KR20000014239A - 입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명 발전기는 모터의 기능을 가지고, 정류자의 입력편과 출력편이 일체로 형성된 두 개의 발전기를 연동시켜 주므로써 종래의 발전기처럼 회전자만 회전하는 것이 아니라, 고정자가 부착된 하우징도 회전자의 반대방향으로 회전시켜주게되어 결국 회전속도를 1/2로 단축시키게 되며, 더불어 입력편 대 출력편의 비율을 1:1∼1:3으로 배열하므로써 도체의 단면적이 증가되는 효과를 갖게되어 결국 전압과 전류의 증가가 이루어진 전력을 생산할 수 있는 것이다.

Description

입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기

본 발명은 입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기에 관한 것이다.

종래의 발전기는 1개단위의 발전기를 이용해 발전이 이루어진다. 즉 다수개의 발전기에 의해 전력을 생산한다고 해도 결국 각각의 발전기에서 발생하는 전기를 모으는 것에 불과한 것이다.

종래 발전기의 발전원리는 발전기의 축에 수력 또는 화력, 기타 여러가지 동력에 의해 얻어진 회전력을 전달하고, 상기 축에 전달되는 회전력에 의해 회전자가 회전하면서 고정자의 자속을 끊어 전기를 발생하고, 상기 전기는 정류자에 의해 출력되어 충전지에 충전하거나, 송전하는 구조로 되어 있다.

또한 상기 발전기의 고정자는 고정된 하우징에 부착되어 있고, 회전자만 고정자의 내부에서 회전하게되므로 회전자의 도체가 고정자의 자속을 끊고 회전하는 동안 전류나 전압을 높이기 위해서는 권선수를 늘리거나, 극수를 늘려야 하는 등의 폐단이 있기 때문에 고정자가 고정된 상태에서는 회전자의 회전수를 높이거나 출력을 증가시키기에는 한계가 있었다.

본 발명 발전기는 모터의 기능을 지닌 두 개의 발전기를 서로 마주대어 결합시키고, 각각 서로의 고정자가 부착된 하우징을 연동시켜 주므로써 종래의 발전기처럼 회전자만 회전하는 것이 아니라, 고정자도 회전자의 반대방향으로 회전하므로 회전자가 한바퀴 회전하는 동안 고정자 역시 한바퀴 회전하게 되어 결국 동일한 시간동안 회전자가 2회의 회전을 한 결과가 된다.

이는 도체의 단면적과 자속은 변함이 없으나 매회전당 회전속도는 1/2로 단축되는 것이므로 회전자의 속도증가만큼 전압의 향상이 이루어지고, 동시에 좌우 정류자의 입력편 대 출력편의 비율을 1:1∼1:3으로 배열하게되므로써 도체의 단면적이 증가되어 출력량의 증가가 이루어지게 된다.

또한 본 발명 발전기들의 정류자에는 입력편과 출력편이 일체로 형성되어지되, 한쪽 발전기의 정류자의 입력편에 전원이 입력되면 대응되는 다른쪽 발전기의 정류자의 출력편에서는 출력이 이루어지며, 또 다른쪽 발전기의 정류자의 입력편에 전원이 입력되면 대응되는 맞은편 발전기의 정류자의 출력편에서는 전력이 출력되도록 한다. 이때 각 정류자의 입력편과 출력편은 제작자의 의도에 의해 입력편 대출력편의 비율을 도 7 내지 9에 도시한 바와같이 1:1∼1:3의 정류자를 사용하여 1:3일 경우 정류자편이 16개라면 정류자의 입력편은 4개가 되고, 나머지 12개는 출력편이 되도록 한다.

여기서 전원입력브러쉬는 각 정류자의 입력편에 접속되어 본 발명 발전기를 구동시키게 되며, 동시에 출력편에 발생한 전력은 각 정류자의 출력편에 접속된 출력브러쉬에 의해 충전지로 전달되도록 한다.

도 1 은 본 발명 발전기의 구조를 도시한 개략적인 단면도.

도 2 는 본 발명의 작동상태를 보이기 위한 단면도.

도 3 은 종래 발전기의 발전원리를 보이기 위한 설명도.

도 4 는 본 발명 발전기에 있어서 발전효율의 향상이 이루어짐을 보이기 위한 설명도.

도 5 는 본 발명에 있어서 회전자의 사시도.

도 6 은 도 5의 개략적인 단면도.

도 7 및 도8, 도9는 본 발명에 있어서 전원의 입력과 전력의 출력이 동시에 이루어짐을 보이기 위한 회전자의 권선상태를 보이기 위한 정류자부와 회전자의 전개(展開)참고도.

도 10 은 본 발명 고정자회전보조장치의 개략적인 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 본 발명 발전기 2 : 케이스 3 : 배터리 4 : 충전지

10 : 1차발전기 11 : 정류자 11a : 입력편 11b : 출력편

12 : 브러쉬 12a : 입력용브러쉬 12b : 출력용브러쉬 14 : 커버

15 : 고정자 16 : 회전자 26a : 철편 26b : 슬롯

26c : 동선 26d : 절연체 17 : 하우징 18 : 축

20 : 2차발전기 21 : 정류자 21a : 입력편 21b : 출력편

22 : 브러쉬 22a : 입력용브러쉬 22b : 출력용브러쉬 24 : 커버

24a : 베어링 25 : 고정자 26 : 회전자 27 : 하우징

28 : 축고정구 29 : 축 30 : 외부하우징

40 : 1차슬립링 40a : 전원입력단자 40b : 출력단자 41 : 브러쉬

41a : 전원입력용 브러쉬 41b : 출력용 브러쉬 42 : 브러쉬홀더 43 : 전선

44 : 2차슬립링 44a : 전원입력단자 44b : 출력단자 45 : 브러쉬

45a : 전원입력용 브러쉬 45b : 출력용 브러쉬 46 : 브러쉬홀더

50 : 연결대 60 : 고정자회전보조장치 61 : 지지축 62 : 회전체

63 : 베어링 64,65,66 : 자석

본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 발전기의 구조를 도시한 개략적인 단면도로써, 케이스(2)의 내부에 모터의 기능을 가지는 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 선단부를 마주대어 결합시키되, 1차발전기(10)의 축(18)은 2차발전기(20)의 하우징(27)과 결합되도록하고, 다시 2차발전기(20)의 축(29)은 2차발전기(20)의 외부하우징(30)에 결합되며, 상기 외부하우징(30)은 연결대(50)에 의해 다시 1차발전기(10)의 하우징(17)과 결합되도록 한다.

상기 축(18,29)의 양쪽 단부는 케이스(2)에 베어링에 의해 결합되며, 1차발전기(10) 축(18)의 한쪽단부는 2차발전기(20)의 하우징(27) 커버(24)에 결합된다.

따라서 2차발전기(20)의 다른쪽 단부는 2차발전기(20)의 하우징(27) 커버(24)의 안쪽에 형성된 베어링(24a)에 회동가능토록 결합되어진다.

이때 각 발전기(10,20)의 전원공급은 본발명 발전기의 케이스(2)에 고정된브러쉬홀더(42)의 브러쉬(41a,41b)와, 연결대(50)의 외주에 형성된 전원입력단자(40a)와 출력단자(40b)로 구성되는 1차슬립링(40)에 의해 공급되는데, 1차발전기(10)에는 직접 브러쉬(12)를 통해 정류자(11)로 전원이 공급되며, 2차발전기(20)에는 외부하우징(30)의 내측에 형성된 브러쉬(45)와 2차슬립링(44)을 거쳐 2차발전기(20)의 정류자(21)와 브러쉬(22)에 전원이 공급된다. 따라서 전원은 1차슬립링(40)과 2차슬립링(44)까지는 지속적으로 공급되고 있으나, 1차발전기(10) 또는 2차발전기(20) 회전자(16,26)의 회전에 의해 스스로 전원의 공급과 차단이 이루어진다. 즉 1차발전기(10)에 전원이 공급되면 2차발전기(20)의 전원은 차단된 상태이며, 2차발전기에 전원이 공급되고 있으면 1차발전기는 전원이 차단된 상태이다. 이는 각 발전기의 정류자(11,21)의 입력편(11a,21a)과 출력편(11b,21b)의 배열에 의해 가능해지는 것으로, 이는 다시 이후 정류자의 구성부분과 함께 상세히 설명하기로 한다.

상기 각 슬립링(40,44)과 브러쉬(41,45), 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 브러쉬 및 정류자는 전원의 입력과 출력을 위해 모두 출력단자와 입력단자로 구분되어 있으며, 입력단자에 의해서 직류전원이 각 발전기에 입력되고 출력단자에 의해서 출력이 이루어진다.

특히 정류자(11,21)는 도 7 내지 9에 도시한 바와같이 입력편과 출력편으로 구분됨은 물론 입력편과 출력편이 1:1 내지 1:3의 비율로 배열되면서 다른쪽 정류자의 입력편과 출력편과는 서로 엇갈리도록 배열되어 있다. 즉 양쪽 발전기의 정류자는 동일한 입력편과 출력편의 배열을 갖되, 어느한쪽의 정류자의 입력편에 브러쉬가 접속된 경우에는 다른쪽의 정류자의 브러쉬는 출력편에 접속되어지도록 하는 것이다. 따라서 한쪽 발전기의 회전자가 전원을 공급받아 회전하고있는 동안에 다른 쪽의 발전기에서는 출력이 이루어지고 있는 것이다.

예를 들면 도 7에 도시한 바와같이 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 정류자(11,21)의 입력편과 출력편이 1:1의 비율로 배열된 경우에는 어느 한쪽의 정류자는 1차발전기(10)의 브러쉬(12)가 정류자(11)의 입력편(11a)에 접속되어있다면 2차발전기(20)의 브러쉬(22)는 정류자(21)의 출력편(21b)에 접속되어지는 것이다.

그러므로 브러쉬가 정류자의 출력편에 연결된 발전기(10,20)에서는 전력이 생산되어 각각의 출력용 브러쉬(12b,22b)와 슬립링(40,44)의 출력단자(40b,44b)를 통해 전기가 출력되며 이를 충전지(4)에 저장한다.

만일 도 8, 9에 도시한 바와같이 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 정류자(11,21)의 입력편과 출력편이 1:2의 비율로 배열된 경우에는 2번의 출력편의 접속후 1번의 입력편이 접속되어지고, 1:3의 비율로 배열된 경우에는 3번의 출력편의 접속후 1번의 입력편이 접속되어진다.

이처럼 어느한쪽의 발전기의 브러쉬가 정류자의 입력편에 연결되어 회전자가 회전을 시작하게 되면 다른 쪽 발전기의 브러쉬는 반드시 정류자의 출력편에 접속된 상태가 되고, 결코 양쪽의 발전기의 브러쉬가 모두 입력단에 위치하는 경우는 없도록 배열되어있다. 따라서 동시에 회전자가 기동하는 경우는 발생하지 않으며, 1:2의 비율인 경우에는 동시출력이 1회 이루어지고, 1:3의 경우에는 2회 이루어진다. 이는 회전자의 회전과는 무관하므로 발전기의 구동에는 아무런 영향을 미치지 않는다.

또 각각의 발전기의 정류자의 입력 또는 출력편에 모두 권선에 연결되어 있는것이 아니고, 1:1의 경우에는 입력편의 권선이 이루어지면 다음에는 출력편의 권선이 이루어지고, 다시 입력편과 출력편이 반복되어 권선되어진다.

1:2의 경우는 입력편의 권선이 이루어지면 다음에는 두 번의 출력편의 권선이 이루어지고, 다시 입력편의 권선이 이루어지며, 다시 두 번의 출력편의 권선이 반복되어 이루어진다.

1:3의 경우는 입력편의 권선이 이루어지면 다음에는 세번의 출력편의 권선이 이루어지고, 다시 입력편의 권선이 이루어지면, 다시 세번의 출력편의 권선이 반복되어 이루어진다. 이는 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 정류자에 있어서 상기 배열은 동일하며, 다만 입력편이 동시에 브러쉬에 접속되지 않도록 하여 엇갈리도록 배열하여야 한다.

상기 정류자의 입력편과 출력편의 비율차이에 의해 발전기의 설치댓수도 달라지며, 1:1의 경우 2대를 연동되도록 동작시킬 수 있으며, 1:2의 경우는 3대의 발전기를 연동되도록 동작시킬 수 있으며, 1:3의 경우는 4대의 발전기를 연동되도록 동작시킬 수 있다. 이때 각 발전기의 결합은 다른 발전기의 하우징에 연결되지 않은 축에 또하나의 발전기를 본 발명 발전기와 동일한 구성으로 결합시킨 것이다.

이때 본 발명에 의해 연동된 4개의 발전기를 구동시킨다 하더라도 전원의 공급과 차단이 회전하는 브러쉬에 의해 스스로 이루어지므로 각 발전기가 모두 구동된다 하더라도 전체의 입력량은 큰 차이가 없다. 이는 각 발전기의 정류자 입력편에 전원이 입력되는 순간만 회전자를 회전하게 하므로 가능해진다.

상기한 바와같은 본 발명 발전기(1)의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.

전원이 공급되어 1차발전기(10) 또는 2차발전기(20) 중 어느 한쪽의 브러쉬가 정류자의 입력편에 접속되게되면 입력편에 접속된 쪽의 발전기의 회전자부터 회전이 이루어지게 되고 상기 회전자(16,26)가 회전하면 회전자(16,26)에 고정된 축(18,29)도 회전자(16,26)의 회전방향으로 회전하면서 역시 축(18,29)에 결합된 각 발전기의 하우징(27,30,17)을 회전시키게 된다.

다시 이를 설명하면 1차발전기(10)의 정류자(11)의 입력편(11a)에 전원입력용 브러쉬(12a)가 연결되어 있다면 1차발전기(10)의 회전자(16)가 먼저 회전하게 되고, 상기 회전자(16)에 고정된 축(18)은 회전자(16)의 회전방향으로 회전하게 되고, 따라서 축(18)에 결합된 2차발전기(20)의 하우징(27)도 축(18) 회전방향으로 회전하게 된다.

이때는 1차발전기(10)의 브러쉬(12)가 정류자(11)의 입력편(11a)에 접속된 상태이므로 2차발전기(20)의 브러쉬(22)는 정류자(21)의 출력편(21b)에 접속되어있는 상태가 되어 미미하지만 출력이 이루어지고 있다.

다음순간 2차발전기(20)의 하우징(27)이 회전하므로써 2차발전기(20)의 정류자(21) 입력편(21a)에 브러쉬(22)가 접속되어지고, 2차발전기(20)의 회전자(26)에 전원이 공급되면서 회전자(26)는 반대방향으로 회전이 이루어지게 되고, 동시에 축(29)에 축고정구(28)에 의해 고정된 외부하우징(30)이 축(29)의 회전방향으로 회전하게 되면서 상기 외부하우징(30)과 연결대(50)에 의해 결합된 1차발전기(10)의 하우징(17)을 축(29)의 방향으로 회전시키게 되는 구성을 갖는다.

본 발명 발전기(1)에 있어서 반드시 필수적인 구성은 아니나, 발전기의 초기 기동시 회전자와 고정자의 역방향회전을 도와주기 위한 고정자회전보조장치(60)을 1차발전기(10)와 2차발전기(20) 사이의 상부 또는 하부에 설치할 수도 있다.

상기 고정자회전보조장치(60)의 구성은 다음과 같이 형성될 수도 있다. 즉 케이스(2)에 지지축(61)을 고정시키고, 상기 지지축(61) 끝단의 외주에는 자석(64)이 일정간격으로 배열된 회전체(62)를 베어링(63)에 의해 회전가능토록 결합한다.

또한 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 외부하우징의 가장자리에도 자석(65,66)이 일정간격으로 배열되도록 하므로써 상기 회전체(62)의 회전에 의해 회전하는 자석(64)의 척력에 의해 자석(65,66)이 밀려 각 발전기의 하우징은 서로 반대방향으로 회전하게되어 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 회전자와 고정자의 역방향회전을 도와줄 수 있는 것이다.

이처럼 본 발명 발전기(1)는 종래의 발전기처럼 회전자만 회전하는 것이 아니라, 모터의 기능을 동시에 지닌 2개의 발전기(10,20)에 의해 각각의 회전자(16,26)의 반대방향으로 서로의 하우징(17,27)을 회전시켜주므로 하우징(17,27)에 부착된 고정자(15,25)도 회전하게 됨으로써 회전자가 한바퀴 회전하는 동안 고정자도 한바퀴 회전하므로 결국 동일한 시간동안 회전자는 2회의 회전이 이루어져 이는 매회전당 회전속도가 1/2로 단축되는 것이므로 회전자의 속도증가만큼 전압의 향상이 이루어지는 것이다.

이처럼 제조된 본 발명 발전기는 정류자의 입력편과 출력편이 일체로 형성된 두 개의 발전기를 연동시켜 고정자가 부착된 하우징도 회전자의 반대방향으로 회전되므로 결국 회전속도를 1/2로 단축시키게 되며, 더불어 입력편 대 출력편의 비율을 1:1∼1:3으로 배열하므로써 도체의 단면적이 증가되는 효과와 함께 매회전당 속도를 1/2로 단축시킴으로써 결국 전압과 전류의 증가가 이루어진 전력을 생산할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 케이스(2) 내부에 모터의 기능을 가지는 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 선단부를 마주대어 결합시키되, 1차발전기(10)의 축(18)은 2차발전기(20)의 하우징(27)과 결합되도록 하고, 다시 2차발전기(20)의 축(29)은 2차발전기(20)의 외부하우징(30)에 결합되며, 상기 외부하우징(30)은 연결대(50)에 의해 다시 1차발전기(10)의 하우징(17)과 결합되도록 하여 각 발전기(10,20)가 전원입력단자와 출력단자를 구비하는 1차슬립링(40)과 2차슬립링(44), 1차발전기(10)의 브러쉬(12)와 정류자(11), 2차발전기(20)의 정류자(21)와 브러쉬(22)에 의해 입력과 출력이 동시에 가능하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기.
2. 제 1항에 있어서 상기 슬립링(40,44)과 브러쉬(41,45), 1차발전기(10)와 2차발전기(20)의 브러쉬 및 정류자는 전원의 입력과 전력의 출력을 위해 모두 출력단자와 입력단자로 구분되어짐을 특징으로 하는 입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기.
3. 제 1항에 있어서 상기 정류자(11,21)의 입력편과 출력편이 1:1 또는 1:2, 1:3의 비율로 배열되어짐을 특징으로 하는 입력과 출력이 동시에 이루어지고 출력을 증가시킬 수 있는 발전기.