KR20050112619A - 고효율 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자와 고정자의 배치 구조 등을 변경함으로, 매우 간단한 구조로 이루어지되 효율이 상당히 향상된 발전기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발전기는, 원주면의 표면에 S극 및 N극 영구자석을 구비하고 회전축의 둘레에 고정 장착된 회전자, 상기 회전자의 회전면으로부터 일정 거리 이격된 상부에 배치되며 자기유도철심과 코일로 이루어지는 고정자를 포함한다.

본 발명에 의하여, 종래의 발전기보다 효율이 상당히 향상된 발전기를 제공할 수 있게 된다.

Description

고효율 발전기{GENERATOR HAVING HIGH EFFICIENCY}

본 발명은 고효율 발전기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로, 회전자와 고정자의 배치 구조 및 고정자의 코일의 권선 방식을 변경함으로써 발전기의 효율을 개선한 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. 이와 같은 종래의 발전기의 발전 효율은 평균 30-40% 정도에 불과하다.

따라서, 본 출원인은 종래의 발전기보다 효율이 향상된 발전기를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 매우 간단한 구조를 가지면서도 종래의 발전기보다 효율이 개선된 발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상대적으로 작은 운동에너지가 공급되더라도 일정량 이상의 전기를 생성하여 출력시킬 수 있는 발전기를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전기의 특징은,

전체 구조를 지지하는 지지대와,

상기 지지대에 장착되되, 외부로부터 공급되는 에너지에 의해 회전되는 회전축과,

상기 회전축의 둘레에 고정되어 회전축의 회전시 함께 회전하며, 그 가장자리에 N극과 S극의 영구자석이 교대로 장착되어 있는 회전자와,

상기 지지대에 고정되어 있되, 상기 회전자의 회전궤도면으로부터 일정 거리 이격된 상부에 배치되며, 자기유도철심 및 상기 자기유도철심을 권취하는 코일로 이루어지는 고정자를 구비하며, 상기 고정자의 개수와 회전자에 장착되는 영구자석의 개수는 서로 일치하지 않는 것이다.

여기서, 상기 회전자에 장착되는 영구자석의 개수와 상기 고정자의 개수는 10:8의 비율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고정자의 코일은 회전축과 평행한 방향으로 상기 자기유도철심의 중앙에 권취되는 것이 바람직하다.

상기 고효율 발전기는 풍력 발전기에 적용될 수 있다.

본 발명에 의하여, 매우 간단한 구조를 가지면서도 발전 효율이 향상된 발전기를 제공할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 발전기의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 발전기를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A' 방향에 대하여 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B' 방향에 대하여 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 발전기는 전체 구조를 지지하는 지지대(160), 회전축(100), S극 영구자석(120)과 N극 영구자석이 장착되어 있는 회전자(110), 자기유도철심(140)과 상기 자기유도철심을 권취하는 코일(150)로 이루어지는 고정자를 포함한다. 이하, 전술한 각 구성 요소에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 회전축은 지지대의 중앙에 장착되어 있으며, 외부로부터 공급되는 에너지를 이용하여 회전하게 된다. 한편, 상기 회전자(110)는 상기 회전축(100)의 원주면의 둘레에 고정 배치되어 있으며, 그 가장자리의 둘레에 S극 영구자석(120)과 N극 영구자석(122)이 교대로 장착되어 있다.

한편, 상기 고정자는 자기유도철심(140)과 상기 자기유도철심을 권취하는 코일(150)로 이루어지는데, 상기 고정자는 지지대에 장착되어 고정되어 있으되, 회전자의 회전면으로부터 일정 거리 이격되어 있는 상부에 배치된다. 고정자의 자기유도철심(140)은 회전자의 S극 및 N극 영구자석과 마주보는 위치에 배치된다.

상기 코일(150)은 자기유도철심의 중심 부분을 감고 있으며, 그 상부 및 하부 영역은 자기유도철심으로 둘러싸여 있다.

자기유도철심과 코일로 이루어지는 고정자의 개수는 회전자의 S극 및 N극 영구자석의 개수와 서로 일치하지 않도록 함으로써, 회전자의 회전에 의해 회전자와 고정자간에 형성되는 자기에너지의 힘을 분산시키도록 한다. 그 결과, 회전자의 영구자석과 고정자의 자기유도철심 사이에서 형성되는 인력 또는 척력이 서로 다르므로, 회전자의 회전력이 증가하게 되고 따라서 발전기의 효율이 증가될 수 있게 된다.

특히, 실험적으로, 회전자에 배치되는 영구자석의 개수와 고정자의 개수는 10:8인 것이 가장 바람직하며, 이 경우 발전기의 효율이 매우 향상되었다.

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 들어, 본 발명의 실시예에서, 회전자에 장착되는 영구자석의 개수, 고정자의 개수, 고정자의 구조 등은 발전기의 효율을 향상시키기 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 따른 발전기에 의하여, 적은 량의 전력이 입력되더라도 일정량이상의 전기를 생성하여 출력할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의하여, 발전기의 효율을 상당히 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 발전기는 비교적 적은 량의 풍력에너지를 이용하여 가동될 수 있기 때문에, 매우 경제적으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 발전기를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 A-A' 방향에 대하여 도시한 단면도.

도 3은 도 1의 B-B' 방향에 대하여 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 회전축

110 : 회전자

120 : S극 영구자석

122 : N극 영구자석

140 : 자기유도철심

150 : 코일

160 : 지지대

Claims (4)

1. 전체 구조를 지지하는 지지대;

   상기 지지대에 장착되되, 외부로부터 공급되는 에너지에 의해 회전되는 회전축;

   상기 회전축의 둘레에 고정되어 회전축의 회전시 함께 회전하는 회전판과, 상기 회전판의 원주면의 가장자리에 교대로 배치된 N극과 S극 영구자석으로 이루어지는 회전자;

   상기 지지대에 고정되어 있되, 상기 회전자의 회전궤도면으로부터 일정 거리 이격된 상부에 배치되며, 자기유도철심 및 상기 자기유도철심을 권취하는 코일로 이루어지는 고정자;

   를 구비하여, 상기 고정자의 개수와 회전자에 장착되는 영구자석의 개수는 서로 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전자에 장착되는 영구자석의 개수와 상기 고정자의 개수는 10:8의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정자의 코일은 상기 회전축과 평행한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.
4. 제1항에 있어서, 상기 고효율 발전기는 풍력 발전기에 적용되는 것을 특징으로 하는 고효율 발전기.