 형성되고, 상기 제 2고정자(40)도 외측 하우징(30)의 외주연 일측과 타측에서, 상기 제 1고정자(20)의 N극과 S극에 대응되도록, S극과 N극이 각각 형성되어 있는 것이다.

더불어, 본 발명에서는 사용자의 실시예에 따라, 상기 제 1, 2고정자(20, 40)는 이격공간(A) 내에서 상호간 대응되는 면이, 일반적인 평판형의 형태를 가질수도 있지만, 이에 반해. 길이방향을 향해 나사산 형태의 요철부(100)(표면이 45°각도로 배치되는 '∧∧' 삼각형과 같은 형태)로 형성되도록 하여, 이격공간(A) 내에서의 자기장 형상이, 상기 회전자 도선(70)의 회전방향과 동일한 방향으로 휘어지는 곡선의 원호형태를 가지도록 하여, 방해 전자력의 생성이 감소될 수 있도록 할 수도 있음이다. 도 2에서는 이러한 요철부(100) 형상을 일부분에만 형성하였지만, 이는 사용자에 따라, 제 1, 2고정자(20, 40) 전체에 형성할 수도 있고, 일부에만 형성할 수도 있으면, 도면의 도시 편리상 일부분에만 요철부(100)를 형성하였다.(즉, 상기 요철부(100)에 의해 곡선 자기장이 생기게 되고, 이에 회전자 도선(70)에 흐르는 전류에 의한 원형 자기장과 서로 일치하게 하여, 방해 전자력이 감소되도록 한 것이다. 이때의 표면각도가 45°형태의 요철을 가지도록 한 것은, 각 요철간 이격공간을 최소화하기 위한 것이다. 또한, 사용자의 다양한 실시예에 따라 요철의 각도는 변경이 가능한 부분이다. )

이렇게 되면, 제 1, 2고정자(20, 40)에서 발생되는 반원 형상의 자기장과, 회전자 도선(70)에서 발생되는 원형 자기장의 모양이 거의 일치하게 되므로, 상기 요철부(100)를 형성하지 않아 제 1, 2고정자(20, 40)에서 발생되는 직선 형상의 자기장에 의한 방해 전자력을 더욱 극소화시킬 수 있게 되는 것이다. (내측 하우징(10) 내부의 자기장은 회전자 도선(70)에 전류의 흐름 유무에 관계없이 동일하게 평형을 유지한다.)

상기 회전축(50)은 전술된 관통홀(11)에 길이방향으로 관통삽입되어, 양단이 외측 하우징(30)의 양단부로 돌출되는 축으로서, 상기 관통홀(11) 내에서 회전가능하게 삽입설치되는 것이다, 물론, 이러한 회전축(50)의 일단은 외측 하우징(30)의 외측에서 풀리(51)(Pulley)를 통해 외부의 다양한 회전장치와 연결되어, 회전력을 전달받을 수 있도록 한다.

상기 회전자 지지대(60)는 회전축(50)의 외주연 양측에서 'ㄱ'자 형태로 제 1, 2고정자(20, 40) 사이의 이격공간(A)을 향해 절곡되며 연장형성되어 배치되는 지지대이다.

상기 회전자 도선(70)은 회전자 지지대(60)의 외주면에 길이방향으로 설치되어 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에 위치됨으로써, 회전축(50)에 의해 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에서 회전되며 전류가 흐르도록 하는 도선이다.

상기 집전환 슬립링(80)(Slip Ring)은 카본 등의 금속재가 사용되며, 외측 하우징(30) 내에서 회전축(50)의 일단 외주연에 일체로 형성되고, 상기 회전자 도선(70)과 전기적으로 연결되어 전기에너지를 전달받는 슬립링이며, 상기 브러쉬(90)(Brush)는 외측 하우징(30)의 일측면에서 회전되지 않고 고정된 상태에서, 집전환 슬립링(80)과 접촉되도록 설치되어, 외부의 사용처로 전기에너지를 전달하는 것이다.

상기와 같은 구성을 가지는 스마트 발전기는, 전술된 바와 같이, 제 1, 2고정자(20, 40) 사이의 이격공간(A)에서, 회전자 도선(70)이 회전자 지지대(60) 및 회전축(50)에 의해 일방향으로 회전시키는 것이다. 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에는 자기장이 생성되는데, 이러한 자기장을 회전자 도선(70)이 회전하면서 왜곡이 발생하고, 이 왜곡된 힘이 유도기전력을 만들고, 이 유도기전력에 의해 전류가 흐를 수 있게 되는 것이다. 전류가 흐르는 방향은 널리 공지된 플레밍의 오른손 법칙(Fleming's right hand rule)을 적용하여 알 수 있음은 당연하다.

또한, 본 발명에서는 이러한 구성에서, 고정자를 2개 사용하여, 이중관 형태의 상기 제 1, 2고정자(20, 40)를 통해 S극과 N극 사이 이격공간(A)의 간격을 기존 발전기의 이격거리보다 더 최소화시켜, 이격공간(A) 내에서의 원형 자기장의 범위가 감소되도록 함으로써, 원형 자기장의 생성을 방해하는 부하로 표현되는 방해 전자력의 세기도 작아져, 전력 생산이 증가 및 향상될 수 있도록 한 것이다.

이는 도 6의 도시에서도 알 수 있듯이, N극과 S극 사이의 이격간격이 넓을수록, 회전자 도선(70)의 위치와 전류의 세기는 같지만, 자기장의 크기에 변화를 보이는 것을 알 수 있다. 이에, 본 발명에서는 N극과 S극의 간격을 최소화하여 자기장에 의한 방해 전자력을 최소화한 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 내측 하우징 11: 관통홀
20: 제 1고정자 30: 외측 하우징
40: 제 2고정자 50: 회전축
51: 풀리 60: 회전자 지지대
70: 회전자 도선 80: 집전환 슬립링
90: 브러쉬 100: 요철부
A: 이격공간

Claims (3)

1. 중앙에 관통홀(11)이 형성되어 있으며, 원통형의 형상을 가지는 내측 하우징(10);
   상기 내측 하우징(10)의 외주연 둘레에 형성되는 제 1고정자(20);
   상기 내측 하우징(10)의 외부에 설치되는 관형태의 외측 하우징(30);
   상기 외측 하우징(30)의 내주연 둘레에서, 상기 제 1고정자(20)에 대응되도록 형성되는 제 2고정자(40);
   상기 관통홀(11)에 회전가능하게 삽입설치되는 회전축(50);
   상기 회전축(50)의 외주연에서 양측으로 제 1, 2고정자(20, 40) 사이의 이격공간(A)을 향해 절곡되며 연장형성되어 배치되는 회전자 지지대(60);
   상기 회전자 지지대(60)의 외주면에 길이방향으로 설치되어 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에 위치됨으로써, 회전축(50)에 의해 제 1, 2고정자(20, 40) 사이에서 회전되며 전류가 흐르도록 하는 회전자 도선(70);
   상기 외측 하우징(30) 내에서 회전축(50)의 일단 외주연에 일체로 형성되고, 상기 회전자 도선(70)과 전기적으로 연결되어 전기에너지를 전달받는 집전환 슬립링(80);
   상기 외측 하우징(30)의 일측면에서 집전환 슬립링(80)을 접촉되도록 고정설치되어, 외부의 사용처로 전기에너지를 전달하는 브러쉬(90); 로 구성되며,
   상기 제 1, 2고정자(20, 40)는
   상기 이격공간(A) 내에서 상호간 대응되는 면이, 길이방향을 향해 나사산 형태의 요철부(100)로 형성되도록 하여, 이격공간(A) 내에서의 자기장 형상이, 상기 회전자 도선(70)의 회전방향과 동일한 방향으로 휘어지는 곡선의 원호형태를 가지도록 하여, 상기 회전자 도선(70)에 흐르는 전류에 의한 원형 자기장과 서로 일치하게 하여, 방해 전자력이 감소되도록 하며,
   상기 제 1고정자(20)는 내측 하우징(10)의 외주연 일측과 타측 각각에 N극과 S극이 상호간 분리되어 각각 형성되고, 상기 제 2고정자(40)도 외측 하우징(30)의 외주연 일측과 타측에서, 상기 제 1고정자(20)의 N극과 S극에 대응되도록, S극과 N극이 각각 형성되어 있도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 발전기.
   
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