KR20000046658A - 무부하 발전기 - Google Patents

Abstract

발전기의 2차적인 부하를 소거함으로써 발전효율을 높인 무부하 발전기를 제공한다.

본 발명의 발전기는 회전축을 회전중심으로 하는 2개의 궤도상에 부착 고정된 환상영구자석렬과, 환상영구자석렬의 외주면에 일정한 간격으로 격리된 상태에서 부착고정된 자기유도 1차철심과, 자기유도 1차철심상에 부착고정되고 2개의 결합구멍이 형성되어 있는 자기유도 2차철심과, 서로 대향하는 상기 자기유도 2차철심의 서로 대응하는 2개씩의 결합구멍에 각각 삽입 결합되어 있는 3차철심과 감응코일로 이루어진다. 환상영구자석렬은 N극과 S극이 교대로 이어져 축방향에 대응하는 자석이 반대극성으로 짝을 이루는 8쌍으로 구성된다.

Description

무부하 발전기 (No-Load Generator)

본 발명은 발전기에 관한 것으로, 특히 발전중에 회전자가 받는 2차적인 역부하를 소거 또는 배제하여 발전효율을 극대화하는 것이 가능한 무부하 발전기에 관한 것이다.

발전기는, 예를들어, 물리적, 화학적 또는 원자력 에너지와 같이 다양한 에너지원으로부터 발생하는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 기기로서, 최근, 직선운동에 의한 발전기가 개발되어 있기는 하나, 그 대부분이 회전식의 발전기로 구성되어 있다. 전자기 유도작용에 의해 기전력을 발생시키는 점은, 기계의 대소 또는 직류/교류 발전기를 막론하고 공통적인 원리가 된다.

발전기는 자장을 형성하기위한 영구자석 또는 전자석과 같은 강력한 자석과 , 기전력을 발생시키는 도체가 요구되고 이들 중의 어느 하나가 다른 것을 기준으로하여 회전할수 있도록 구성된다. 상기의 자석 및 도체중의 어느 하나가 회전하느냐에 따라 자장을 회전시키는 회전자계형과 도체가 회전하는 회전전기자형으로 분류할수 있다.

또한, 자장으로는 영구자석을 사용할수도 있으나, 일반적으로는 철심에 자계코일을 감고 그곳에 직류전류가 흐르도록 하는 전자식이 널리 사용되고 있다. 통상, 강력한 자석을 사용하여 회전속도를 높이더라도 1개의 도체로부터 발생하는 기전력은 그다지 높지 않기 때문에 발전기에 많은 도체를 넣어두고, 각 도체의 발생기전력을 직렬로 가산하여 높은 전력을 얻는 방식을 채용하는 것이 일반적이다.

상술한바와같이, 통상의 발전기는 자석(또는 영구자석) 또는 도체(전자석, 전기감응코일 등)를 기계적으로 회전시켜 전기를 발생시키지만 이때 코일에는 자기감응(전자유도)에 의해 발생한 역전류가 흐르게 되고 회전자를 잡아당기는 반대자성이 형성됨으로써 회전자는 그 자체의 전기 생산량의 2배이상에 달하는 불필요한 부하를 받게된다는 결점이 있다.

도 6은 상술한 회전자계형의 발전기에 있어서, 회전자에 상술한 바와 같은 부하가 작용하는 상태를 나타내는 개념도이다.

도 6을 참조하면, 회전축(106)의 둘레에 그의 외주면측이 각각 교대로 N극 및 S극으로 되도록 영구자석렬(104)이 배치되어 있다. 이 영구자석렬(104)의 더욱 외주에 일정한 간격을 두고 자기유도철심(100)이 배치되고 자기유도철심(100)에는 코일(102)이 감겨져 있다.

영구자석렬(104)의 회전에 수반하여 영구자석렬(104)이 코일내에 형성하는 자장이 변화하여 코일(102)에 유도전류가 흐른다. 이 유도전류에 의해 코일(102)이 형성하는 자장(110)에의해 영구자석렬(104)에는 그의 회전을 방해하는 방향으로 반발력이 작용하게 된다.

예를들어, 도 6에 나타난 예에서는 자장(110)은 영구자석렬(104)측이 S극으로 되는 것과 같은 자장이고 , 이에 반하여 영구자석렬(104)의 회전에 의해 이 코일(102)로 향하여 영구자석렬(104)의 S극이 접근하기 때문에 상술한 바와 같은 반발력이 작용하게 된다.

발전기의 자기유도철심에 감긴 전기자의 감응코일에 있어서, 역전류가 흘러 회전자의 회전력을 방해하는 부하가 가해지면, 감응코일의 전기자의 역자장의 강도(세기)는 전기생산량에 비례하여 순간사용량의 2배 이상에 해당하는 부하가 발생할수 있다.

예를들어, 100Ｗ의 전류를 사용할 때 200Ｗ 이상의 역자장이 형성되어 회전자의 회전운동을 방해하는 것과 같은 현저한 양의 부하가 회전자에 작용하게 된다.

이를테면, 종래의 모든 발전기는 기계적인 1차부하 즉, 전기를 사용하고 있지 않을때의 부하뿐만 아니라, 전기사용시의 전기 사용량과 비례하는 2차적인 역전류에의한 부하가 부가되어 순간사용량의 2배 이상에 달하는 부하가 작용하게 되었다.

이러한 부하량은 종래의 발전기의 전력생산효율을 저하시키는 주된요인의 하나로 상기와 같은 문제점의 해결이 요구되어 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하여 발전기의 기계적인 부하 이외의 2차적인 부하 즉, 자기유도철심에 감긴 전기자의 감응코일의 역전류에 의해 발생하는 부하를 상쇄함으로써 그 2차적인 부하가 전혀 작용하지 않으며 높은 효율의 발전이 가능한 무부하 발전기를 제공하는 것이다.

본 발명자는 종래의 발전기의 상기 결점을 해결하기 위한 각고의 연구 결과 쌍립철심에 반대방향으로 감긴 2개의 감응코일을 결속시켜 상기 2개의 감응코일에 흐르는 역전류(유도전류)에 의해 생성되는 역자성을 서로 상쇄시키도록 구성함으로써 회전자의 회전운동을 방해하는 2차적인 부하가 전혀 작용하지 않도록 하고 발전기를 최대로 가동할 경우에도 발전을 행하지 않을때의 기계적인 부하 즉, 회전부하 이상의 부하를 받지않는 무부하 발전기를 발명하기에 이르렀다.

즉, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무부하 발전기는 회전축과, 회전축을 중심으로 하는 제 1 회전궤도의 외주상에 N극 및 S극이 차례로 배열되는 제1 환상자석렬(2)과, 회전축을 회전중심으로 하고 제 1 회전궤도와는 소정의 간격을 갖는 제 2 회전궤도의 외주상에 제 1 회전궤도상의 대향하는 위치의 극성과는 반대극성의 자석이 차례로 배열되는 제 2 환상자석렬(2')과, 제 1 환상자석렬의 제 1의 외주면에 대하여, 소정의 간격을 유지하도록 상기 제 1의 외주면을 따라서 고정되는 제 1 다수개의 제 1 자기유도 1차철심(4)과, 상기 제 2 환상자석렬의 제 2의 외주면에 대하여 , 소정의 간격을 유지하도록 제 2의 외주면을 따라서 고정되는 제 1 다수개의 제 2 자기유도 1차철심(4')과, 회전축 방향을 따라서 대향하는 제 1 및 제 2 자기유도 1차철심 사이에 폐자기회로를 이루도록 각각 쌍으로 설치되는 제 1 다수개의 제 1 및 제 2의 결합자기 유도철심과, 제 1의 결합자기 유도철심에 각각 감기는 제 1 감응코일(8)과 제 2의 결합자기 유도철심에 각각 제 1 감응코일과는 반대로 감기는 제 2 감응코일(8')을 구비한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 무부하 발전기는 상기 제 1 실시예의 구성에 부가하여, 제 1 환상자석렬은 제 1 회전 궤도의 외주상을 따라서 배치되는 영구자석렬을 포함하고, 제 2 환상자석렬은 제 2 회전궤도의 외주상을 따라서 배치되는 영구자석렬을 포함한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 무부하 발전기는 상기 제 1 실시예의 구성에 부가하여, 제 1 자기 유도 1차철심의 각각의 외주상에 설치되고 제 1 및 제 2의 결합구멍을 갖는 상기 제 1 다수개의 제 1 자기유도 2차철심과, 제 2 자기유도 1차철심의 각각의 외주상에 설치되고 제 3 및 제 4의 결합구멍을 갖는 제 1 다수개의 제 2 자기유도 2차철심을 추가로 구비하며, 제 1의 결합자기유도철심은 제 1 및 제 3의 결합구멍에 삽입되어 제 1 및 제 2의 자기유도 2차철심을 결합하고, 제 2의 결합자기유도철심은 제 2 및 제 4의 결합구멍에 삽입되어 제 1 및 제 2의 자기유도 2차철심을 결합한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 무부하 발전기는 상기 제 2 실시예의 구성에 부가하여, 회전축의 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 제 1 다수개의 제 1 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되고, 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 제 1 다수개의 제 2 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선된다.

본 발명의 제 5 실시예에 따른 무부하 발전기는 상기 제 2 실시예의 구성에 부가하여, 상기 제 1 다수개는 8개로서, 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 8개의 제 1 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되고, 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 8개의 제 2 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자계형의 발전기에 있어서, 영구자석 및 자기유도 철심과 코일의 배치를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 회전자의 자기배열 및 그 주위에 배치된 1개의 자기감응코일의 배치를 나타내는 개략적인 부분모식도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기감응코일과 철심의 구성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 무부하 발전기의 자기감응 철심 및 코일부분의 자기의 흐름을 나타낸 확대평면도.

도 5는 도 1에 있어서 본 발명에 의해 영구자석 회전자를 둘러싸는 제3차 철심에 자계코일이 연결 및 감겨있는 상태를 중심축의 둘레에서 전개한 전개도.

도 6은 종래의 발전기에 있어서의 2차적부하의 발생을 나타내는 개념도.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

1,1' : 영구자석을 배열하기위한 좌,우 양 궤도

2,2' : 영구자석

3 : 영구자석 회전자의 회전축

4,4' : 자기유도 1차철심

5,5' : 자기유도 2차철심

6,6' : 감응코일과 자기유도 철심의 결합구멍

7,7' : 감응코일

8,8' : 자기유도 3차철심

9 : 고정케이스

10 : 베어링

MA,MB : 자기유도의 흐름방향

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무부하 발전기의 구성 및 동작에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 무부하 발전기의 회전축(3)에 수직인 단면의 구조를 나타내는 도면이다.

또한, 도 2는 본 발명에 따른 무부하 발전기의 회전축(3)에 평행한 단면의 구조의 일부를 나타내는 도면이다. 즉, 도 2에 있어서는, 추후에 설명될 바와 같이 회전축(3) 둘레에 배치된 8쌍의 자기유도 1차철심(4, 4'…)중의 1쌍만을 뽑아내서 나타내고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 무부하 발전기의 구성에 관하여 설명하자면, 회전축(3)에 대하여 설치된 좌, 우 양궤도(1, 1')에는 일정한 간격을 두고 고리형상(환상)으로 영구자석렬(2, 2')이 부착고정되어 있다. 영구자석렬(2, 2')에 있어서, 각 영구자석은 그의 회전축에 대한 외주면상의 극성이 교대로 N극 및 S극으로 되도록 좌, 우 양궤도(1, 1')상에 고정되어 있다. 상기 영구자석렬(2, 2')은 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다. 또한, 회전축(3)에 따른 방향에 대향하는 영구자석렬(2')의 극성은 서로 반대극성을 이루도록 배치되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 영구자석렬(2, 2')과 일정한 간격 만큼 떨어진 위치에서 회전축(3)과 고정케이스(9)가 베어링(10)에 의해 연결되어 있다.

상기 고정케이스(9)에는 영구자석렬(2, 2')로부터 소정의 간격을 두고 코일이 감긴 자기유도 1차철심(4, 4')이 고정되어 있다.

또한, 자기유도 1차철심(4, 4')에 부착고정된 얇은 두께의 다수의 철심이 중첩되어 결합됨으로써 구성되고, 2개의 결합구멍(6, 6')이 형성된 자기유도 2차철심(5, 5')이 고정케이스(9)에 부착고정되어 있다.

자기유도 2차철심(5, 5') 각각의 결합구멍(6, 6')에는 자기유도 3차철심(8, 8')이 삽입되어 자기유도 2차철심(5, 5')을 서로 연결하고 있다.

이 자기유도 3차철심(8, 8')에는 서로 상반되는 방향으로 감응코일(7, 7')이 감겨있다.

도 8은 도 1 및 도 2에 나타낸 자기유도 2차철심(5, 5'), 자기유도 3차철심(8, 8') 및 감응코일(7, 7')을 회전축(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우의 구성을 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이, 자기유도 2차철심(5, 5')을 서로 결합하고 있는 자기유도 3차철심(8, 8')에는 서로 상반되는 방향으로 감응코일(7, 7')이 감겨 있다.

도 1 내지 도 3에 설명한 바와 같은 구성에 있어서, 발전기의 회전축(3)을 회전시키면 영구자석렬(2, 2')이 회전하여 감응코일(7, 7')에 자기감응전류(전자유도전류)가 발생되게 되고, 이와 같이 함으로써 발생된 전류를 외부로 유도하여 사용할 수 있게 된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기의 자기유도 3차철심(8, 8')에는 코일이 서로 상반되도록 감겨 있고, 유도전류가 흐름으로써 생성되는 자장의 방향은 회전축(3)의 둘레를 따라서 N극 및 S극이 교대로 마주보도록 구성되어 있다.

도 4는 1쌍의 자기유도 2차철심(5, 5'), 자기유도 3차철심(8, 8') 및 감응코일(7, 7')에 발생하는 유도자장을 설명하기 위한 개념도이다.

자기유도 2차철심(5, 5')의 양단부의 편철(片鐵)에 있어서, 영구자석렬(2, 2')의 S극 및 N극의 회전운동에 의해 감응코일(8)에 의해 발생되는 역전류 자장은 예를 들어, 도 4의 MA 방향으로 되는 반면 감응코일(8')에 의해 발생되는 역전류 자장은 도 4의 MB 방향으로 된다. 즉, 전류의 흐름에 의한 역자장을 상호 소멸시키게 된다. 이때, 와전류에 의한 열발생을 제거하기 위해서 철심은 다수의 편철로 구성되어 있다.

따라서, 회전자의 자장은 전류의 흐름과는 관계없이 유도자화 현상에 따른 부하가 소멸하고, 회전자에는 그 자신의 1차 기계적인 부하에 대항하여 회전하기 위해서 필요한 운동에너지가 주어진다.

이때, 자기유도 2차철심(5, 5')과 자기유도 3차철심(8, 8')을 포함하는 자기회로는 "□"자 모양으로 구성되어야 하나, "□"자 모양으로 구성되지 아니한 경우에는 역자장의 일부가 회전자의 회전력을 방해하는 전기적인 힘으로서 작용하게 된다.

또한, 회전자의 영구자석렬(2, 2')은 도 2에서 보는 바와 같이 좌우측에서 서로 상반되도록 설치되어 자속의 흐름을 구성하고, 각각의 회전자는 자석을 교대로 배치하는 방식으로 하여 예를 들어, 극수를 8극으로 하여 발전효율을 높이는 것으로 하였다.

동작원리를 보다 상세히 설명하자면, 도 1에 있어서 회전자를 1 회전시킬 경우, 회전자의 외부에 부착된 영구자석(2, 2')의 S극 및 N극이 연속하여 상부의 유도 1차철심(4), 유도 2차철심(5), 유도 3차철심(8), 유도 2차철심(5'), 유도 1차철심(4'), 회전자의 다른 쪽 궤도를 따라서 자장이 형성된다.

따라서, 이 자장의 영향을 받은 코일에 전류가 흐르게 됨으로써 전류가 발생한다. 예를 들어, 전등을 켜거나 혹은 동력으로서 사용되었을 때와 같이 발전 전력으로서 사용할 경우에는 코일에 흐르는 전류에 의해 역자장이 형성된다. 그러나, 이것은 도 4에 나타낸 바와 같이, 자기유도 2차철심(5, 5')의 양단에서 각각 S, N 및 N, S의 동일 크기의 역자장이 서로 상쇄하기 위해서 도 2의 회전자에 부착된 영구자석(2, 2')에는 아무런 영향을 주지 않게 된다. 이에 따라, 회전자는 회전자 자체의 중량 및 역학적인 저항 이외의 다른 저항을 받지 않는 무부하 상태로 된다.

도 5는 8극의 자기유도 3차철심(8, 8')에 감긴 자기감응코일(7, 7')의 상호 결선방식을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 자기감응코일(7, 7')의 결선방법은 감응코일(7')의 la1선(첫번째의 자기유도 철심(8)에 감긴 코일의 한쪽 인출선(리드선))을 la2'(두번째의 자기유도 철심(8)에 감긴 코일의 한쪽 인출선)에 결선함과 아울러 la2선(두번째의 자기유도 철심(8)에 감긴 코일의 다른쪽 인출선)을 la3'선에 결선하는 것 처럼 이하 차례로 지그재그 방식에 의해 연속적으로 la선, la'선을 결선하여 전류를 흐르게 하는 구성으로 하고 있다. 또한, 감응코일(7)은 lb1선 등을 지그재그 방식에 의해 연속적으로 lb선, lb'선을 결선하는 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 자기감응코일(7, 7') 각각의 lb선, lb'선 및 la선, la'선을 결선하고 전체적으로는 합계 4개의 전선을 인출하여 사용하는 구성으로 되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 발전을 행할 때, 즉 감응코일(7, 7')에 의해 폐회로가 구성될 때에는 발전기의 자기유도 철심에 감긴 감응코일(7, 7')에 전류가 유도되어 감응코일(7, 7')의 각각이 생성하는 유도자장은 회전자의 회전력을 방해하는 큰 부하를 발생할 수 있다. 그러나, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 코일(7)이 상기 다른 코일(7')의 권취(감김)방향과 반대방향으로 감겨 있음으로써 자기유도 철심(4)에 감긴 감응코일(7, 7')에서 역전류(유도전류)에 의해 발생하는 자성은 자기유도 철심(4)에 전달되지 않게 되어 결과적으로 영구자석(2, 2')에는 역자성이 전달되지 않게 된다.

따라서, 도 2에 나타낸 영구자석(2, 2')의 교번에 의해 S극 및 N극이 바뀔 때 그때마다 도 4에 나타낸 바와 같이 MA 및 MB의 화살표 방향으로 상반하여 좌우에서 역자성이 완전 소멸하게 된다. 따라서, 역전류에 의한 역자성은 영구자석(2, 2')에 의해 영향을 받지 않게 되기 때문에 본 발명에 따른 발전기는 기계적인 1차 부하 이외의 아무런 부하도 가해지지 않게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 무부하 발전기에서 있어서는 발전기의 기계적인 부하 이외에 2차적인 부하, 요컨대 자기유도 철심에 감긴 감응코일에 흐르는 역전류에 의해 발생하는 부하는 0으로 할 수 있음을 의미한다. 본 무부하 발전기는 자기감응(전자유도)에 의해 발생하는 전류를 100% 사용했다고 하더라도 기계적인 1차 부하 이외에 역전류에 의한 자기적인 2차 부하로서 전혀 작용하지 않는다.

또한, 이상의 설명에서는 회전자의 자극의 수는 8극인 것으로 하였으나 본 발명은 이러한 구성으로 한정되는 것이 아니라 보다 적은 극수의 경우 또는 보다 많은 극수의 경우에도 동일한 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

또한, 이상의 구성에서는 회전자측의 자석은 영구자석인 것으로 하였으나 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 회전자측의 자석은 전자석으로 할 수도 있다.

아울러, 이상의 설명에서는 회전자계형의 발전기의 구성에 대해서 설명하였으나 회전전기자형의 발전기로 하는 것도 가능하다.

실시예

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예에 의거하여 본 발명에 따른 발전기를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 발전기와 종래의 발전기를 사용하여 전기생산효율과 부하량을 측정하고 측정결과를 비교한다.

(실시예 1)

배터리 충전용의 12극 교류(AC) 발전기를 사용하여 전기생산량 중의 50%를 사용할 때와 100%를 사용할 때에 있어서의 각각의 전기생산량과 부하를 측정하였다. 상기 발전기는 단상교류 모터로서, 사용되는 동력원은 220V이고, 1750rpm 및 효율은 60% 였다. 0.5HP의 모터의 동력, 암페어(Ampere)×볼트 게이지를 사용하여 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 조건으로 측정을 실행하고, 본 발명에 의해 상기의 기존모델의 제품과 동일한 조건을 구비하도록 제작된 발전기를 사용하였다. 암페어×볼트 게이지를 사용하여 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

발전기의 종류	전기의 50% 사용시	전기의 100% 사용시
	전기생산량(W)	부하량(W)	전기생산량(W)	부하량(W)
종래의 발전기	100	221	14	347
본 발명의 발전기	100	220	183	200

〈전기를 50% 및 100% 사용할 때에 있어서의 교류발전기의 전기생산량 및 부하량〉

상기 실시예 1의 결과로부터, 종래의 발전기에 있어서는 전기사용량이 100%일 때는 50%일 때 보다도 발전량이 현저하게 저하되었으나, 이것은 전기의 100% 사용시에 발전기에 작용하는 역부하가 대폭 증가하기 때문이라고 추측된다.

이에 대하여, 본 발명의 발전기는 전기의 50% 사용시와 100% 사용시에 있어서의 부하량에 그다지 차이가 없고 오히려 100% 사용시에 부하량이 약간(20W 정도) 저하되었을 뿐이다. 이것으로부터 종래의 발전기에 있어서 전기의 사용량이 증가하면 발전량이 급감하는 현상과는 반대로, 본 발명의 발전기에 있어서는 전기의 사용량이 증가함에 따라서 발전량이 2배 가까이 증가함을 알 수 있다.

결론적으로, 상기 부하량은 상술한 바와 같이 발전기의 기계적인 부하에 대한 수치인 것으로 추정되고, 그 밖의 2차 적인 부하, 즉 전기자의 감응코일에 발생하는 역전류에 의한 부하는 0으로 되는 것을 확인할 수 있다.

(실시예 3)

실시예 1과 유사한 조건을 갖는 12V 직류(DC) 발전기를 사용하여 동일한 조건으로 측정을 행하였다(효율 80%). 측정결과는 다음과 같다.

발전기의 종류	전기의 50% 사용시	전기의 100% 사용시
	전기생산량(W)	부하량(W)	전기생산량(W)	부하량(W)
종래의 발전기	103	290	21	298
본 발명의 발전기	107	282	236	272

〈전기를 50% 및 100% 사용할 때에 있어서의 직류발전기의 전기생산량 및 부하량〉

직류발전기는 교류(AC) 발전기보다도 효율이 높은(80%) 반면 브러시의 사용으로 비용의 상승을 초래하게 된다. 상기 표 1과 마찬가지로, 전기를 100% 사용할 때의 부하량은 50% 사용시에 비하여 약간 감소하며 발전량의 2.2배 이상 증가하였다.

(실시예 4)

실시예 1과 유사한 조건을 갖는 220V 단상 교류(AC) 발전기(0.5HP)를 사용하여 회전수(rpm)를 변화시키면서 발생전기를 100% 사용하는 조건으로 측정을 행하였다. 측정결과는 다음의 표 3에 나타낸 바와 같다.

1750 rpm	3600 rpm	5100 rpm
발전량(W)	부하량(W)	발전량(W)	부하량(W)	발전량(W)	부하량(W)
130	160	210	228	307	342

〈본 발명의 발전기의 회전수를 변화시킬 때의 발전량 및 부하량〉

상기의 표 3에 나타낸 바와 같이, 회전수(rpm)가 1750, 3600 및 5100으로 증가할수록 전기량은 130, 210 및 370W로 증가하고 발전량과 부하량과의 차이는 적어져 결과적으로 회전수(rpm)의 증가에 의해 부하량이 상대적으로 감소하게 된다.

(실시예 5)

실시예 1과 동일한 조건으로 본 발명의 영구자석 N, S 극수를 변화시키면서 발생전기를 100% 사용하는 조건으로 측정을 행하였다.

측정결과는 다음과 같다.

2극	4극	8극
발전량(W)	부하량(W)	발전량(W)	부하량(W)	발전량(W)	부하량(W)
80	152	130	200	265	296

상기 표 4에서는 극수를 증가시킬수록 전기량과 함께 부하량이 증가함을 알 수 있다. 단, 부하량에 대한 발전량의 비율은 단조롭게 증가한다. 상기 표 4에 있어서는, 부하량은 기계적인 1차부하만이 작용하고 전기적인 2차부하는 작용하고 있지 않은 것으로 생각된다.

극수가 증가하면, 회전자가 1회전하는 동안에 증가된 극수만 코일이 횡단하는 자속선의 수가 증가하기 때문에 기전력도 증가하여 발전량은 증가한다. 이에 대하여, 기계적인 부하량은 극수의 증가에 관계없이 고정된 값으로 되어 있기 때문에 결과적으로 기계적 부하량이 상대적으로 작아져서 부하량과 발전량의 차이가 작아지고 있는 것으로 생각된다.

또한, 여기에 개시된 실시형태는 모든 점에서 단지 예시를 위한 것인 바 이것으로 제한되어서는 아니될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정하여져야 하며, 또한 특허청구의 범위의 기재된 발명과 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 수정 및 변경이 포함되어야만 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무부하 발전기는 종래의 발전기와는 달리 회전자의 회전시에 역전류에 의한 역자성이 발생하지 않기 때문에 1차적인 회전자의 중량 및 회전자의 역학적 에너지이외의 다른 에너지의 부하가 배제되어, 종래의 발전방식보다도 전기 발생량을 높일 수 있다. 본 발명에 따른 발전기를 사용하여 다양한 발전기를 대체할 경우 전력생산의 증대 및 경제적인 효율을 한층 높이는 효과를 달성할 수 있다.

Claims (5)

1. 회전축과,

   상기 회전축을 중심으로 하는 제 1 회전궤도의 외주상에 N극 및 S극이 차례로 배열되는 제1 환상자석렬(2)과,

   상기 회전축을 회전중심으로 하고 상기 제 1 회전궤도와는 소정의 간격을 갖는 제 2 회전궤도의 외주상에 상기 제 1 회전궤도상의 대향하는 위치의 극성과는 반대극성의 자석이 차례로 배열되는 제 2 환상자석렬(2')과,

   상기 제 1 환상자석렬의 제 1의 외주면에 대하여, 소정의 간격을 유지하도록 상기 제 1의 외주면을 따라서 고정되는 제 1 다수개의 제 1 자기유도 1차철심(4)과,

   상기 제 2 환상자석렬의 제 2의 외주면에 대하여, 소정의 간격을 유지하도록 상기 제 2의 외주면을 따라서 고정되는 제 1 다수개의 제 2 자기유도 1차철심(4')과,

   상기 회전축 방향을 따라서 대향하는 상기 제 1 및 제 2 자기유도 1차철심 사이에 폐자기회로를 이루도록 각각 쌍으로 설치되는 제 1 다수개의 제 1 및 제 2의 결합자기 유도철심과,

   상기 제 1의 결합자기 유도철심에 각각 감기는 제 1 감응코일(8)과,

   상기 제 2의 결합자기 유도철심에 각각 상기 제 1 감응코일과는 반대로 감기는 제 2 감응코일(8')을 구비하는 것을 특징으로 하는 무부하 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 환상자석렬은 제 1 회전 궤도의 외주상을 따라서 배치되는 영구자석렬을 포함하고, 제 2 환상자석렬은 제 2 회전궤도의 외주상을 따라서 배치되는 영구자석렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 발전기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 자기 유도 1차철심 각각의 외주상에 설치되고 제 1 및 제 2의 결합구멍을 갖는 상기 제 1 다수개의 제 1 자기유도 2차철심과,

   상기 제 2 자기유도 1차철심의 각각의 외주상에 설치되고 제 3 및 제 4의 결합구멍을 갖는 제 1 다수개의 제 2 자기유도 2차철심을 추가로 구비하며,

   상기 제 1의 결합자기유도철심은 제 1 및 제 3의 결합구멍에 삽입되어 제 1 및 제 2의 자기유도 2차철심을 결합하고,

   상기 제 2의 결합자기유도철심은 제 2 및 제 4의 결합구멍에 삽입되어 제 1 및 제 2의 자기유도 2차철심을 결합하는 것을 특징으로 하는 무부하 발전기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전축의 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 제 1 다수개의 제 1 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되고,

   상기 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 제 1 다수개의 제 2 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되는 것을 특징으로 하는 무부하 발전기.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 다수개는 8개이며,

   상기 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 8개의 상기 제 1 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되고,

   상기 회전축 둘레의 회전방향을 따라서 배치된 8개의 상기 제 2 감응코일은 각각 서로 지그재그 형상으로 결선되는 것을 특징으로 하는 무부하 발전기.