KR20030039945A - Alternators Magnetic Circuit Using Revolving Current - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자자성체를, 2개 또는 3개, 그 이상으로 등분하고, 등분된 전기자자성체의 단면적 크기를 달리한 발전용 전기자자성체와 전동용 전기자 자성체로 나누고 두 용도의 자성체 사이에는 자기적으로 상호간섭을 갖지않도록 공극을 주어 자기차폐를 하고, 발전용 전기자와 전동용 전기자의 전기자코일을 ∞나 8자 또는 M과 W를 상호결합한 형태로 코일권선하게 되면 전자의 발전용 전기자코일에서는 교류기전력(alternating electromotive force)이 유도되고, 후자의 전기자코일에서는 유도된 교류기전력(alternating electromotive force)이 부하 (Load)로 인하여 흐르게 되는 전류가 권선방향에 따라 자속의 극성이 바뀌는 현상을 이용하여 부하로부터 회귀하는 전류의 권선방향을 바꿈으로서 전기자의 극성이 바뀌는 현상으로 동력을 얻게되어 외부의 기계적 에너지를 절감할 수 있는 수단을 제시하기 위한 코일권선방법 및 발전기자기회로에 관한 것이다.The present invention divides an armature into two or three or more and divides the armature into electric and magnetic armatures for power generation and electric armatures having different cross-sectional sizes. To prevent interference, magnetic shielding is provided, and coil windings in the form of ∞ or 8 letters or M and W are combined with the armature coils of the power generation armature and the electric armature. Alternating electromotive force is induced, and in the latter armature coil, the induced alternating electromotive force is returned from the load by changing the polarity of the magnetic flux along the winding direction. By changing the winding direction of the current, the polarity of the armature is changed to obtain power, which causes external mechanical energy The present invention relates to a coil winding method and a generator magnetic circuit for suggesting a means of reducing energy consumption.
지금까지 사용되어온 발전기(Alternator)는 회전계자를 기계동력에 의해 회전시켜면 계자의 자속이 전기자코일에 유도되고, 전기자 코일 에서는 변화하여 유도된 자속을 쇄교하여 교류기전력(alternating electromotive force)을 일어키는 과정에서 계자의 자극과 전기자의 자극이 서로 상반된 극성을 형성하므로 발전을 위하여 기계적동력으로 회전자를 회전시키려면 외부의 에너지 소모가 크게 작용 하였다.The alternator that has been used until now rotates the rotating field by mechanical power, and the magnetic flux of the field is induced in the armature coil, and in the armature coil, it changes and induces alternating electromotive force. In the process, the magnetic poles of the field and the magnetic poles of the armature have opposite polarities, so the external energy consumption was large to rotate the rotor with mechanical power for power generation.
이러한 내용을 도1에서 제시하고 있는 발전원리인 LENZ'S법칙을 예를 들어 설명을 하면 스위치(2)를 ON한 상태에서 자석(magnet)(1)을 코일(3)에 “가”방향으로 다가가면 코일(3)에서는 기전력이 유도되어 전압이 발생하고 부하저항(4)에 의하여 “다”방향으로 전류가 흐르면서 자석(magnet)(1)의 진행을 방해하는 반발력이 유도되고, 자석(magnet)(1)을 “나”방향으로 코일(3)에서 멀어지면 전류는“라”방향으로 방향을 바꾸어 흐르므로 자석 (magnet)(1)이 코일(3)로부터 멀어지지 않도록 흡인력이 유도된다.For example, the LENZ's law, which is the principle of power generation shown in FIG. 1, will be explained. When the magnet 2 is moved toward the coil 3 with the switch 2 ON, In the coil 3, electromotive force is induced to generate a voltage, and a repulsive force that hinders the progress of the magnet 1 is induced by the load resistance 4 and the current flows in the "multi" direction, and the magnet ( When 1) is moved away from the coil 3 in the “b” direction, the current flows in the direction of the “la” direction so that a suction force is induced so that the magnet 1 does not move away from the coil 3.
이러한 연속적인 현상을 교류계(5)를 통하여 교류발전현상을 관찰할 수있다.Such continuous phenomenon can be observed through the alternating current system (5).
도2a는 지금까지 사용된 발전기 자기회로의 구성을 도시한 것으로 구체적 으로 설명하면 축(28)을 통하여 기계적 동력을 전달받아 축(28)과 결합된 회전자(20)가 회전 하게되면 Pilot Exciter(21)에서 흘러나온 전류가 Main Exciter(1)의 고정자계자(22)를 자화(magnetization)시키고, 축(28)과 결합구성된 Main Exciter(1)의 회전자전기자(23)(armature)에서 교류전력(전류)으로 증폭되어 3상 브리지 정류기(3-phase bridge rectifier)(24)를 거쳐 정류된다음 발전기(alternator)(2) 의 회전자계자(25)를 자화시키게 된다.Figure 2a illustrates the configuration of the generator magnetic circuit used so far, specifically described when the rotor 20 coupled with the shaft 28 is rotated by receiving mechanical power through the shaft 28 Pilot Exciter ( 21, the current flowing from the magnetization magnetizes the stator field 22 of the main exciter 1, and alternating current is generated in the armature 23 of the main exciter 1 coupled with the shaft 28. Amplified by (current) and rectified through a 3-phase bridge rectifier 24, the magnetization of the rotor field 25 of the alternator 2 is performed.
자화된 회전자계자(25)는 회전하면서 고정자전기자(26)로 자기유도하며 고정자전기자(26)에서는 유도된 자속을 쇄교하므로서 교류발전을 하게된다.The magnetized rotor magnetic field 25 rotates and induces magnetism to the stator magnet 26, and the stator magnet 26 generates alternating current by linking the induced magnetic flux.
도2b는 고정자전기자(26)의 코일권선방법(29)을 제시한 것으로 도1의 코일(3)과 같은 원리로 권선되었음을 보여주고 있다.FIG. 2B shows the coil winding method 29 of the stator armature 26 and shows that the coil is wound on the same principle as the coil 3 of FIG. 1.
이러한 발전방법은 자속을 유도시키는 자석의 반대방향으로 전류가 발생하므로 부하시 회전자를 회전시키기 위하여 큰 토크의 기계동력이 필요하게 되는 원인이 되어 기계적에너지 소모가 클 수 밖에 없었다.In this power generation method, since current is generated in a direction opposite to a magnet for inducing magnetic flux, mechanical torque of large torque is required to rotate the rotor under load, and mechanical energy consumption is inevitably high.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로 그 목적은 발전기로 발전할 때 나타나는 전기자 반작용 및 정지(브레이크)현상을 줄이고자 함에 있다.The present invention is to solve this problem is to reduce the armature reaction and stop (brake) phenomenon that occurs when generating a generator.
본 발명의 또 다른 목적은 동기형전동기와 유도형전동기가 하나의 자기회로로 구성되어 초기회전을 유도형자기회로로 구성된 전동기로 회전시켜 내부의 여자기를 동작시키므로 계자를 여자시키기위한 외부로부터 전원공급이 없이도 계자를 여자시켜 에너지를 절약하고자 함이 목적이다.Another object of the present invention is to supply power from the outside to excite the field because the synchronous motor and the induction motor is composed of one magnetic circuit to rotate the initial rotation to the electric motor composed of the induction magnetic circuit to operate the internal exciter The aim is to save energy by excitation of the field without them.
도1은 종래의 발전기(LENZ'S법칙) 원리도,1 is a principle diagram of a conventional generator (LENZ's law),
도2a는 종래의 발전기 자기회로구성도,Figure 2a is a conventional generator magnetic circuit configuration diagram,
도2b는 종래 발전기의 내부권선상세도,Figure 2b is a detailed diagram of the internal winding of the conventional generator,
도3는 본 발명의 원리도,3 is a principle diagram of the present invention;
도4는 본 발명의 발전기 자기회로 구성도,4 is a schematic diagram of a generator magnetic circuit of the present invention;
도5은 본 발명의 발전기 자기회로의 자속파형도,5 is a magnetic flux waveform diagram of a generator magnetic circuit of the present invention;
도6은 본 발명의 다른실시예의 전동기 자기회로도,6 is a motor magnetic circuit diagram of another embodiment of the present invention;
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면 발전기 및 전동기 자기회로에서 동일 극·동일 상의 자성도체(Armature core)를 적층하여 2∼3개군 및 그 이상으로 나누고, 적층된 자성도체사이에는 비자성체와 공극으로 자기차폐하여 나누어진 각 자성도체(Coreless포함)사이에 전기적으로 절연된 에나멜코일이나 초전도코일을 ∞나 8자 및 M과 W를 상호결합한 형태로 코일을 권선하여 동일 극·동일 상내에서 자속량의 쇄교단면적크기에 의해 발전된 기전력이 코일권선방향의 바큄으로 인하여 전류의 방향이 바큄에 따라 발전에 의한 반발력과 흡인력으로 정지하려는 현상을 역으로 전동력을 회복하도록 구성한 발전기의 자기회로 및 코일권선수단;According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the generator and motor magnetic circuit, by stacking two or three magnetic cores (Armature core) of the same pole and on the same pole, divided into two or more groups, and between the stacked magnetic conductors The same pole and same by winding coil in the form of ∞ or 8 letters and M and W mutually insulated enamel coil or superconducting coil between each magnetic conductor (including coreless) divided by magnetic shielding with non-magnetic material and void Magnetic circuit of a generator configured to recover electric power in reverse with the phenomenon that the electromotive force generated by the cross-sectional area size of magnetic flux in the phase changes to the direction of current due to the change of coil winding direction And coil winding means;
계자의 자성도체를 적층하여 2∼3개군 및 그 이상으로 하여 일부는 동기기형 계자로 일부는 유도기의 계자로 이용하도록 구성하고, 전기자의 자성도체 도 2∼3개군 및 그 이상으로 나누고 전기적으로 절연된 에나멜코일이나 초전도코일을 나누어진 자성도체사이에 ∞나 8자 및 M과 W를 상호결합한 형태로 코일을 권선하여 전기자의 자속변화를 유도하여 동기형전동기와 유도형전동기의 동시구현수단; 의 회전기 자기회로가 제공된다.The magnetic conductors of the field are laminated to 2 to 3 groups or more, and some of them are used as synchronous type fields and some to be used as fields of the induction machine, and the magnetic conductors of the armature are divided into 2 to 3 groups and more and electrically insulated. A means for simultaneously implementing the synchronous motor and the induction motor by inducing a magnetic flux change by winding a coil in a form in which ∞ or 8 letters and M and W are mutually coupled between the enameled coil or the superconducting magnetic conductor; The rotor magnetic circuit of is provided.
이러한, 구성에 대하여 그 원리와 작용을 설명하면 다음과 같다.The principle and operation of the configuration will be described as follows.
도3은 본 발명의 원리도를 설명한 것으로 구체적으로 설명하면 스위치(32)를ON한 상태에서 자석(magnet)(31)이 “가”방향으로 코일(33)에 접근하면 LENZ'S의 법칙에 따라 코일(33)에서는 기전력이 유도되어 전압이 발생하고, 부하저항(34)에 의하여 “다”방향으로 흐르는 전류가 만들어져 집속된 코일(33)을 따라 흐르게되면 자속이 유도되는데 이 자속은 자석이“가”방향 으로의 진행을 방해하는 반발력(N극)을 유도하나, 본 발명의 ∞나 8자 모양의 코일(33-1)을 권선하면 큰 자석(31)에 의해 만들어진 전류가 권선방향을 바꿔흐르게 되므로 극성이 바뀌면서 작은자석(36)을 흡인(S극)하는 자속을 유도하여 작은자석(36)을“마”방향으로 당기게 된다.3 illustrates the principle diagram of the present invention. In detail, when the magnet 31 approaches the coil 33 in the direction of "going" in the state where the switch 32 is turned on, the coil is in accordance with LENZ's law. In (33), electromotive force is induced to generate a voltage, and when a current flowing in the "multi" direction is generated by the load resistor 34 and flows along the focused coil 33, the magnetic flux is induced. Induces a repulsive force (N pole) that impedes progression in the direction of ”, but winding the ∞ or 8-shaped coil 33-1 of the present invention causes the current generated by the large magnet 31 to change the winding direction. Therefore, as the polarity is changed, the small magnet 36 is attracted (S pole) to induce a magnetic flux to pull the small magnet 36 in the direction of "e".
반대로, 자석(31)을“나”방향으로 코일(33)으로부터 멀어지려하면 전류의 방향이 바뀌어“라”방향으로 흐르게 되면서 코일(33)에서 나타나는 자속은 흡인력(S극) 을 유도하여 자석(31)을 당기게된다.On the contrary, when the magnet 31 is moved away from the coil 33 in the "or" direction, the direction of the current is changed and flows in the "ra" direction while the magnetic flux appearing in the coil 33 induces a suction force (S pole) to induce the magnet ( 31) to pull.
그러나, 본 발명에 의해 제시된 코일(33-1)에서는 권선방향이 반대이므로 반발력(N극)이 유도되어 작은자석(36)을“바”방향으로 밀게된다.However, in the coil 33-1 presented by the present invention, since the winding direction is reversed, the repulsive force (N pole) is induced to push the small magnet 36 in the "bar" direction.
이와같이, 큰 자석(31)을 운동시켜 유도된 기전력은 ∞나 8자로 코일권선할 경우 코일권선의 방향에 따라 극성을 달리하는 원리에 의해 작은자석(36)은 큰 자석 (31)과 반대로 극성이 작용하므로 이 원리를 이용하여 발전기의 자기회로를 구성하면 에너지 소모와 기계적 동력장치를 줄일 수 있는 새로운형태의 발전기 자기회로를 만들 수 있다.As such, the electromotive force induced by the movement of the large magnet 31 is ∞ or 8 when the coil is wound in a coil winding, and according to the principle that the polarity is different depending on the direction of the coil winding, the small magnet 36 has the opposite polarity as the large magnet 31. Using this principle, the magnetic circuit of a generator can be used to create a new type of generator magnetic circuit that can reduce energy consumption and mechanical power devices.
도4a는 실제로 발전기에 응용된 측면도이고 도4b는 단면도로서 그 구성과 작용을 설명하면 다음과 같다.Figure 4a is actually a side view applied to the generator and Figure 4b is a cross-sectional view illustrating the configuration and operation as follows.
축(48)을 통하여 기계적 동력을 전달받아 축(48)과 결합된 회전자(40)가 회전 하게되면 Pilot Exciter(41)에서 흘러나온 전류가 Main Exciter(71)의 고정자 계자(42)를 자화(magnetization)시키고, 축(48)과 결합구성된 Main Exciter (71)의 회전자전기자(43)(armature)에서 교류전력(전류)으로 증폭되어 3상 브리지 정류기 (3-phase bridge rectifier)(44)를 거쳐 정류된다음 발전기(alternator)(72) 의 회전자계자 (45)를 자화시키게 된다.When the rotor 40 coupled with the shaft 48 is rotated by receiving mechanical power through the shaft 48, the current flowing out of the pilot exciter 41 magnetizes the stator field 42 of the main exciter 71. (magnetization), amplified by alternating current (current) in the rotor armature 43 (armature) of the main exciter 71 coupled with the shaft 48, a three-phase bridge rectifier 44 After commutation, the magnetization of the rotor field 45 of the alternator 72 is magnetized.
자화된 회전자계자(45)는 회전하면서 고정자전기자A(46-1)와 고정자 전기자C(46-3)로 자기유도하며 고정자전기자A(46-1)와 고정자전기자C(46-3) 에서는 유도된 자속을 코일에서 쇄교하므로서 교류발전을 하게된다.The magnetized rotor field 45 rotates and induces stator armature A 46-1 and stator armature C 46-3 while in stator armature A 46-1 and stator arm C 46-3. AC power is generated by linking the induced magnetic flux in the coil.
즉, 기전력의 발생은 도3에서 설명한 원리인 ∞나 8자 코일권선을 응용하여 도4c에서 제시한바와 같이 코일권선을 M과 W를 결합한 형태로 구성하거나, 타원형코일을 꼬아서 권선(49)하게되면, 고정자전기자A 코일 권선(49-1)과 고정자전기자C 코일권선(49-3)은 반전코일권선된 고정자전기자B 코일 권선(49-2)의 자성체 단면적보다 크고, 계자자속의 집속이 모퉁이에 몰려있어 기계동력에 의한 회전운동으로 기전력이 유도된다.That is, the generation of electromotive force is applied to the coil winding of ∞ or 8 characters, which is the principle described in FIG. 3, as shown in FIG. 4C, and the coil winding is formed by combining M and W, or by twisting an elliptical coil. In this case, the stator armature A coil winding 49-1 and the stator armature C coil winding 49-3 are larger than the magnetic body cross-sectional area of the inverted coil wound stator armature B coil winding 49-2. At the corners, electromotive force is induced by the rotational movement by the mechanical power.
이 기전력은 권선방향을 달리한 고정자전기자B 코일권선(49-2)을 흐르게 되면서 고정자전기자A 코일권선(49-1)과 고정자전기자C 코일권선(49-3)의 극성 과는 달리 자속을 유도하게된다.The electromotive force flows through the stator armature B coil winding 49-2 having different winding directions and induces magnetic flux unlike the polarity of the stator armature A coil winding 49-1 and the stator armature C coil winding 49-3. Will be done.
따라서, 고정자전기자B에서는 발전기(72)의 회전자계자(45)가 회전운동을 일으키는 방향으로 작용하므로 본 발명의 자기회로는 기전력이 일어남과 동시에 동력발생을 유도하게된다.Therefore, in the stator magnet B, since the rotor magnetic field 45 of the generator 72 acts in the direction of causing the rotational movement, the magnetic circuit of the present invention induces the generation of electromotive force and at the same time induces power generation.
도5는 극내에서 발생한 자속분포를 나타낸 것으로 고정자전기자A 코일권선(49-1)의 자속파형(51)과 고정자전기자C 코일권선(49-3)의 자속파형 (53)은 발전Mode로 작용하고 있음을 보여주고 있으며, 고정자전기자B 코일권선(49-2)의 자속파형(52)은 전동Mode로 작용하고 있음을 보여주고 있다.Fig. 5 shows the magnetic flux distribution generated within the pole. The magnetic flux waveform 51 of the stator magnet A coil winding 49-1 and the magnetic flux waveform 53 of the stator magnet C coil winding 49-3 act as power generation modes. It is shown that the magnetic flux waveform 52 of the stator B coil winding 49-2 acts as a transmission mode.
도6a는 본 발명의 다른 실시예로서 전동기에 응용된 것으로 그 구성과 작용을 설명하면 다음과 같다.Figure 6a is applied to an electric motor as another embodiment of the present invention will be described as follows.
도4의 구성과의 차이는 계자를 유도형(60-2)과 동기형(60-1,60-3)으로 나누어 3개군으로 적층분류된 전기자의 자성체((Coreless포함)에 도6b에서 코일권선방법을 제시한 바와같이 전기적으로 절연된 에나멜코일이나 초전도코일을 ∞나 8자 및 M과 W를 상호결합한 형태로 코일을 권선하여 전류를 흘리게되면 전기자B(66-2)에서 자속이 유도되어 유도형계자(60-2)를 회전시키게 되는데, 이 회전력은 주여자기(Main Exciter(81)를 동작시켜 동기형계자(60-1,60-3)의 계자전원으로 이용되어 동기속도로 운전하도록 한 것이다.The difference from the configuration of Fig. 4 is that the magnetic field of the armature (including coreless) that is divided into three groups by dividing the field into induction type 60-2 and synchronous type 60-1, 60-3 coils in Fig. 6B. As shown in the winding method, the magnetic flux is induced in the armature B (66-2) when the coil is wound in the form of an electrically insulated enamel coil or superconducting coil in the form of ∞ or 8 characters and M and W. The induction field (60-2) is rotated, this rotational force is used as a field power source of the synchronous field (60-1, 60-3) by operating the main exciter (Main Exciter 81) to operate at a synchronous speed It is.
이것은 계자를 영구자석을 사용하지 않고, 순수한 전자석형태의 동기형 전동기로서 계자를 자화시키기 위한 별도의 전원이 필요없이 속도가변이 용이한 동기형 전동기이므로 에너지소모를 줄일 수 있는 에너지절약형 전동기가 구성된다.This is a synchronous motor in the form of pure electromagnets without using permanent magnets and does not require a separate power source for magnetizing the field. Therefore, it is an energy-saving motor that can reduce energy consumption because it is a synchronous motor with variable speed. .
본 발명에 의한 발전기 자기회로와 권선방법은 실시예을 통하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.Generator magnetic circuit and the winding method according to the present invention can obtain the following effects through the embodiment.
극내에서 발전Mode와 전동Mode를 동시에 구현함에도 전동Mode에 의해 나타나는 코일에서의 Impedance가 없을 뿐 아니라 부하시 발전Mode와 전동Mode간에 파형간섭이 없고, 전동Mode가 발전부하시 나타나는 전기자반작용을 줄이므로 보극이 필요없는 등의 효과를 가지며, 특히 자속의 분포상 자속밀도가 작은 중간영역을 전동Mode로 이용하므로 기전력을 얻기위한 자속의 손실을 극소화 하면서 동력을 유도할 뿐 아니라 부하의 크기에 따라 동력의 크기도 자동적으로 달리하므로 기계동력기의 크기와 에너지소모를 줄일 수 있는 점이 본 발명의 최대의 효과라 하겠다.Even if the power generation mode and the electric mode are simultaneously implemented within the pole, there is no impedance in the coil indicated by the electric mode, and there is no waveform interference between the power generation mode and the electric mode under load, and the electric mode reduces the electric magnetic field appearing at the power generation load. In particular, since the intermediate mode with small magnetic flux density is used as the electric mode in the distribution of the magnetic flux, it not only induces the power while minimizing the loss of magnetic flux to obtain the electromotive force but also the size of the power according to the size of the load. It is said that the maximum effect of the present invention is that it can automatically reduce the size and energy consumption of the mechanical motor.
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