KR20020083700A

KR20020083700A - 발전기에 있어 로터리영구자석과 스테이터코어 간의 인력불균형에 따른 진동 및 소음을 방지하는 방법

Info

Publication number: KR20020083700A
Application number: KR1020010023274A
Authority: KR
Inventors: 전병수
Original assignee: 전병수
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-11-04
Also published as: WO2002089301A1

Abstract

본 발명은 전기에너지를 생산하기 위한 발전기에 관한 것으로서 발전기의 발전에 사용되어지는 영구자석과 유도코일이 감겨져 있는 코어사이에 작용하는 인력의 힘 때문에 기존의 발전방식에서는 전기에너지를 얻기 위해 주어지는 외부 동력원이 필요 이상의 강한 힘을 요하고 있다. 이러한 이유로 발전기에 가해지는 동력원은 강풍을 이용한 풍차나 높은 위치에너지를 얻기위한 수력발전 또는 양수발전이나 최첨단의 환경파괴범인 원자력 발전과 같은 방법으로 외부에 엄청난 힘이 주어져야 했다 본 발명은 이렇게 필요이상의 동력원을 해결할 목적으로 코어와 코어사이를 필요한 만큼 등분을 하여 코어를 적층다단으로 겹쳐지게 한다 이렇게 하여 영구자석사이에 밸런스(balance)가 주어지고 코어하나에 집중하여 작용하든 인력의 힘을 분쇄 또는 상쇄시켜 줌으로서 영구자석이 회전하여 구동하고자 할 때 발전기의 구동축에 부하가 전혀 걸리지 않는 무 부하 상태의 발전기이다 이것은 발전량이 많은 동기성 발전기이면서 아주 작은 외부 동력원으로도 많은 전기 에너지를 생산할 수 있도록 하여 큰 발전을 유도할 수 있게 고안된 것이 본 발명의 특징이다

[색인어]

유도기전력, 코어, 영구자석, 유도전기, 자력선, 인력, 적층다단식코어, 자속, 유도코일.

- 용어해설 -

유도기전력 : 코어가 영구 자석에 의하여 자속이 유도되어지는 자력선.

코어 : 유도코일이 감겨지고 유도기전력을 발생시키는곳.

유도전기 : 유도기전력에 의하여 코일에 발생되는 전기.

자력선 : 영구자석에서 발생되는 자속과 자장이 자기회로가 만들어지는 자선.

인력 : 영구자석과 코어사이에 발생되는 힘.

적층다단식코어 : 코어가 여러 겹의 층을 이루고 있는 것.

자속 : 영구자석이나 코어에서 자력선이 밖으로 나오지 않고 영구자석이나 코어 속으로 지나가는 자력선 -밖으로 나오는 자력선을 자장이라함-

Description

동기성 무부하 발전기{A motive not strength dynamo}

발전기는 유도성 발전기와 동기성 발전기로 크게 나뉘게 되는데 발전량에서는 단연 동기성 발전기가 같은 회전수에 비해 유도성 발전기 보다 발전량이 많다 그러나 동기성 발전기는 상기 요약에서 언급하였듯이 코일이 감겨져 있는 코어와 영구 자석사이에 강한 인력이 "도8"과 같이 작용하게 되어서 자력이 강한 영구자석일수록 많은 외부동력원을 필요로 한다 이러한 발전방식이 일반적이어서 바람을 이용한 발전기는 강한 바람을 필요로 하였고 수차를 이용한 발전기에서는 물의 높은 위치에너지를 필요로 하며 화력발전기에는 터어빈에 많은 량의 증기를 방생 주입시키기 위해 석탄, 석유나 최첨단 과학기술을 이용한 원자로를 이용해야할 정도로 외부 힘이 필요로 한다 즉 전기에너지를 얻기 위한 많은 이차 에너지를 필요로 하고 있다

이러한 이차 에너지를 얻기 위해서 준비된 많은 수의 양수 발전소와 수력땜들은 엄청난 분량의 자연을 훼손 할뿐 아니라 원자력 발전소와 같이 심각한 환경오염을 발생시킬뿐 아니라 인간과 자연의 생태계에까지 위협을 가하고 있다 산업전기를 생산하기 위한 필요 불가결한 것이라 하드라도 그 대가가 너무나 크며 이것은 최첨단의 기술이 만들어졌다 하드라도 지금까지 잘못된 발전방식을 고집하게 되면서 비롯된 것이다

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 동기성 발전기에서 영구자석에 의해 기전력이 유도되고 코일이 감겨져 있는 코어와 영구자석과의 강한인력힘을 상쇄 또는 분쇄시키는 방법으로 영구자석이 하나의 코어에 집중되고 있는 힘(인력)을 분산되도록 하기 위하여 다음코어로 넘어갈 때 작용하고 있는 코어와의 인력을 상쇄시키기 위해서는 인력의 균형이 필요하다 이것은 앞서 작용하고 있는 코어에서 인력의 힘이 끌어당기고 있다면 앞서 있는 코어 즉 다음 코어에서 같은 힘으로 끌어 당기게 되면 영구자석이 균형을 이루게 되어서 부담없이 다음코어로 넘어가게 된다 이러한 방법으로 목적을 완벽하게 이루기 위해여 코어와 코어사이를 균형을 잡는데 필요한 만큼 등분을 하고 이렇게 등분된 간격으로 코어를 여러겹의 층으로 적층으로 나열함으로서 영구자석의 위치가 어디에 있든 영구자석의 인력이 어느 하나의 코어에 집중하지 안도록 함으로서 발전기의 작용하게 되든 부하를 완벽하게 처리할 수 있다

상기한 방법을 도면으로 간단히 설명하면 다음과 같다

우선하고 있든 코어와의 인력이 상쇄될 수 있도록 코어를 적층 다단형태로 "도9"와 같이 일정한 간격으로 코어 사이에 배열하여 영구 자석이 우선하여 작용하고 있든 코어와의 인력에 균형(밸런스)을 줌으로 영구자석이 간헐적이 아닌 연속성을 갖게 되어 영구 자석이 회전하며 구동하고자 할 때 영구자석과 코어사이에 불균형의 인력작용으로 인한 저항이 발생되지 않음으로서 발전기 자체에 부하가 없는 조건에서 전기 에너지원을 얻을 수 있다

코일에 유도전기가 많이 발생하기 위해선 코어에 강한 기전력이 발생될 수있도록 강한 영구자석을 쓰게 되는데 이것은 영구 자석의 힘이 강할수록 즉 영구자석 표면의 단위 면적당 가우서(자력선)의 량이 많을수록 강한 기전력이 발생되기 때문이다 그러나 기존의 발전 방식으로서는 영구자석이 강할수록 발전기 자체에 부하량이 크지게 되어 외부에 더 많은 동력원을 필요로 한다

앞으로 영구자석은 더 강한 것들로 개발이 지속되어 지겠지만 이러한 영구 자석을 이용하여 더 많은 발전량을 높이기 위해서는 동기성 발전기의 부하량을 줄이는 방법이 개발되어져야 한다 이러한 이유로 본발명은 발전기의 부하가 전혀 없는 무부하의 동기성발전기를 개발함으로서 새로운 차원의 에너지발생 장치를 개발하고 에너지 사용 효과를 극대화 할 수 있도록 하고자 한다

도1 : 적층 나선으로 배열된 코어와 영구자석의 정면도

2 : 영구자석지지블록 3 : 영구자석

4 : 나선으로 기울어져 적층을 이루고 있는 코어

도2 : 코어의 배열된 투시도

1 : 구동축 5 :유도코일 6 : 코어 체결핀

7 : 코어와 코어사이의 간격유지 스냅링

12 : 케이싱 14 : 베어링

도3 : 첫번째층 코어에서 마지막층 코어까지 하나의 막대 자석으로 블록 형성된 영구자석과 코어의 조립 분해 사시도

8 : 하나의 극으로 블록 형성된 영구자석

13 : 코어지지블록

도4 : 코어에서 다음코어까지 일정한 간격으로 적층을 이루고 있는 코어와 영구자석이 이동하게 되면서 교섭하게 되는 상태도

la ∼ 10a : 영구자석과 코어의 교섭순차도

1 ∼ 10 : 영구자석(도1의 3)

a ∼ j : 코어에서 다음코어사이에 일정한 간격으로 적층을 이루며 기울져있는 코어(도1의 4)

도5 : 우선하든 코어에서 다음코어로 이동하는 영구자석의 양면에서 발생하게 되는 인력작용의 평형도

A1 ∼ A10 : 각층코어(도1의 4)

10 : 영구자석의 양면을 가상으로 등분 표시되는 중앙가상선

가,나 : 앞선 코어와 인력 작용으로 힘을 받게 되는 영구자석의 반쪽면적

다,라 : 다음 코어와 인력 작용으로 힘을 받게 되는 영구자석의 반쪽 면적

도6 : 유도코일이 코일에 감겨져 배열된 분해사시도

도7 : 영구자석이 낟개로 적층을 이루며 일직선으로 배열되어 조립된 반단면 투시도

도8 : 영구자석이 코어에 유도 기전력을 발생시키며 이동할 때 발생되는 인력이 불균형을 이루는 자력선도

도9 : 코어와 코어사이를 일정한 간격으로 적층을 이루며 나열하는 방법도

9-a : 영구자석과 면접하게될 코어의 단면 모양이 사각으로 이루질 때 나열되는 구조도

9-b : 코어가 세밀(완전한)한 균형을 유지하며 영구자석이 연속적 운동을 할 수 있도록 하기 위하여 나열된 영구자석의 기울기만큼 코어의 단면이 기울어지게 해놓은 것으로서 영구자석과 면접할 코어의 성형 단면도

도10 : 코어의 안과 밖에 영구자석을 설치함으로 유도기전력 발생을 극대화 하기 위한 방법의 투시도로서 코어와 영구자석이 면접하게 될 결합투시도

3 : 안쪽코어와 면접(근접)할 영구자석

3a : 바깥쪽코어와 면접(근접)할 영구자석

4 : 안쪽 코어 4a : 바깥쪽 코어

도11 : 자기 회로도

11-a : 양면코어의 정면도를 도시한 자기 회로도

11-b : 양면코어의 측면도를 도시한 자기 회로도

1 : 구동축 2 : 안쪽 영구자석 지지회전체블록

2a : 바깥쪽 영구자석 지지회전체블록

3 : 안쪽 영구자석 3a : 바깥쪽 영구자석

4 : 안쪽 코어 4a : 바깥쪽 코어

5a : 안쪽 유도코일 5b : 바깥쪽유도코일

6 : 코어 체결 핀 7 : 코어간격유지 스냅링

11 : 자력선

12 : 케이싱

12a : 안쪽영구자석과 바깥쪽 영구자석을 한 몸체로 결합하기 위한 환판

도12 : 코어가 안(4)과 밖(4a)으로 돌출 되어지고 영구자석과 면접(근접)할 코어의 모양이 다단 적층으로 나열되어져 있는 코어의 기울기와 같은 각도로 기울어져 영구자석이 구동 회전할 때 완전한 균형을 이루도록 하기 위한 코어의 조립투시도

1A∼10A : 다단적층을 이루고 있는 각층의 코어

본 발명의 구성요소는 영구자석(3), 코어(4), 발전코일(유도코일(5)), 영구자석이 고정지지 될 수 있도록 하기 위한 영구 자석지지회전체(2), 축지지 케이싱(12)으로 크게 분류된다 코어는 히스테리 손실(열손실)을 막기 위하여 얇은 강판(예. 규소강판)이 여러 겹으로 겹쳐져 하나의 블록(도6의4)으로 형성되거나 프몰로이강과 같이 하나의 성형된 코어에 발전 코일(유도코일)을 감기게 된다 코일이 감겨져 있는 코어는 여러 개의 층을 이루면서 일정한 간격으로 기울어져 나선형태를 이루도록 설치하고 영구 자석(도3의8)은 긴 막대형태로 일직선이 되도록 하여 영구자석 고정회전체(도1의2)에 체결 고정되어 지도록 한다.

일정한 기울기로 기울어져 적 층을 이루고 있는 코어의 간격은 전개도면 도 5와 같이 첫 번째층에 있는 앞선 코어(도5의 1과 2중에 1, 2와3중에 2, -----)와다음 코어사이(도5의 1과2사이, 2와3사이, 3과4사이, -----)에 각층에 있는 코어를 일정한 간격으로 나열하여 다단 적층을 이루도록 설치한다 더욱 상세히는 "도9"의 "9-a"에서 "A"와 "G" 사이에 적층으로 나열되어질 각층의 코어 수만큼 등분을 한다 이렇게 등분되어진 간격되로 각층코어를 "A", "B", "C", "D", "E", "F", "G" 순으로 "C1", "C2", "C3", "C4", "C5", "C6", C7"의 간격으로 다단 적층을 이루며 기울어지도록 나열을 한다. (단,이렇게 등분하여 나열할 때 꼭 일정한 기울기로 기울어질 필요는 없다 "A"∼"B" 까지의 코어를 지거제거로 할지라도 등분된 수만큼 "C1"∼"C7"까지의 간격으로 설치를 해도 된다 )

이렇게 코어가 일정한 간격으로 나열되어 다단 적층을 이루며 설치되고 여기에 영구 자석이 일직선으로 설치(도4의 1∼10)가 될 때 영구 자석이 받는 인력은 자석의 중앙 분기사선(도5의10)을 중심으로 영구자석의 양면(도4의 가나, 다라)이 같은 인력이 작용하게 된다. 즉 각층에 있는 코어가 영구자석과 면접하게 될 때 영구 자석과 코어사이에 작용하게 되는 인력의 면적 즉 영구 자석과 교섭하게 되는 코어의 면적(도4의 가나, 다라)이 같다는 것은 영구자석이 다음코어로 넘어가고자 할 때 전진 방향과 후진방향의 인력작용이 영구자석에 항상 일정한 힘을 받게 되어 전진이나 후진할 때 발생하게 되든 인력이 밸런스(균형)가 이루어짐을 알 수 있다

이렇게 하여 각층에 있는 코어가 영구자석과 독립적으로 작용하든 인력을 각층에 있는 코어가 서로 상호 작용하여 인력이 상쇄하도록 간섭하게 되면서 영구자석이 회전하고자 하는 방향으로 구동하고자 할 때 아무런 부하를 받지 않게 된다

-- 주요 도면에 대한 상세한 설명 --

도4 : 나선형태로 기울어져 적 층을 이루고 있는 코어와 영구자석의 교섭상태도

"A"∼"J" 는 첫 번째 층에 있는 코어와 코어사이(A와B, B와 C ...)에 일정한 간격으로 적층을 이루며 다단으로 첫째층 코어(도5의 A1)에서 마지막층 코어(도5의 A10)까지 일정한 기울기로 나열되어진 코어 "1"∼"10" 은 전체가 하나의극 또는 다극으로된 영구 자석

"la"∼"10a"는 평면으로 전개되어진 코어에 영구자석이 회전을 하게 될 때 영구자석과 각층에 있는 코어가 정면으로 교섭하게 되는 상태를 나타낸 교접(면접)순차도

도5 : 우선하든 코어에서 다음코어로 이동하는 영구자석의 인력작용 평형도

: 영구자석과 코어사이의 인력은 영구자석과 코어가 서로 맞닿는 면적에 비례하여 힘이 작용하게 된다 면적이 많을수록 인력의 힘이 커지게 되고 반면에 적으면 적어지게 된다 따라서 영구자석의 중앙분기사선(도5의10)을 중심으로 양면에 코어와 맞닿는 면적이 같으면 영구자석이 코어와 코어사이에서 균형을 유지하게된다

영구자석의 중앙분기사선을 중심으로 양면이 같은 면적의 인력의 힘이 작용하는지를 다음 도표와 같이 "도5"를 근거로 살펴보면 다음과 같다

*영구자석의 분기점을 중심으로 자석양면에 받는 코어의 인력작용면적 대비

상기와 같이 영구자석과 코어가 영구자석의 분기사선(도5의10)을 중심으로 양면이 같은 면적(가+나=다+라)을 갖는다는 것을 알 수 있다 그러므로 양면에 작용하게되는 인력작용이 같게 된다 이것은 영구 자석이 회전하고자 하는 방향으로 구동하게 될 때 각층에 있는 코어와의 인력이 서로 상호 작용하게 되면서, 영구자석이 집중적으로 작용하고 있든 개별적 코어와의 인력을 상쇄시키게 되면서 밸런스(balance)을 맞추게 되는 것이다

보다 섬세한 벨런스 유지를 위하여 도9의 "A""B"까지 등분된 코어의 수가 많을수록 영구자석에 받는 간헐적 운동이 작아지게 된다 이것은 등분된 간격 만큼 연속성이 없기 때문에 약간의 불균형을 가지고 있기 때문이다

그렇기 때문에 코어가 적층을 이루는 수가 많을수록 즉 "도9"의 "A"와 "G"사이 에 등분되어 적 층을 이루며 나열되어지는 코어의 수가 많을수록 코어의 간격이 좁아지게 된다 따라서 적 층의 코어수가 많을수록 간격이 미세하여지고 코어의 간격이 미세할수록 영구자석의 부하도 미세해지게 된다

좀더 완벽한 밸런스를 위하여 "도9"의 "9-b"에서와 같이 영구 자석과 근접하게 맞닿는 즉 면접하게 되는 코어의 단면의 모서리가 적층을 이루며 기울어져 있는 코어의 기울기만큼 기울어지도록 하여 각 층에 있는 코어와 서로 연속된 모양을 취하도록 함으로서 구동하게 되는 영구자석이 아무런 저항을 받지 않도록 함으로 보다 완벽한 무 부하 발전을 유도할 수 있다.

이러헤 코어의 모서리가 기울어져 있을 지라도 영구자석의 중앙분기KTJS(도5의10)을 중심으로 양면(도5의 가나,다라)의 코어의 면적이 같다

"도11"에 의한 발전방식

또한 본 발명은 자기회로를 더욱 효과적으로 설계함으로 발전량을 극대화할 수 있는데 코어에 기전력이 최대로 발생될 수 있도록 "도11"에서와 같이 코어의 양쪽 즉 안과 밖으로 직접 영구자석이 마주보게 설치함으로서 코어에 유도 기전력의 발생을 극대화할 수 있다

영구자석은 두 부분으로 나뉘어 지개 되는데 바깥쪽 코어(도11의 4a)와 면접(교접)하여 유도 기전력을 발생시키는 영구자석 "도11"의 "3a"를 설치하고 안쪽코어(도11의 4)와 면접하는 영구자석 "도11"의 "3"을 설치하여 "도11"의 "12a"의 환판에 의해 하나의 몸체로 회전 구동하게 설치를 하고 안쪽 코어와 바깥쪽코어는 각각의 유도코일 "도11"의 "5a", "5b"를 설치를 하면서 코어를 고정 체결할 수 있도록 체결 핀(도11의 6)으로 외부 케이싱(도11의 12)과 체결하여 영구자석(도11의 2, 2a)이 회전 구동할 때 고정되도록 한다 이렇게 하여 영구자석에 발생하는 유도기전력의 자기회로는 "도11"의 "11"과 같이 형성된다

본 발명은 전기 에너지를 얻기 위한 수단이 지금까지 최첨단의 고루한 방법만을 고집하다 많은 량의 화석연료사용으로 지구 온난화 현상과 대기오염과 같은 자연의 심각한 환경 파괴가 계속 진행되어 왔다

하지만 본 발명은 지금까지의 발전방식을 보다 진보한 방법으로 극대화시키고자 개발된 것으로서 인류가 앞으로 맞이하게 될 차세대의 새로운 개념의 에너지원을 얻을 수 기회가 주어지는 효과가 있다

Claims

영구자석이 코일이 감겨져 있는 코어에 기전력을 발생시켜 유도코일에 유도전기가 발생 되도록 설치된 코어가 영구 자석과 면접하면서 영구 자석이 다음 코어로 넘어가면서 유도 기전력을 발생시키고자 회전 구동하고자 할 때 받는 인력의 힘을 다음코어와 위하여 밸런스(균형)를 주는 방법으로 같은 층에 있는 코어와 다음코어와의 사이(도9의 A와B)에 일정한 간격(도9의 C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)으로 등분하여 각층을 이루도록 코어를 다단 적층으로 나열(도9의 A,B,C,D,E,F,G)하여 첫 번째 층에서부터 마지막 층까지 하나의 몸체로 다극 또는 단극으로(도7,도3의8) 형성된 영구자석이 구동 회전하고자 할 때 영구자석중앙 분기사선(도5의 10)을 중심으로 양면(도5의 가나, 다라)에 같은 인력의 힘이 작용하도록 함으로서 발전기의 구동부하가 발생되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 동기정 발전기
"청구항1"에서 영구자석과 면접하게될 코어가 서로 완전하고 면밀한 밸런스(균형)된 운동을 위하여 코어의 모양을 코어가 적층으로 나열(도9의 A,B,C,D,E,F,G)된 기울기와 같은 각도로 코어의 모서리를 "도9"의 "9-a"와 같이 기울어지게 형성 시켜서 영구자석이 다음 코어로 이동하게 될 때 다음 층에 있는 코어와의 간격(도9, 9-a의 C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)으로 인한 너클현상을 방지하여 코어로부터 받는 인력이 완전한 균형을 이룰수 있도록 한 것을 특징으로 하는 동기성 발전기.
"청구항1"에서와 같은 방법으로 코어를 적층 다단으로 나열하는 방법으로 기울어지게 나열하고 코어에 영구자석으로 인한 유도 기전력을 극대화시킬 수 있도록 코어(도11의 4, 4a)를 안과 바깥쪽에 돌출 시키고 이렇게 돌출 된 코어에 각각의 유도코일(도11의 5a, 5b)을 설치하고 안쪽코어(도11의 4)와 면접할 영구자석(도11의 3)과 바깥쪽코어(도11의 4a)와 면접할 영구자석(도11의 3a)을 "도11"의 "11-a"와 같이 마주보게 설치하여 자기회로를 "도11"의 "11"과 같이 되도록 하여 코어에 강한 유도기전력을 발생시켜 코어의 안과바깥쪽에 설치된 유도코일(도11의 5a, 5b)로부터 많은 량의 유도전기를 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동기정 발전기.