KR20050112614A - 개량된 구조의 고정자를 갖는 고효율 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자와 유도자기철심의 배치 구조 및 코일의 결선 방식 등을 개선하여 발전의 효율을 향상시킨 발전기에 관한 것이다. 상기 발전기는, 원통형상으로 이루어져 회전축에 연결되어 있으며, 그 가장자리의 표면에 적어도 하나 이상의 S극 및 N극 영구자석이 교대로 장착되어 있는 회전자와, 상기 회전자의 회전궤도면으로부터 일정 거리 이격된 상부에 배치되는 고정자로 이루어지며, 상기 고정자는 적어도 하나 이상의 자기유도철심과, 상기 자기유도철심의 상부면에 장착되는 적어도 하나 이상의 감응코일부로 이루어지며, N극 및 S극 영구자석들의 회전에 의하여 발생하는 자기 에너지에 의하여 상기 감응코일부에 전류가 유도되어 출력될 수 있도록 한다.

Description

개량된 구조의 고정자를 갖는 고효율 발전기{HIGH EFFICIENCY GENERATOR WITH IMPROVED STATOR}

본 발명은 출력 효율이 향상된 발전기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 회전자와 자기유도철심의 배치 구조, 및 감응코일들간의 연결 상태를 변경함으로써 그 출력 효율을 향상시킨 발전기에 관한 것이다.

코일(도체)에 영구자석 N극 또는 S극을 움직이면 코일을 통과하는 자속의 변화(자속쇄교)에 의하여 기전력이 발생하는데 이러한 현상을 전자유도라 한다. 이때, 발생되는 기전력을 유도 기전력, 여기에 흐르는 전류를 유도전류라 한다.

전자유도에 의한 기전력의 방향은 도체에 영구자석을 움직이는 방향, 영구자석의 극성(N극, S극)에 의하여 결정된다. 렌쯔의 법칙과 플레밍의 오른손법칙은 이러한 전자유도의 방법중의 한가지임을 알 수 있다.

유도 기전력의 방향에 있어서는, 렌쯔의 법칙은 유도 기전력은 코일을 통한 자속이 증가하게 될 때 이것을 감소시키는 방향으로 감소시킬 때에는 증가시키는 방향에 발생해서 유도전류가 흐른다는 것을 정의하고 있다. 다시 말해 유도 기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향에 생기게 되는 것이다.

또한, 플레밍의 오른손 법칙은 도체가 자속을 끊었을 때 생기는 유도 기전력의 방향은 오른손으로 엄지손가락, 집게손가락, 가운데 손가락을 서로 직각으로 펴고 집게손가락을 자장의 방향에, 엄지손가락을 운동하는 방향을 가리키면 가운데 손가락은 유도 기전력의 방향으로 됨을 정의하고 있다.

그리고, 이와 같은 전자 유도의 성질을 이용한 것이 발전기이다.

이와 같은 발전기는, 다양한 에너지원으로부터 발생되는 운동에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 기기로서, 모든 발전기는 전술한 바와 같은 전자기 유도 작용을 이용하여 기전력을 발생시키게 되는 것이다.

그런데, 통상의 발전기는 자석 또는 도체를 기계적으로 회전시켜 전기를 발생시키게 되는데, 이때 코일에는 전자 유도에 의해 발생하는 역전류가 흐르게 되고, 회전자를 잡아당기는 반대자성이 형성됨으로써, 회전자는 그 자체의 전기 생산량의 2배 이상에 달하는 불필요한 부하를 받게 된다. 따라서, 통상의 발전기는 그 효율이 일반적으로 낮은 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은 회전자의 배치 구조를 변경시킴으로써 출력 효율이 향상되는 발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회전자 및 자기유도철심의 배치 구조 및 감응 코일들간의 연결 상태를 변경시켜, 전류에 의한 전기적 부하를 감소시키고, 그 결과 출력 효율을 향상시킬 수 있는 발전기를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 발전기는,

회전축과,

원통형상으로 이루어져 회전축에 연결되어 있는 회전판과, 그 가장자리의 표면에 적어도 하나 이상의 S극 영구자석 및 N극 영구자석이 교대로 장착되어 있는 회전자와,

상기 회전자의 회전궤도면으로부터 소정 거리 이격된 상부에 배치되며, 적어도 하나 이상의 자기유도철심과, 상기 자기유도철심의 상부면에 장착되는 적어도 하나 이상의 감응코일부로 이루어지는 고정자를 구비하여, N극 및 S극 영구자석들의 회전에 의하여 발생하는 자기 에너지에 의하여 상기 감응코일부에 전류가 유도되어 출력될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 감응코일부는 제1 코일이 감겨있는 제1 철심과 제2 코일이 감겨 있는 제2 철심으로 이루어지며, 제1 코일과 제2 코일의 권취방향은 서로 반대이며, 상기 감응코일부들은 서로 연속 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 발전기는, 상기 회전자의 회전궤도면을 따라 배치되는 적어도 하나 이상의 자기유도철심과 감응코일부들로 이루어지는 고정자들의 라인이 회전축의 방향으로 다수 개 형성되며, 자기유도철심들은 이웃한 라인의 자기유도철심과 서로 엇갈리게 배치되도록 한다.

본 발명에 의하여, 효율이 향상된 발전기를 제공할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류에 의한 전기적 부하가 없는 발전기에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발전기를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 발전기의 내부를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 A-A'방향에 대하여 도시한 단면도이며, 도 4는 도 1의 발전기에 대하여 도시한 정면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발전기는 회전축(100), 회전판과, N극 영구자석(110)과 S극 영구자석(112)으로 이루어지는 상기 회전자(150), 영구자석들의 회전에 의해 자기에너지가 유도되는 자기유도철심(120), 상기 자기유도철심위에 장착되는 감응코일부(130) 및 전체 구조를 지지하는 지지대(180)등을 포함한다. 이하, 전술한 각 구성요소에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 회전자(150)는, 회전축(100)에 연결되어 있는 회전판과, 상기 회전판 원주면의 가장자리에 교대로 배치된 S극 및 N극 영구자석들로 이루어진다.

한편, 고정자는 자기유도철심(120) 및 상기 자기유도철심의 상부면에 장착된 감응코일부로 이루어지며, 소정 갯수의 자기유도철심(120)은 상기 지지대(180)에 부착되어 고정되어 있으되, 상기 회전자의 회전궤도면으로부터 일정 거리가 이격된 상부 위치에 배치되어, 영구자석들을 둘러싸는 구조를 이루게 된다.

그리고, 상기 자기유도철심(120)의 상부면에 감응코일부(130)가 장착되며, 상기 감응코일부(130)는 제1 코일이 감긴 제1 철심과 제2 코일이 감긴 제2 철심으로 이루어진다. 이때, 제1 코일과 제2 코일은 서로 반대 방향으로 권취시킴으로써, 역전류에 의한 자장을 상쇄시켜 부하를 감쇄시키게 된다. 그리고, 상기 하나의 감응코일부(130)가 두 개의 자기유도철심에 걸쳐 그 상부면에 장착되며, 발전기 전체에 대하여 다수 개의 감응코일부(즉, 첫번째 감응코일부, 두번째 감응코일부, 세번째 감응코일부 등)가 장착되게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기에서의 감응코일부들의 코일들의 결선 상태를 도시한 도면이다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따라 코일들의 결선 방식을 구체적으로 설명한다. 설명의 편의상, 회전축의 회전 궤도 방향으로 나열 배치된 5개의 감응코일부를 일직선상에 배치된 상태로 설명한다.

도 5를 참조하면, 각각의 감응코일부의 제1 철심과 제2 철심에 감긴 두 개의 코일, 즉 제1 코일(400)과 제2 코일(410)들은 서로 지그재그방향으로 결선되어 연속 연결된다. 먼저, 각 감응코일부의 제1 철심에 감긴 제1 코일들의 결선 방식을 구체적으로 설명한다. 첫번째 감응코일부의 제1 코일의 출력점(A)은 두번째 감응코일부의 제1 코일의 시작점(B)과 연결되고, 두번째 감응코일부의 제1 코일의 출력점(C)은 세번째 감응코일부의 제1 코일의 출력점(D)과 지그재그 형태로 반복적으로 결선된다.

한편, 각 감응코일부의 제2 철심에 감긴 제2 코일들의 결선 방식을 구체적으로 설명한다. 첫번째 감응코일부의 제2 코일의 출력점(A')은 두번째 감응코일부의 제2 코일의 시작점(B')과 연결되고, 두번째 감응코일부의 제2 코일의 출력점(C')은 세번째 감응코일부의 제2 코일의 출력점(D')과 지그재그 형태로 반복적으로 결선된다.

이와 같이 결선된 각 감응코이루의 제1 코일과 제2 코일들로부터 최종적으로 출력되는 출력선으로부터 본 발전기에 의해 유도되는 전류가 출력되는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 자기유도철심이 회전축의 방향으로 두 개의 라인(line)(600, 610)으로 구성하고, 회전축 방향으로 인접한 자기유도철심과는 양단면이 서로 일치하지 않도록 배치된다. 이때, 인접한 라인들은 일정 거리가 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 전술한 방법과 마찬가지로, 상기 자기유도철심의 상부면에 감응코일부가 장착된다.

더 나아가서, 발전기의 효율을 향상시키기 위하여, 감응코일부가 장착된 다수 개의 자기유도철심이 하나의 라인을 이루면서 회전축의 원주 방향으로 배치되어 있으며, 이와 같은 자기유도철심의 라인들은 회전축의 길이 방향으로 다수개가 배치될 수 있다. 이때, 하나의 라인에 배치되는 자기유도철심과 감응코일부의 갯수 및 하나의 발전기에 배치되는 자기유도철심들로 이루어지는 라인의 갯수는 발전기의 효율을 향상시키기 위하여 적절하게 조정할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서 하나의 라인에 장착되는 자기유도철심의 갯수, 자기유도철심으로 이루어지는 라인의 갯수 등의 구성요소는 발전기의 효율을 증대시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의하여, 회전자의 회전에 의해 유도되는 유도전류의 효율을 향상시킬 수 있는 발전기를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 발전기의 내부를 도시한 사시도.

도 3은 도 1의 발전기에서 A-A' 방향에 대하여 도시한 단면도.

도 4는 도 1의 발전기를 도시한 정면도.

도 5는 도 1의 발전기에서 감응코일부의 제1 코일 및 제2 코일의 결선방식을 설명하기 위하여 도시한 상태도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기를 도시한 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 회전축

110 : N극 영구자석

112 : S극 영구자석

120 : 자기유도철심

130 : 감응코일부

150 : 회전자

160 : 출력단자

180 : 지지대

Claims (6)

1. 회전축;

   원통형상으로 이루어져 회전축에 연결되어 있는 회전판과, 상기 회전판 원주면의 가장자리의 표면에 교대로 배치된 적어도 하나 이상의 S극 및 N극 영구자석으로 이루어지는 회전자;

   상기 회전자의 회전궤도면으로부터 일정 거리 이격된 상부에 배치되며, 적어도 하나 이상의 자기유도철심과 상기 자기유도철심의 상부면에 장착된 감응코일부로 이루어지는 적어도 하나 이상의 고정자

   를 구비하고, N극 및 S극 영구자석들의 회전에 의하여 발생하는 자기 에너지에 의하여 상기 감응코일부에 전류가 유도되어 출력될 수 있는 발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 감응코일부는 제1 코일이 감겨있는 제1 철심과 제2 코일이 감겨 있는 제2 철심으로 이루어지며, 제1 코일과 제2 코일의 권취방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 발전기.
3. 제1항에 있어서, 상기 감응코일부들은 이웃한 감응코일부와 서로 연속 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 회전궤도면의 상부에 배치되는 고정자들은 회전자의 회전궤도면의 상부를 따라 연결 배치되며, 이와 같이 연결된 고정자들의 배치 라인이 회전자의 회전축의 방향으로 적어도 하나 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 발전기.
5. 제4항에 있어서, 상기 자기유도철심들은 이웃한 라인의 자기유도철심과 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 발전기.
6. 제1항에 있어서, 상기 고정자는 두 개의 자기유도철심위에 하나의 감응코일부가 장착되는 것을 특징으로 하는 발전기.