KR200303163Y1 - 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기또는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 회전자는 정속회전을 유지한 상태에서 고정자를 회전자의 역방향으로 회전시킴에 따라 회전자를 고속으로 회전시키지 않더라도 기전력 및 회전토오크를 증대시킬 수 있는 발전기 또는 전동기를 제공하기 위한 것으로서, 자기장과 도체의 간섭횟수가 많으면 그에 비례하여 높은 기전력 및 회전토오크를 얻을 수 있다는 점에 착안하여 통상 고정된 상태인 고정자를 회전자의 회전방향과 반대방향으로 회전시킴에 따라 자기장과 도체의 상대속도를 높여 높은 기전력 및 회전토오크를 얻을 수 있도록 한 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기에 관한 것이다.

이러한 본 고안은 양측에 베어링에 의해 회전축이 회전 가능하게 지지되는 고정 하우징; 상기 고정 하우징에 내장되되, 자신의 내주면상에는 자기장을 발생시키는 고정자가 고정 설치되고 상기 회전축상에서 베어링에 의해 회전 가능한 상태로 지지되는 회전 하우징; 상기 고정자의 내부에 설치되되, 외측에 도체를 가지면서 상기 회전축과 연동되게 설치되는 회전자; 상기 회전 하우징의 일측 내면에 형성되는 내기어와, 상기 회전축상에 설치되어 회전축과 동일방향으로 회전하는 태양기어와, 상기 내기어와 태양기어 사이에 내기어 및 태양기어와 동시에 치합되며 지지축 및 축베어링에 의해 상기 고정 하우징에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어로 이루어진 유성치차군의 구성으로서 달성된다.

Description

고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기{Generator or motor}

본 고안은 발전기 또는 전동기에 관한 것으로서, 특히 회전자는 정속회전되는 상태에서 고정자를 회전자와 역방향으로 회전시킴에 따른 이들 간의 상대속도에 의해 고속회전효과를 얻음에 따라 기전력(electromotive force) 및 회전토오크를 증대시킬 수 있는 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기에 관한 것이다.

발전기는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 반대로 전동기는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치로서, 고정자 및 회전자의 위치만 다를 뿐 기타 부분은 동일하다.

이중, 발전기를 예를 들어 설명하면, 자기장을 발생시키는 자석을 외측에 고정 배치하고 그 내부에 자기장을 단속하는 도체를 회전되게 설치하므로써 기전력을 발생시키고, 상기 기전력의 크기는 자기장의 세기와, 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대속도에 비례하며, 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙(일정한 자계속에 놓여있는 도선을 외부의 힘으로 움직여 주었을 때 움직이는 도선에 유도전류가 흐르게 되는데, 이때 움직이는 속도와 자계의 방향, 그리고 전류의 방향사이의 관계를 나타낸 것)을 따른다.

이러한 발전기는 자기장을 발생시키는 자석을 고정자(1)에 고정시킨 상태에서 자기장을 단속하는 도체를 회전자(2)로서 회전시키게 되므로 자기장의 세기와도체의 길이가 동일한 발전기로 많은 양의 기전력을 발생시키기 위해서는 회전자(2)의 회전속도를 높여 자기장과 도체의 상대속도를 증가시킬 수 밖에 없다.

따라서, 발전기의 기전력을 증대시키기 위해서는 고속회전기기(예컨데, 내연기관등)가 반드시 필요하며, 이와 같은 고속기계동력이 제공되지 않는 경우에는 기전력의 증대는 기대하기 어려운 실정이다.

전동기의 경우 토오크를 상승시키기 위해서는 공급전압을 높여야 하는데, 필요이상의 과전압이 공급될 경우에는 과부하로 인해 수명이 단축되는등의 문제점과, 공급전압의 증가로 인한 소비전력이 증가되는 문제점이 지적된다.

따라서, 본 고안은 회전자는 정속회전을 유지한 상태에서 고정자를 회전자의 역방향으로 회전시킴에 따라 회전자를 고속으로 회전시키지 않더라도 기전력 및 회전토오크를 증대시킬 수 있는 발전기 또는 전동기를 제공하기 위한 것으로서, 자기장과 도체의 간섭횟수가 많으면 그에 비례하여 높은 기전력 및 회전토오크를 얻을 수 있다는 점에 착안하여 통상 고정된 상태인 고정자를 회전자의 회전방향과 반대방향으로 회전시킴에 따라 자기장과 도체의 상대속도를 높여 높은 기전력 및 회전토오크를 얻을 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 고안은 양측에 베어링에 의해 회전축이 회전 가능하게 지지되는 고정 하우징; 상기 고정 하우징에 내장되되, 자신의 내주면상에는 자기장을 발생시키는 고정자가 고정 설치되고 상기 회전축상에서 베어링에 의해 회전 가능한 상태로 지지되는 회전 하우징; 상기 고정자의 내부에 설치되되, 외측에 도체를 가지면서 상기 회전축과 연동되게 설치되는 회전자; 상기 회전 하우징의 일측 내면에 형성되는 내기어와, 상기 회전축상에 설치되어 회전축과 동일방향으로 회전하는 태양기어와, 상기 내기어와 태양기어 사이에 내기어 및 태양기어와 동시에 치합되며 지지축 및 축베어링에 의해 상기 고정하우징에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어로 이루어진 유성치차군의 구성으로서 달성된다.

도 1은 일반적인 발전기 또는 전동기의 구성도

도 2는 본 고안에 따른 발전기 또는 전동기의 구성 단면도

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10. 고정 하우징 11. 베어링

12. 회전축 12a. 수용홈

20. 회전 하우징

21. 고정자 22. 베어링

23. 브러시 30. 회전자

31. 도체 32. 정류자

40. 유성치차군 41. 내기어

42. 태양기어 43. 유성기어

43a. 지지축 43b. 축베어링

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안은 발전기와 전동기를 포괄하는 것으로서, 알려진 바와 같이 발전기는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하여 주는 장치이고, 전동기는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 주는 장치로서 상호 반대 개념이긴 하나 입력축과 출력축만이 반대일 뿐 그 구성은 동일하므로 두 물품을 포괄해야 할 당위성이 있음을 전제한다.

본 고안은 도면에서와 같이 양측에 베어링(11)에 의해 회전축(12)이 회전 가능하게 지지되는 고정 하우징(10)을 구비한다. 이 고정 하우징(10)의 내부 일측에는 브러시(brush)(13)가 고정상태로 내장된다.

또한, 상기 고정 하우징(10)의 내부 다른 일측에는 내주면상에 자기장을 발생시키는 고정자(21)가 환상으로 고정 설치되는 회전 하우징(20)이 내장되되, 이회전 하우징은 회전축(12)상에서 베어링(22)에 의해 회전 가능한 상태로 지지된다.

이때, 상기 회전 하우징(20)은 그 내부열의 방열을 위해 일부분이 개방된 형태로 되는 것이 바람직하다.

상기 고정자(21)의 내부에는 외측에 도체(31)가 설치되며, 상기 브러시(13)와 대접되는 위치에 정류자(32)가 구비된 회전자(30)가 상기 회전축(12)과 연동되게 설치된다.

한편, 상기 회전 하우징(20)을 회전자(30)와 반대방향으로 회전시키기 위한 수단으로서 유성치차군(40)이 적용된다.

상기 유성치차군(40)은 도 3에서와 같이 상기 회전 하우징(20)의 일측 내면에 형성되는 내기어(41)와, 상기 회전축(12)상에 설치되어 이 회전축과 동일방향으로 회전하는 태양기어(42)와, 상기 내기어(41)와 태양기어(42) 사이에 내기어 및 태양기어와 동시에 치합되며 지지축(43a) 및 축베어링(43b)에 의해 상기 고정 하우징(10)에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어(43)로 구성된다.

한편, 도 4는 상기 회전축(12)의 단면도로서, 이 회전축(12)에는 상기 회전자(30)와 연결되는 전선(w)을 수용하기 위한 수용홈(12a)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성의 본 고안은 기계적인 회전수단에 의해 회전축(12)을 회전시키게 되면 회전축(12)에 고정 설치된 회전자(30)는 회전축과 함께 연동 회전되며, 회전축(12)의 일측에 결합 설치된 태양기어(42)도 회전축과 함께 동일방향으로 회전하게 된다.

만약, 도 3에서와 같이 상기 태양기어(42)가 시계방향으로 회전한다고 가정하면 이와 치합된 유성기어(43)는 반시계방향으로 회전되고, 유성기어(43)와 치합된 회전 하우징(20)의 내기어(41)도 반시계방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상기 태양기어(42)와 내기어(41)는 상호 반대방향으로 회전하게 되고, 이들과 연관된 회전자(30)와 고정자(21)는 상호 반대방향으로 회전하게 되는 것이다.

이와 같이 회전자(30)와 고정자(21)가 반대방향으로 회전하게 되면 고정자에서 발생되는 자기장을 회전자(30)의 도체(31)로서 단속 할 때 그 상대속도가 빨라져 기존과 비교할 때 회전자(30)의 속도가 일정하다고 가정할 때 상대적인 회전속도에 의해 속도가 증가되므로 높은 기전력 및 회전토오크를 발생시킬 수 있게 된다.

즉, 고정자(21)가 고정된 상태에서 회전자(30)만을 회전시켜 기전력 및 회전토오크를 발생시키는 기존의 방식보다 회전자(30)와 고정자(21)를 각기 반대방향으로 회전시키면 상대속도가 증가하고 이와 비례하여 높은 기전력 및 회전토오크의 발생이 가능하게 되는 것이다.

이상에서 기술된 바와 같이 본 고안은 회전자는 정회전을 유지하는 상태에서 기존에는 고정 설치되어 있었던 고정자를 회전자의 반대방향으로 회전시킴에 따른 상대적인 회전속도의 증가로 이에 비례하는 높은 기전력 및 회전토오크를 얻게 된다.

또한, 고정자를 회전시키기 위한 수단이 단순한 구조(유성치차군)으로 되어있어 구조적인 변경이 크지 않으면서 소기의 목적을 실현할 수 있는 장점도 있다.

Claims (3)

1. 양측에 베어링(11)에 의해 회전축(12)이 회전 가능하게 지지되며, 브러쉬(23) 및 정류자(32)가 내장되는 고정 하우징(10);

   상기 고정 하우징(10)에 내장되되, 자신의 내주면상에는 자기장을 발생시키는 고정자(12)가 고정 설치되고 상기 정속회전되는 회전축(12)상에서 베어링(22)에 의해 회전 가능한 상태로 지지되는 회전 하우징(20);

   상기 고정자(12)의 내부에 설치되되, 외측에 도체(31)를 가지면서 상기 회전축(12)과 연동되게 설치되는 회전자(30);

   상기 회전 하우징(20)의 일측 내면에 형성되는 내기어(41)와, 상기 회전축(12)상에 설치되어 회전축과 동일방향으로 회전하는 태양기어(42)와, 상기 내기어(41)와 태양기어(42) 사이에 내기어 및 태양기어와 동시에 치합되며 지지축(43a)및 축베어링(43b)에 의해 상기 고정 하우징(10)에 회전 가능하게 설치되는 유성기어(43)로 이루어져 상기 회전 하우징(20) 및 고정자(12)를 상기 회전자(30)의 역방향으로 회전시키는 유성치차군(40);으로 구성됨을 특징으로 하는 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전축(12)에는 상기 회전자(30)와 연결되는 전선(w)을 수용하기 위한 수용홈(12a)이 형성된 것을 포함함을 특징으로 하는 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전 하우징(20)은 그 내부에서 발생되는 열을 방열시키기 위해 개방형으로 된 것을 특징으로 하는 고정자와 회전자의 상대적 회전속도를 이용한 발전기 또는 전동기.