KR19980019308A - Thin THIN-FILM COIL MOTOR AND GENERATOR - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막코일 전동기 및 박막코일 발전기에 관한 것으로서 특히, 자장속을 이동하는 도체가 힘을 받게된다는 원리의 로렌쯔의 힘(Lorentz Force)을 이용한 전동기 및 발전기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film coil motor and a thin film coil generator, and more particularly, to a motor and a generator using Lorentz Force of the principle that a conductor moving in a magnetic field is subjected to a force.
종래의 전동기나 발전기는 파라데이 법칙에 따라서 코일의 단면적을 지나는 자속의 시간의 변화율에 의해서 생기는 힘이나 기전력을 이용하고 있으며, 종래의 전동기와 발전기는 코일이 있기 때문에 인덕턴스가 크고 철심이 있는 경우 철심의 히스테리시스에 의한 손실(Hysteresis Loss)이 커서 효율이 떨어지며, 고정자나 회전자에 코일을 감는 작업이 까다로워 제작단가가 높고, 소형화가 어렵다.Conventional motors and generators use force or electromotive force generated by the rate of change of the magnetic flux passing through the cross-sectional area of the coil in accordance with Faraday's law.In the case of conventional motors and generators with coils, iron cores with large inductance and iron cores Due to the hysteresis loss of Hysteresis, the efficiency is low, and it is difficult to wind the coil around the stator or the rotor.
본 발명은 식각법이나 인쇄기법, 박막 코팅법 등으로 제작한 박막 코일층을 회전자 또는 고정자로 하고 이에 대향하는 짝수개이며 번갈아 자극이 바뀌는 영구자석열을 고정자 또는 회전자로 하여, 상기 박막코일에 전류를 인가하면 회전력이 생성되고, 상기 회전자를 회전시키면 상기 박막코일층에 기전력이 유기되어 발전이 이루어질 수 있도록 한 박막코일 전동기 및 발전기로서, 자동화가 용이할 뿐만 아니라 대량생산이 가능하고 또한 철심 사용이 배제되어 히스테리시스 손실이 없으며 인덕턴스가 무시할 수 있을 정도로 작아서 고효율의 전동기나 발전기의 제작이 가능하게 하였다.According to the present invention, a thin film coil layer manufactured by an etching method, a printing method, a thin film coating method, or the like is used as a rotor or stator, and an even number of opposing and alternating magnetic poles having alternating magnetic poles are stator or rotor. Applying a current to the rotational force is generated, and rotating the rotor is a thin-film coil motor and generator that generates electricity by generating an electromotive force in the thin film coil layer, not only easy automation but also mass production is possible It eliminates the use of iron cores, so there is no loss of hysteresis and the inductance is so small that it can be neglected, making it possible to manufacture highly efficient motors or generators.
Description
본 발명은 박막코일 전동기 및 박막코일 발전기에 관한 것으로서 특히, 자장속을 이동하는 도체가 힘을 받게된다는 원리의 로렌쯔의 힘(Lorentz Force)을 이용한 전동기 및 발전기에서 박막코일층과 영구자석열 사이의 상호작용에 의해 회전력 또는 전력을 생산할 수 있도록 한 박막코일 전동기 및 발전기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film coil motor and a thin film coil generator, and in particular, between a thin film coil layer and a permanent magnet train in a motor and a generator using Lorentz Force of the principle that a conductor moving in a magnetic field is subjected to a force. The present invention relates to a thin-film coil electric motor and a generator capable of producing rotational force or electric power by interaction.
종래의 발전기나 전동기는 패러데이 법칙(Faraday's Law)을 이용한 전동기 및 발전기로서, 코일의 단면적을 쇄교하는 자속의 시간당 변화율에 기전력이 비례한다는 원리를 이용해서 코일을 권선한 고정자 또는 회전자를 영구자석과 결합한 형태이다.Conventional generators and motors are motors and generators using Faraday's Law, and the stator or rotor winding the coil using the principle that the electromotive force is proportional to the rate of change of the magnetic flux that bridges the cross-sectional area of the coil is permanent magnet. It is in combination with.
그러므로, 종래의 전동기 및 발전기는 코일의 권선작업이 필수적으로 요구된다.Therefore, the conventional electric motor and generator are required to winding the coil.
코일의 권선이 요구되기 때문에 이 코일의 인덕턴스 성분과, 철심을 부가하는 경우의 히스테리시스 손실(Hysteresis Loss)에 의해서 효율이 떨어진다.Since the winding of the coil is required, the efficiency is inferior due to the inductance component of the coil and the hysteresis loss when the iron core is added.
또한, 코일권선이 요구되기 때문에 작업성이 떨어지고 제작단가가 상승하며 소형화가 어려워서 음향기기, 영상기기, 컴퓨터 주변기기, 사무 자동화기기 등에 많이 사용되는 소형 정밀 전동기나 발전기를 구성하기 어렵다.In addition, since coil winding is required, workability is reduced, manufacturing cost is increased, and miniaturization is difficult, so it is difficult to construct a small precision electric motor or a generator that is used in audio equipment, video equipment, computer peripheral equipment, and office automation equipment.
본 발명은 자장속을 도체가 움직일때 생기는 로오렌쯔의 힘을 이용하는 것으로서, 영구자석에 의해서 생성된 자장속에 박막코일을 도체로 놓고, 이 박막코일에 전류를 흘려줌으로써 자장속에서 도체가 소정의 방향으로 힘을받아 이동하도록 하는 원리로 회전운동 또는 직선운동하는 전동기를 제시한다.The present invention utilizes the force of the Lorentz force generated when the conductor moves the magnetic flux. The thin film coil is placed as a conductor in the magnetic field generated by the permanent magnet, and the current is applied to the thin film coil to produce a predetermined amount of the conductor. It proposes a motor that rotates or moves linearly as a principle to move under a force in a direction.
또한 본 발명은 영구자석에 의해서 생성된 자장속에 박막코일을 도체로 놓고, 이 박막코일 도체를 소정방향으로 이동시켜 줌으로써 소정의 기전력이 도체 양단에서 유기되도록 하는 원리로 전력을 생산하는 발전기를 제시한다.In another aspect, the present invention proposes a generator that generates electric power on the principle that the thin film coil is placed as a conductor in the magnetic field generated by the permanent magnet, and the electromotive force is induced at both ends of the conductor by moving the thin film coil conductor in a predetermined direction. .
본 발명에서는 자장속에 놓이는 박막코일을 식각법이나 인쇄기법, 박막코팅기법을 이용해서 적층된 형태의 코일층으로 구성하고, 이 코일층과 영구자석열 사이의 상호작용에 의해서 회전운동하는 전동기와, 전력을 생산하는 발전기를 제시한다.In the present invention, a thin film coil placed in the magnetic field consisting of a coil layer of a laminated form using an etching method, a printing method, or a thin film coating method, and the electric motor rotates by the interaction between the coil layer and the permanent magnet heat, Present a generator that produces electricity.
도1a 및 1b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개념도1A and 1B are conceptual diagrams for explaining the principle of the present invention.
도2는 본 발명의 원통형 전동기 및 발전기의 횡단면도Figure 2 is a cross-sectional view of the cylindrical motor and generator of the present invention
도3의 a,b는 고정자와 회전자를 바꾸었을 경우의 본 발명 원통형 전동기 및 발전기의 횡단면도와 종단면도3A and 3B are cross-sectional and longitudinal sectional views of the present invention cylindrical motor and generator when the stator and the rotor are changed.
도4는 본 발명의 원판형 전동기 및 발전기를 측면에서 본 단면도Figure 4 is a side cross-sectional view of the disk-shaped motor and generator of the present invention
도5는 고정자와 회전자를 바꾸었을 경우의 본 발명 원판형 전동기 및 발전기를 측면에서 본 단면도5 is a sectional view of the disk-shaped motor and generator of the present invention when the stator and the rotor are changed;
도6은 본 발명의 원판형 전동기 및 발전기의 또다른 실시예로서 측면에서 본 단면도Figure 6 is a cross-sectional side view as another embodiment of the disk-shaped motor and generator of the present invention
도7은 고정자와 회전자를 바꾸었을 경우의 본 발명 원판형 전동기 및 발전기의 또다른 실시예의 측면에서 본 단면도Fig. 7 is a sectional view seen from the side of another embodiment of the disk-shaped motor and generator of the present invention when the stator and the rotor are replaced;
도8은 본 발명의 직선운동 전동기를 나타낸 사시도Figure 8 is a perspective view showing a linear motion motor of the present invention
도9는 본 발명의 원통형 전동기 및 발전기의 박막코일층의 구성도9 is a configuration diagram of a thin film coil layer of the cylindrical motor and generator of the present invention
도10은 본 발명의 원판형 전동기 및 발전기의 병렬형 박막코일층의 구성도10 is a configuration diagram of a parallel thin film coil layer of a disc-shaped motor and a generator of the present invention.
도11은 본 발명의 원판형 전동기 및 발전기의 직렬형 박막코일층의 구성도11 is a block diagram of a series thin film coil layer of a disc-shaped motor and a generator of the present invention.
도12는 본 발명의 직선운동 전동기의 병렬형 박막코일층의 구성도12 is a configuration diagram of a parallel thin film coil layer of a linear motion motor of the present invention.
도13은 본 발명의 직선운동 전동기의 직렬형 박막코일층의 구성도13 is a configuration diagram of a series thin film coil layer of a linear motion motor of the present invention.
도14의 a,b는 본 발명의 전동기 구동을 위한 박막코일층의 구성도14A and 14B are schematic diagrams of a thin film coil layer for driving an electric motor of the present invention.
도1a 및 도1b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1A and 1B are diagrams for explaining the principle of the present invention.
도1a,1b와 같이 짝수개(예를들면 4개)의 영구자석(101-104)(108-111)은 인접한 자석끼리 서로다른 극성으로 번갈아 배열되어 영구자석열을 이루고, 이 영구자석열에 의해서 생성되는 자장의 방향은 지면(紙面)에 대하여 수직인 방향이다.As shown in Figs. 1A and 1B, even-numbered permanent magnets 101-104 and 108-111 are arranged in alternating polarities of adjacent magnets with different polarities to form a permanent magnet string. The direction of the generated magnetic field is the direction perpendicular to the ground.
이 영구자석열에 의해서 생성되는 자장속에 도체(105)(112)가 배열되는데, 이 도체(105)(112)에 a-b방향으로 전류(I)를 흘려주면 움직이는 방향과 수직인 도체에 F방향으로 힘이 작용하여 도체가 이동하게 되고, 도체를 속도V로 이동시키면 기전력E가 생성된다(로렌쯔의 원리).The conductors 105 and 112 are arranged in the magnetic field generated by the permanent magnet train, and when the current I is flowed in the ab direction to the conductors 105 and 112, the force in the F direction is applied to the conductor perpendicular to the moving direction. This action causes the conductor to move, and when the conductor moves at speed V, an electromotive force E is produced (Lorenz's principle).
이때 이동방향과 수직인 도체(106)(113)에는 힘이나 기전력이 생성되지만, 수평인 방향의 도체(107)(114)에는 힘이나 기전력이 생성되지 않으며 움직이는 방향과 수직인 도체를 서로 병렬 연결시키거나 직렬 연결시키는 역할을 한다.In this case, force or electromotive force is generated in the conductors 106 and 113 perpendicular to the moving direction, but no force or electromotive force is generated in the conductors 107 and 114 in the horizontal direction, and the conductors perpendicular to the moving direction are connected in parallel. It acts as a serial or serial connection.
이러한 원리는 도1a와 같이 사각판이나, 도1b와 같이 원판상에 있는 도체에 대하여 공히 적용된다.This principle is applied to the rectangular plate as shown in Fig. 1A or to the conductor on the disc as shown in Fig. 1B.
상기 도1a 및 도1b에서 도체가 이동하여 자극의 방향이 바뀌는 경계점에 도달하는 순간 상기 도체에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어주면 그 도체는 같은 방향으로 계속 힘을 받으므로 전동기로 사용될 수 있고, 발전기로 사용할 경우에는 그 경계선부터 기전력의 방향이 바뀌므로 도체의 양단으로부터 교류를 얻게된다.1A and 1B, when the conductor moves and reaches the boundary point where the direction of the magnetic pole changes, the direction of the current flowing through the conductor is changed so that the conductor continues to receive force in the same direction, so that it can be used as an electric motor. When used, the direction of the electromotive force is changed from the boundary line, so an alternating current is obtained from both ends of the conductor.
그러므로 본 발명의 박막코일 전동기 및 발전기는 자극의 수를 짝수로 하여 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 배치하고, 사각판이나 원판상에 있는 움직이는 방향과 수직인 도체의 수는 자극의 수에 따라서 등간격으로 배치하고, 이러한 박막코일을 여러장 겹쳐서 각 코일층을 서로 절연시키고 각 코일층의 도선의 끝을 서로 직렬 연결시켜서 회전자나 고정자로 사용하면 회전력이 큰 전동기나 기전력이 큰 발전기가 된다.Therefore, the thin-film coil motor and the generator of the present invention alternately arrange the number of magnetic poles in an even number, and the magnetic poles are alternately arranged, and the number of conductors perpendicular to the moving direction on the square plate or the disk is equally spaced according to the number of magnetic poles. If a plurality of thin film coils are stacked, the coil layers are insulated from each other, and the ends of the conductors of the coil layers are connected to each other in series to be used as a rotor or a stator, thereby generating a motor or a generator having a large electromotive force.
여기서 원판의 코일층은 원판형 전동기나 발전기의 회전자나 고정자가 되며, 사각판의 코일층은 원통형으로 하여 원통형 발전기의 회전자나 고정자가 된다.Here, the coil layer of the disc becomes a rotor or stator of a disc-shaped electric motor or a generator, and the coil layer of the square plate becomes cylindrical and becomes a rotor or stator of a cylindrical generator.
도2는 본 발명의 박막코일 전동기 및 발전기의 제 1 실시예를 나타내며, 도1에서 설명한 사각형 코일층을 원통형으로 만들어서 고정자로 하고 영구자석을 회전자로 구성했을 경우의 원통형 전동기와 발전기이다.FIG. 2 shows a first embodiment of the thin-film coil motor and generator of the present invention, which is a cylindrical electric motor and a generator when the rectangular coil layer described in FIG.
원통철심(5)에 짝수의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하여 회전자(1)로 하고, 사각형 코일층을 원통에 감아서 원통관 철심(6)에 끼워 고정자(2)로 한 구조이다.The even number of permanent magnets (7) are alternately attached to the cylindrical core (5) to change the direction of the magnetic pole to the rotor (1), and the square coil layer is wound around the cylinder and inserted into the cylindrical tube core (6) to stator (2 It is a structure.
회전자(1)인 영구자석을 회전시키면 원통 코일층(3)의 도체의 양단에서 곧바로 교류를 얻을 수 있으므로 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 자극의 위치를 감지하여 영구자석(7)의 자극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 스위칭 전환해주어 원통 코일층(3)의 도체의 양단에 공급하면 전동기로 구동할 수 있다.When the permanent magnet, which is the rotor 1, is rotated, alternating current can be directly obtained at both ends of the conductor of the cylindrical coil layer 3, so that it can be used as a generator, and the position sensor 9 allows the position of the magnetic pole of the rotor 1 to be changed. When the magnetic pole of the permanent magnet 7 is detected and switched, the direction of the current is switched in the driving circuit 10 and supplied to both ends of the conductor of the cylindrical coil layer 3 to drive the motor.
도3은 도2와 반대로 원통 코일층을 회전자로 하고 영구자석을 고정자로 했을 경우의 원통형 전동기와 발전기의 실시예이다.3 is an embodiment of a cylindrical electric motor and a generator in the case where the cylindrical coil layer is used as the rotor and the permanent magnet is used as the rotor as in FIG.
원통관 철심(6)의 안쪽으로 짝수의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하여 고정자(2)로 하고, 사각형 코일층을 원통철심(5)에 감아서 회전자(1)로 만들고 회전축에 고정시켜서 축의 양단에 슬립링(8)을 부착한 구조이다.Alternating the even number of permanent magnets (7) into the inner side of the cylindrical tube core (6) to change the direction of the magnetic pole to the stator (2), winding the square coil layer on the cylindrical core (5) to the rotor (1) And a slip ring 8 is attached to both ends of the shaft by fixing it to a rotating shaft.
회전자(1)인 원통 코일층(3)을 회전시키면 슬립링(8)에서 곧바로 교류를 얻을 수 있으므로 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 전극의 위치를 감지하여 원통 코일층(3)의 전극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 바꾸어 슬립링(8)에 공급하면 전동기로 구동할 수 있다.By rotating the cylindrical coil layer 3, which is the rotor 1, an alternating current can be obtained directly from the slip ring 8, and thus can be used as a generator, and the position sensor 9 detects the position of the electrode of the rotor 1. Therefore, whenever the electrode of the cylindrical coil layer 3 changes, the direction of the current is changed in the driving circuit 10 and supplied to the slip ring 8 to drive the motor.
도4는 도1에서 설명한 원판형 코일층을 고정자로 하고 영구자석을 회전자로 했을 경우의 원판형 전동기와 발전기의 실시예이다.FIG. 4 is an embodiment of a disc-shaped electric motor and a generator when the disc-shaped coil layer described in FIG. 1 is used as a stator and a permanent magnet is used as a rotor.
짝수의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 회전축에 부착하여 회전자(1)로 하고, 고정자(2)인 한쌍의 서로 마주보는 원판형 코일층(3) 사이에 회전자(1)인 영구자석을 배치한 구조이다.Alternating the even number of permanent magnets (7) alternately attached to the rotating shaft to change the direction of the magnetic pole to the rotor (1), and the rotor (1) between the pair of disk-shaped coil layer (3) facing each other as the stator (2) It is a structure in which permanent magnet is placed.
이 실시예에서 회전자(1)인 영구자석을 회전시키면 원판형 코일층(3)의 도체 양단에서 곧바로 교류가 생성되어 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 자극의 위치를 감지하여 영구자석(7)의 자극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 스위칭 전환하여 원판형 코일층(3)의 도체 양단에 공급하면 전동기로 구동할 수 있게 된다.In this embodiment, when the permanent magnet, which is the rotor 1, is rotated, alternating current is immediately generated at both ends of the conductor of the disc-shaped coil layer 3 to be used as a generator, and the magnetic pole of the rotor 1 is positioned at the position sensor 9. When the magnetic pole of the permanent magnet 7 changes by detecting the position of the switching circuit, the direction of the current is switched in the driving circuit 10 and supplied to both ends of the conductor of the disc-shaped coil layer 3 to be driven by an electric motor.
도5는 도4의 실시예와 반대로 서로 마주보는 한쌍의 원판형 코일층을 회전자로 하고 영구자석을 고정자로 한 경우의 원판형 전동기와 발전기이다.5 is a disk-shaped electric motor and a generator in the case of using a pair of disk-shaped coil layers facing each other as a rotor and a permanent magnet as a stator as opposed to the embodiment of FIG.
한쌍의 원판형 코일층(3)을 회전축에 고정시켜 서로 마주보게 하고 축의 양단에 슬립링(8)을 부착하여 회전자(1)로 하고, 상기 원판형 코일층(3) 사이에 짝수의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하여 고정시켜서 고정자(2)로 한 구조이다.A pair of disk-shaped coil layers 3 are fixed to the rotating shaft so that they face each other, and slip rings 8 are attached to both ends of the shaft to form the rotor 1, and an even number of permanent parts are formed between the disk coil layers 3. The magnets 7 are alternately attached to each other and fixed by changing the direction of the magnetic poles.
이 실시예에서 회전자(1)인 원판형 코일층(3)을 회전시키면 슬립링(8)에서 교류를 얻을 수 있으므로 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 전극의 위치를 감지하여 원판형 코일층(3)의 전극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 스위칭 전환하여 슬립링(8)에 공급하면 전동기로 구동할 수 있다.In this embodiment, when the disk coil layer 3, which is the rotor 1, is rotated, an alternating current can be obtained from the slip ring 8, so that it can be used as a generator, and the electrode of the rotor 1 in the position sensor 9 can be used. Each time the electrode of the disc-shaped coil layer 3 changes and senses the position of the switching circuit, the driving circuit 10 switches the direction of current and supplies the slip ring 8 to drive the motor.
도6은 도1에서 설명한 원판형 코일층을 고정자로 하고 영구자석을 회전자로 했을 경우의 원판형 전동기와 발전기의 실시예이다.FIG. 6 is an embodiment of a disc-shaped motor and a generator when the disc-shaped coil layer described in FIG. 1 is used as a stator and a permanent magnet is used as a rotor.
한쌍의 서로 마주보는 원판형 철심(4)에 짝수개의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하고 서로 마주보고 있는 영구자석(7)의 자극의 방향이 반대인 자극이 오도록 한쌍의 영구자석판을 같은 회전축에 연결하여 회전자(1)로 하였다.A pair of opposing pairs of disk-shaped iron cores (4) alternately attach even number of permanent magnets (7) in alternating directions, and a pair of magnetic poles with opposite directions of magnetic poles (7) facing each other. The permanent magnet plate was connected to the same rotating shaft to make the rotor 1.
그리고, 고정자(2)인 원판형 코일층(3)을 서로 마주보고 있는 영구자석판 사이에 배치하였다.And the disk-shaped coil layer 3 which is the stator 2 was arrange | positioned between the permanent magnet plates facing each other.
이 실시예에서 회전자(1)인 영구자석을 회전시키면 원판형 코일층(3)의 도체 양단에서 곧바로 교류가 생성되어 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 자극의 위치를 감지하여 영구자석(7)의 자극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 스위칭 전환하여 원판형 코일층(3)의 도체 양단에 공급하면 전동기로 구동할 수 있게 된다.In this embodiment, when the permanent magnet, which is the rotor 1, is rotated, alternating current is immediately generated at both ends of the conductor of the disc-shaped coil layer 3 to be used as a generator, and the magnetic pole of the rotor 1 is positioned at the position sensor 9. When the magnetic pole of the permanent magnet 7 changes by detecting the position of the switching circuit, the direction of the current is switched in the driving circuit 10 and supplied to both ends of the conductor of the disc-shaped coil layer 3 to be driven by an electric motor.
도7은 도6과 반대로 원형 코일층을 회전자로 하고 영구자석을 고정자로 했을 경우의 원판형 전동기와 발전기의 실시예이다.7 is an embodiment of a disc-shaped electric motor and a generator in the case where the circular coil layer is used as the rotor and the permanent magnet is used as the rotor, as opposed to FIG.
한쌍의 서로 마주보는 원판형 철심(4)에 짝수개의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하고 서로 마주보고 있는 영구자석(7)의 자극의 방향이 반대인 자극이 오도록 한쌍의 영구자석판을 고정시켜서 고정자(2)로 하였다.A pair of opposing pairs of disk-shaped iron cores (4) alternately attach even number of permanent magnets (7) in alternating directions, and a pair of magnetic poles with opposite directions of magnetic poles (7) facing each other. The permanent magnet plate was fixed to set the stator 2.
그리고, 회전자(1)인 원판형 코일층(3)을 서로 마주보고 있는 영구자석판 사이에 배치하여 회전축에 고정시켜서 축 양단에 슬립링(8)을 부착하였다.Then, the disk-shaped coil layer 3, which is the rotor 1, was disposed between the permanent magnet plates facing each other, fixed to the rotating shaft, and slip rings 8 were attached to both ends of the shaft.
이 실시예에서 회전자(1)인 원판형 코일층(3)을 회전시키면 슬립링(8) 양단에서 곧바로 교류가 생성되어 발전기로 사용할 수 있고, 위치센서(9)에서 회전자(1)의 자극의 위치를 감지하여 원판형 코일층(3)의 전극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 스위칭 전환하여 슬립링(8)에 공급하면 전동기로 구동할 수 있게 된다.In this embodiment, when the disk coil layer 3, which is the rotor 1, is rotated, an alternating current is immediately generated at both ends of the slip ring 8, and used as a generator, and the position sensor 9 of the rotor 1 When the position of the magnetic pole is sensed and the electrode of the disc-shaped coil layer 3 changes, the driving circuit 10 switches the direction of the current and supplies the slip ring 8 to drive the electric motor.
도8은 본 발명의 전동기를 직선형 전동기로 실시한 경우를 나타낸 도면으로서 소정 간격을 두고 서로 마주보는 철심에 여러개의 영구자석(7)을 번갈아 가며 자극의 방향이 바뀌게 부착하고, 서로 마주보고 있는 영구자석(7)의 자극의 방향이 반대인 자극이 오도록 영구자석판을 서로 평행하고 고정시키고 그 사이에 사각형 코일층(3)이 직선운동을 하도록 한 구조이다.8 is a diagram showing a case in which the electric motor of the present invention is implemented as a linear electric motor, and a plurality of permanent magnets 7 are alternately attached to the iron cores facing each other at predetermined intervals, and the magnetic poles are alternately attached to each other, and the permanent magnets face each other. The permanent magnet plates are parallel and fixed to each other so that the magnetic poles of (7) are opposite in direction, and the rectangular coil layer 3 is linearly moved therebetween.
이 실시예에서 사각형 코일층(3)에 부착된 위치센서(9)에서 자극의 위치를 감지하여 영구자석(7)의 자극이 바뀔때마다 구동회로(10)에서 전류의 방향을 바꾸어 사각형 코일층(3)의 도체 양단에 공급하면 사각형 코일층(3)이 직선운동하는 직선형 전동기가 된다.In this embodiment, the position sensor 9 attached to the rectangular coil layer 3 senses the position of the magnetic poles and changes the direction of the current in the driving circuit 10 whenever the magnetic poles of the permanent magnets 7 are changed. When supplied to both ends of the conductor (3), the rectangular coil layer 3 becomes a linear motor in which the linear motion is performed.
도9는 본 발명의 원통형 전동기와 발전기의 원통 코일층의 구성에 대한 것으로서, 긴 절연막(901)위에 운동방향과 수직인 회로(902)를 운동방향과 평행한 회로(903)로 직렬 연결한 박막코일(904)을 원통(900)에 감은 것이다.9 is a configuration of a cylindrical coil layer of a cylindrical electric motor and a generator according to the present invention, wherein a thin film in which a circuit 902 perpendicular to the movement direction is connected in series with a circuit 903 parallel to the movement direction on the long insulating film 901. The coil 904 is wound around the cylinder 900.
여기서 운동 방향과 수직인 회로의 간격은 영구자석의 자극의 간격과 같게하여 자극의 방향이 서로 다른 자석에서 운동방향과 수직방향의 회로에 같은 방향의 힘이 작용하게 하였다.Here, the spacing of the circuits perpendicular to the direction of motion is equal to the spacing of the magnetic poles of the permanent magnets, so that the same force acts on the circuits in the direction of motion and the vertical direction in magnets with different directions of magnetic poles.
또, 각 코일층의 운동방향과 수직인 회로의 위치를 항상 일치되도록 겹쳐서 자극이 바뀔때마다 모든 코일층에서 같은 방향의 힘이나 기전력이 생성되도록, 각 코일층에 있는 운동방향과 수직인 회로(902) 들 사이의 간격을 코일층의 직경에 따라 조정하였다.In addition, circuits perpendicular to the direction of motion in each coil layer are superimposed so that the position of the circuit perpendicular to the direction of motion of each coil layer is always coincident so that the same direction force or electromotive force is generated in all coil layers whenever the magnetic poles are changed. 902) the gap between them was adjusted according to the diameter of the coil layer.
도10 및 도11은 원판형 전동기와 발전기의 원판형 코일층의 구성에 대한 것으로서 자석의 자극의 수가 4개일 경우의 코일층의 구성을 예시한 것이다.10 and 11 illustrate the configuration of a disk-shaped coil layer of a disk-shaped motor and a generator, and illustrates the configuration of the coil layer when the number of magnetic poles of the magnet is four.
도10의 병렬형 코일층은 도면에 도시한 바와같이 각 코일층의 회로의 연결이 병렬이다.In the parallel coil layer of Fig. 10, the circuits of the respective coil layers are connected in parallel as shown in the figure.
즉, 일렬로 된 두개의 방사상의 회로(21)를 두개의 동심원의 회로(22)가 병렬로 연결한 구조이며, 제1코일층(23)과 제2코일층(24)의 방사상 회로는 서로 직각을 이루어 두개의 코일층을 직렬로 연결했을때 전동기로 사용할 경우는 2배의 구동력을 가지게 하였고, 발전기로 사용할 경우에는 2배의 기전력을 생성하도록 하였다.That is, the two radial circuits 21 arranged in a row are connected in parallel by two concentric circuits 22, and the radial circuits of the first coil layer 23 and the second coil layer 24 are mutually connected. When the two coil layers were connected in series at right angles, they had twice the driving force when used as an electric motor, and generated twice the electromotive force when used as a generator.
제1절연층(25)은 제1코일층(23)과 제2코일층(24)의 회로가 내측의 원에서 연결되도록 절연층의 내경(홀:25a)이 코일층의 내측의 원보다 커서 두 코일층의 내측 원의 회로가 노출되어 연결되도록 하였으며, 제2절연층(26)은 제2코일층(24)과 도시 생략되는 제3코일층의 회로가 외측의 원에서 연결되도록 절연층의 외경이 코일층의 외측 원보다 작게하여 연결되게 하였다.The first insulating layer 25 has a larger inner diameter (hole) 25a than the inner circle of the coil layer so that the circuits of the first coil layer 23 and the second coil layer 24 are connected in an inner circle. The circuits of the inner circles of the two coil layers are exposed and connected, and the second insulating layer 26 is connected to the second coil layer 24 and the circuit of the third coil layer (not shown) to be connected at the outer circle. The outer diameter was smaller than the outer circle of the coil layer so as to be connected.
도11은 직렬형 코일층으로서 4개의 방사상의 회로가 2개의 동심원의 회로로 직렬로 연결된 구조로서 제1코일층(27),제1절연층(28),제2코일층(29),제2절연층(30)의 순으로 적층된다.FIG. 11 shows a series coil layer in which four radial circuits are connected in series by two concentric circuits. The first coil layer 27, the first insulating layer 28, the second coil layer 29, The two insulating layers 30 are stacked in this order.
이 구조는 하나의 코일층에서 4배의 힘이나 기전력을 얻을 수 있다.This structure can achieve four times the force or electromotive force in one coil layer.
각 코일층의 방사상의 회로의 위치는 항상 일치되도록 겹쳐서 자극이 바뀔때마다 모든 코일층에서 같은 방향의 힘이나 기전력이 생성된다.The position of the radial circuit of each coil layer is always overlapped so that the same direction force or electromotive force is generated in all coil layers as the magnetic pole changes.
제1절연층(28)은 제1코일층(27)의 회로의 끝점과 제2코일층(29)의 회로의 시작점이 노출되어 그 부분에서 연결되도록 절연층이 터진 구조(28a)로 되어 있고, 제2절연층(30)도 제2코일층(29)의 회로의 끝점과 제3코일층의 회로의 시작점이 연결되도록 그 부분에서 절연층이 터진 구조(30a)이다.The first insulating layer 28 has a structure 28a in which the insulating layer is blown so that the end point of the circuit of the first coil layer 27 and the starting point of the circuit of the second coil layer 29 are exposed and connected at the portion thereof. In addition, the second insulating layer 30 also has a structure 30a in which the insulating layer is blown so that the end point of the circuit of the second coil layer 29 and the start point of the circuit of the third coil layer 29 are connected.
상기의 도10 및 도11에 나타낸 코일층의 구성은 각 코일층과 절연층을 순서대로 겹친 구조로 되어 있고, 코일층의 수에 비례하는 구동력과 기전력을 얻을 수 있다.The coil layers shown in Figs. 10 and 11 have a structure in which each of the coil layers and the insulating layers overlap in order, and driving force and electromotive force proportional to the number of coil layers can be obtained.
직렬 연결형 코일층에서는 자극의 수가 많을수록 고압의 기전력이 생성되며, 도10의 병렬 연결형 코일층은 전기 저항이 작기 때문에 전동기로 사용할 때에는 저전압 대전류로 구동할때 적합하고, 발전기로 사용할 때에는 저전압 대전류의 출력을 얻을 수 있다.In the series-connected coil layer, the higher the number of magnetic poles, the higher the electromotive force is generated. Since the parallel-connected coil layer in FIG. Can be obtained.
도11의 직렬 연결형 코일층은 전기저항이 크기 때문에 전동기로 사용할 때에는 고전압 소전류로 구동할 때 적합하고, 발전기로 사용할 때에는 고전압 소전류의 출력을 얻는데 적합하다.The series-connected coil layer in Fig. 11 is suitable for driving with high voltage and low current when used as an electric motor because of its large electrical resistance, and for obtaining output of high voltage and low current when used as a generator.
도12와 도13은 직선형 전동기의 코일층의 구성을 나타내며, 도12는 각 코일층(31,33)의 회로가 병렬로 연결된 경우이고 도13은 각 코일층(35,37)의 회로가 직렬로 연결된 경우이다.12 and 13 show the structure of the coil layer of the linear motor, FIG. 12 shows a case where the circuits of the coil layers 31 and 33 are connected in parallel, and FIG. 13 shows a circuit of the coil layers 35 and 37 in series. If connected to.
각 코일층은 절연층(32,34)(36,38)으로 절연되어 있으며, 각 코일층이 서로 직렬 연결되도록 절연층의 절연구조가 서로 다르게 구성된다.Each coil layer is insulated by insulating layers 32 and 34 and 36 and 38, and the insulating structure of the insulating layer is configured differently so that each coil layer is connected in series with each other.
각 코일층의 회로는 운동방향과 평행한 회로와 수직인 회로로 구성되고, 운동 방향과 수직인 회로에 힘이 작용한다.The circuit of each coil layer is composed of a circuit parallel to the direction of motion and a vertical circuit, and a force acts on the circuit perpendicular to the direction of motion.
도12의 병렬 연결형 코일층에서 운동방향과 수직인 회로의 간격은 영구자석의 간격보다 2배 크게하여 수직방향의 회로에서 같은 방향이 힘이 생기게 하였으며, 도13의 직렬 연결형 코일층에서는 운동방향과 수직인 회로의 간격은 영구자석의 자극의 간격과 같게하여 자극의 방향이 서로다른 자석에서 운동방향과 수직방향인 회로에 같은 방향의 힘이 작용하게 하였다.In the parallel-connected coil layer of FIG. 12, the distance between the circuit perpendicular to the direction of motion is twice as large as that of the permanent magnet, so that the same direction of the force occurs in the circuit in the vertical direction. The spacing of the vertical circuits is equal to the spacing of the magnetic poles of the permanent magnets, so that the same force acts on the circuits perpendicular to the movement direction in the magnets with different magnetic pole directions.
도12의 병렬 연결형 코일층의 제1절연층(32)은 제1코일층(31)과 제2코일층(33)의 회로가 하단부(32a)에서 연결되도록 절연층(32)이 상부쪽으로 치우쳐 있으며, 제2절연층(34)은 제2코일층(33)과 제3코일층의 회로가 상단부(34a)에서 연결되도록 절연층이 하부쪽으로 치우쳐 있다.In the first insulating layer 32 of the parallel connection coil layer of FIG. 12, the insulating layer 32 is biased upward so that the circuits of the first coil layer 31 and the second coil layer 33 are connected at the lower end portion 32a. In the second insulating layer 34, the insulating layer is biased downward so that a circuit between the second coil layer 33 and the third coil layer is connected at the upper end 34a.
도13의 직렬 연결형 코일층의 제1절연층(36)은 제1코일층(35)의 회로의 끝점과 제2코일층(37)의 회로의 시작점이 우상단에서 만나도록 절연층의 우상단부에 홀(36a)이 형성되어 있고, 제2절연층(38)은 제2코일층(37)의 회로의 끝점과 제3코일층의 회로의 시작점이 좌상단부에서 만나도록 절연층의 좌상단부에 홀(38a)이 형성되어 있다.The first insulating layer 36 of the series-connected coil layer of FIG. 13 is formed at the upper right end of the insulating layer so that the end point of the circuit of the first coil layer 35 and the start point of the circuit of the second coil layer 37 meet at the upper right end. The hole 36a is formed, and the second insulating layer 38 has a hole in the upper left end of the insulating layer such that the end point of the circuit of the second coil layer 37 and the start point of the circuit of the third coil layer meet at the upper left end. 38a is formed.
도12 및 도13의 코일층의 구성은 각 코일층과 절연층을 순서대로 겹친 구조이며 코일층의 수만큼 큰 출력을 얻을 수 있다.The coil layers shown in Figs. 12 and 13 have a structure in which each coil layer and an insulating layer are stacked in order, and an output as large as the number of coil layers can be obtained.
한편, 본 발명의 전동기를 구동할 때 자극의 경계선과 운동방향과 수직인 회로가 겹칠때 구동력이 전혀 없으므로 이 위치에서 구동을 시작할 수 없는 경우가 있을 수 있다.On the other hand, when driving the electric motor of the present invention there may be a case in which driving cannot be started at this position because there is no driving force at all when the circuits perpendicular to the boundary line of the magnetic pole and the direction of motion overlap.
이 것을 해소할 수 있는 방법으로 도14의 a,b에 나타낸 바와같이 코일층의 운동방향과 수직한 회로 근방에 작은 철심이나 영구자석(141,142)을 박아둔다.In order to solve this problem, small iron cores or permanent magnets 141 and 142 are embedded in the vicinity of the circuit perpendicular to the direction of motion of the coil layer as shown in Figs.
그러면 회전자는 자극의 경계선과 운동방향과 수직한 회로가 엇갈리는 위치에 멈추게 되므로 항상 구동을 시작할 수 있게된다.Then, the rotor stops at the position where the circuit perpendicular to the magnetic pole boundary and the direction of motion crosses, so that the drive can always start.
또다른 방법으로는 코일층을 2개 이상으로 분리하여 각 코일층의 운동방향과 수직한 회로가 서로 엇갈리게 하고, 각 코일층을 별개의 위치센서와 구동회로로 구동시키는 방법인데 이 방법은 여러개의 위치센서와 구동회로가 필요하다.Another method is to separate two or more coil layers so that circuits perpendicular to the direction of movement of each coil layer are crossed with each other and each coil layer is driven by a separate position sensor and driving circuit. Position sensor and drive circuit are required.
본 발명의 박막코일 전동기 및 발전기는 철심과 영구자석의 공극이나 영구자석과 영구자석의 공극이 작을수록 자속밀도의 향상에 따른 구동력 및 기전력 향상이 기대된다.In the thin film coil motor and the generator of the present invention, as the pores of the iron core and the permanent magnet or the pores of the permanent magnet and the permanent magnet are smaller, the driving force and the electromotive force of the magnetic flux density are improved.
그러므로, 박막코일층을 얇게 제작할수록 자속밀도의 향상을 가져와서 고출력 고효율의 전동기나 발전기의 제작이 가능하다.Therefore, as the thin film coil layer is made thinner, the magnetic flux density is improved, and a high output and high efficiency motor or generator can be manufactured.
본 발명의 박막코일 전동기나 발전기의 코일층 제작을 위해서는 식각법이나 인쇄기법, 박막코팅법으로 제작하면 쉽게 자동화가 가능하고 얇게 제작할 수 있으며, 정밀 소형 전동기나 발전기도 쉽게 제작할 수 있다.In order to manufacture the coil layer of the thin film coil motor or the generator of the present invention, it can be easily automated and thinly manufactured by an etching method, a printing method, or a thin film coating method, and a precision small electric motor or a generator can be easily manufactured.
그리고, 본 발명의 박막코일 전동기나 발전기는 코일권선이나 철심이 배제되므로 히스테리시스 손실이 적고 또한 인덕턴스가 무시할 수 있을 정도로 작아서 고효율 전동기나 발전기의 제작이 가능하다.In addition, since the coil winding or the core of the thin film coil motor or the generator of the present invention is excluded, the hysteresis loss is small and the inductance is negligible so that it is possible to manufacture a high efficiency motor or a generator.
또한, 각 코일층의 움직이는 방향과 나란한 방향의 회로폭을 넓게함으로써 구동력이나 기전력에 관계하지 않는 곳의 전기저항을 줄여서 고효율의 전동기나 발전기를 제작할 수 있다.In addition, by increasing the width of the circuit in the direction parallel to the moving direction of each coil layer, it is possible to reduce the electric resistance of a place that is not related to driving force or electromotive force, thereby producing a high-efficiency electric motor or a generator.
또한, 영구자석 대신 전자석을 이용해서 자장을 형성하면 대출력 대용량의 전동기나 발전기도 용이하게 제작할 수 있다.In addition, if a magnetic field is formed using an electromagnet instead of a permanent magnet, a large-capacity electric motor or a generator can be easily manufactured.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019980007229A KR19980019308A (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Thin THIN-FILM COIL MOTOR AND GENERATOR |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100311899B1 (en) * | 1999-03-06 | 2001-11-02 | 제환영 | Induction Motor Using Film Coil |
KR100334221B1 (en) * | 2000-11-23 | 2002-05-03 | 제환영 | Motors and generators using film core and film coil |
US7715561B2 (en) * | 2004-12-08 | 2010-05-11 | Bridgetec Co., Ltd. | System for protecting personal information of a customer when receiving on-line services from a service provider |
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- 1998-03-05 KR KR1019980007229A patent/KR19980019308A/en not_active Application Discontinuation
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KR100311899B1 (en) * | 1999-03-06 | 2001-11-02 | 제환영 | Induction Motor Using Film Coil |
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