KR20090074186A - 발전기 - Google Patents

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KR20090074186A
KR20090074186A KR1020097007173A KR20097007173A KR20090074186A KR 20090074186 A KR20090074186 A KR 20090074186A KR 1020097007173 A KR1020097007173 A KR 1020097007173A KR 20097007173 A KR20097007173 A KR 20097007173A KR 20090074186 A KR20090074186 A KR 20090074186A
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KR1020097007173A
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Inventor
존 레슬리 제퍼슨
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윈드 컨셉트 리미티드
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Publication date
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Abstract

발전기(10)는 하우징(11)과, 상기 하우징(11)내에 장착된 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)와, 상기 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)의 사이의 상기 하우징(11)내의 위치에 준비되고 장착된 코일 플레이트(14)를 포함하여 이루어진다. 구동축(15)은 하우징(11)내에 위치하고, 한쌍의 자석 종단 플레이트(12, 13)와 결합된다. 각 자석 종단 플레이트(12, 13)는 그들 위에 배치된 다수의 영구자석(17)을 가진다. 코일 플레이트(14)는 양면에서 보여질 수 있도록 그안에 다수의 자석 와이어 코일(도시되지 않음)이 매립설치된다. 동작시에, 구동축(15)의 회전은 자석 종단 플레이트(12, 13)가 코일 플레이트(14)에 대하여 이동하도록 함으로써 각 면의 각 자석 와이어 코일(도시되지 않음)을 여기시켜서 그 안에 교류 전류가 생성되도록 한다.
자석 종단 플레이트, 코일 플레이트, 자석 와이어 코일, 구동축, 하우징

Description

발전기{AN ALTERNATOR}
본 발명은 발전기에 관한 것으로서, 특히 기계적 에너지를 교류 전류 전기적 에너지로 변환하는 영구자석 발전기에 관한 것이다.
전류 영구자석 발전기는 일반적으로, 로터 또는 구동축, 상기 로터 또는 구동축의 회전을 위해 장작된 자석 로터 어셈블리, 내부에 설치된 자석 와이어 코일을 구비한 고정자를 포함하여 이루어진다. 자기장 플럭스가 구리 전선과 같은 고정된 전기 도체로 이동하게 될 때, 또는 그 반대일때, 자기장 플럭스는 전기 도체상에 기전력(EMF) 또는 전압을 발생시킨다. 만약, 전기 도체가 전기 부하에 연결되어 있다면, 전류가 흐르게 된다. 상기 전류 영구자석 발전기의 자석 로터 어셈블리가 고정자에 대하여 회전을 하고, 교류전류가 상기 고정자의 자석 와이어 코일에서 생성된다. 상기 고정자의 자석 와이어 코일은 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기에 연결된다.
일반적인 금속 코어 발전기에 비해서 이러한 영구자석 발전기의 주된 장점은, 코깅(cogging)과 에디 전류(eddy current)로 인한 전력 출력의 손실이 3~4% 정도로 감소된다는 점이다. 위에서 언급한 타입의 영구자석 발전기는, 풍력 터빈에서의 사용을 위해 영국의 Ross shire, IV23 2RE의 스코레이그 윈드 일렉트릭 어브 던 도넬사(Scoraig Wind Electric Dundonnell)에 의해 설계되고 공급되어 왔다.
그러나, 위에서 설명된 영구자석 발전기의 문제점은 상대적으로 낮은 효율을 가지고 있다는 점이다. 다시 말하면, 전기 에너지 출력이 기계적 에너지 입력에 비하여 낮다는 점이다.
발전기-정류기 시스템의 효율(n)은 다음의 수식에 의해 결정된다.
n = P/Pmech × 100%
여기에서, P는 발전기-정류기 시스템의 순수 DC 전력 출력이고, Pmech는 발전기로 입력된 기계적 일률이다. 상기 발전기-정류기 시스템으로부터의 전력 출력은 간단하게 측정될 수 있는데, 전압 출력은 전압계를 사용하여 측정될 수 있다. 발전기의 기계적 일률을 측정하기 위한 가장 직접적인 방법은 회전축에 의해 전달되는 토크를 측정하는 것이다. 이것은 특정한 센서와, 상기 센서로부터 데이터를 송신하기 위한 시스템을 필요로 한다. 위에서 설명된 타입의 영구자석 발전기는 위의 수식에 기초하여 볼 때 40~60%의 효율을 가진다.
상기 영구자석과 그 코일의 고정된 권선수에 의해 생성된 자기장의 고정된 힘 때문에, 위에서 설명한 타입의 영구자석 발전기의 전압 출력(전기 에너지 출력)은 자기 플럭스의 변화율에 따라 변하게 된다. 상기 자기 플럭스의 변화율은 영구자석의 회전속도에 직접적으로 비례한다. 그러므로, 정격치로 출력 전압을 유지하기 위하여, 회전속도의 제어 또는 적합한 타입의 외부 전기 제어의 도입이 필요하다. 이 경우에 영구자석 발전기의 효율은 부정적인 영향을 받는다.
구동축의 속력이 일정할 때, 단지 하나의 기설정된 전압 출력만이 생성될 수 있다는 점에서, 위에서 설명된 영구자석 발전기는 또한 제한되어진다.
이에따라, 향상된 효율을 갖는 발전기, 즉 기계적 에너지 입력으로부터 높은 전기적 에너지 출력을 갖는 발전기를 필요로 하게 된다.
본 발명은, 하우징과, 각 자석 종단 플레이트가 평평한 표면의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있는 다수의 영구 자석을 가지고 있으며, 하나의 대향 자석 종단 플레이트상의 자석은 다른 자석 종단 플레이트상의 반대 극성을 가진 자석과 정렬되며, 상기 하우징내에 장착되어 있는 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트와, 내부에 고정적으로 배치된 다수의 자석 와이어 코일을 가지고 있으며, 상기 한쌍의 자석 종단 플레이트의 사이에 장착된 코일 플레이트와, 서로의 상대적인 회전이 각 면의 각 자석 와이어 코일을 여기시킴으로써 교류 전류를 생성시킬 수 있도록 상기 한쌍의 자석 종단 플레이트 또는 코일 플레이트와 결합된 구동축을 포함하여 이루어진다.
각 면의 코일 플레이트의 자석 와이어 코일의 여기는 상기 코일 플레이트의 자석 와이어 코일에서 유도되는 전압을 증가시킨다.
자석 와이어 코일이 여기될 때 유도된 전체적인 전압 출력은, 코일 플레이트의 자석 와이어 코일이 한쪽면에서만 여기될 때 유도된 전체적인 전압보다 항상 크고, 각각의 경우의 구동축의 속력은 동일하다. 본 발명에 따른 발전기를 흐르는 교류전류의 암페어 크기는 동일한 크기의 일반적인 영구자석 발전기를 흐르는 교류전류의 크기보다 상당히 크다.
그러므로, 본 발명에 따른 발전기와 관련된 효율은 동일한 크기의 일반적인 영구자석 발전기의 효율보다 항상 크다.
본 발명에 따른 발전기의 하나의 실시예에서, 복수의 내부 자석 플레이트는 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트의 사이의 하우징안에 장착되고, 각각의 내부 자석 플레이트는 평평한 표면의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있는 다수의 영구 자석을 가지고 있으며, 내부 자석 플레이트의 대향된 평평한 표면상의 자석은 자석 종단 플레이트상의 자석과 정렬되며, 인접한 자석 플레이트상의 정렬된 자석은 반대 극성을 가지며, 코일 프레이트는 인접한 자석 플레이트들 사이에 설치된다.
각 코일 플레이트는 인접한 자석 플레이트에 의해 각 면에서 여기되고, 이에 따라 증가된 전압 출력의 특성을 보여준다. 위에서 설명한 바와 같은, 자석 플레이트의 배열과, 그리고 이에 대응하는 코일 플레이트는 구동축의 속력이 가변적일 때 하나의 일정한 전압 출력이 생성되도록 하고, 구동축의 속력이 일정할 때 많은 일정 전압이 생성되어 출력된다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 자석 종단 플레이트 및 내부 자석 플레이트상의 영구자석의 위치는, 동작시에, 자석 플레이트의 토크 부하가 발전기로부터 인가되는 필요 전압 출력의 부하로 감소되는 것을 의미한다. 그것은 내부 토크 부하를 경험하는 자석 종단 플레이트만이다. 상기 자석 플레이트는 비슷한 출력을 자긴 일반적으로 알려진 발전기보다 더 가벼운 구조가 될 수 있다.
상기한 발전기의 설계는, 움직이는 부분이 거의 없으며, 서로 마찰하거나 마모되는 부분도 없으며, 철제 코어주위에 권선된 와이어 코일에 대립되어 있듯이 코어가 없는 자석 와이어 코일을 구비하며, 자석 플레이트상에 감소된 토크 부하를 가지고 있음으로써, 코깅과 에디 전류로 인한 전력 출력의 손실을 거의 0%로 감소시킨다.
바람직하게는, 각 코일 플레이트는 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 정류기에 연결된다.
근대화된 세상에서 거의 모든 기기들이 교류 전류를 사용하기보다는 직류 전류를 사용하여 동작된다. 따라서, 본 발명에 따른 발전기의 교류 전류 출력은 직류 전류로 변환되어야 한다.
본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예에서, 자석 플레이트는 구동축의 회전을 위해 장착되고, 각 코일 플레이트는 하우징옆의 위치에 설치된다.
각 코일 플레이트에 대한 자석 플레이트의 회전은 자석 와이어 코일에서 전압을 발생시키는데 가장 효과적인다. 각면의 자석 와이어 코일이 여기되었을 때 유도된 전압은, 코일 플레이트의 자석 와이어 코일이 단지 한쪽면에서만 여기되었을 때 유도된 전압보다 항상 크다.
본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예에서, 각 코일 플레이트는 구동축의 회전을 위하여 장착되고, 자석 플레이트는 하우징 옆의 위치에 설치된다.
자석 플레이트에 대한 각 코일 플레이트의 회전은 자석 와이어 코일에서 전압을 유도시키기 위하여 또한 효과적이다. 각 면에서 자석 와이어 코일이 여기될 때 유도된 전압은 상기 코일 플레이트의 자석 와이어 코일이 단지 한쪽면에서만 여기되었을 때 유도된 전압보다 항상 크다.
바람직하게는, 상기 자석 와이어 코일은 구동축상에 장착된 슬립링에 의해 각 정류기에 연결된다.
각 회전 코일 플레이트에서 생성된 교류 전류는 슬립링에 의해 각 정류기로 전달된다.
본 발명에 따른 발전의 다른 실시예에서, 각 코일 플레이트는 구동축의 rpm당 기설정된 전압 출력을 생성한다.
바람직하게는, 각 코일 플레이트의 자석 와이어 코일의 권선 수는, 코일 플레이트를 위한 구동축의 rpm당 전압 출력을 결정한다.
각 개별적인 코일 플레이트의 자석 와이어 코일은, 각 코일 플레이트가 구동축의 rpm당 서로 다른 전압 출력을 생산할 수 있도록 하기 위하여 권선될 수 있다. 이것은 구동축의 속력이 가변적일 때 하나의 일정한 전압 출력을 생산하도록 하고, 구동축의 속력이 일정할 때 많은 일정한 전압 출력을 생산하도록 한다.
본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예에서, 구동축은 가변속도로 조정될 수 있다.
바람직하게는, 발전기는 구동축의 rpm을 측정하기 위한 수단을 더 포함하여 이루어진다.
더욱 바람직하게는, 상기한 구동축의 rpm 측정을 위한 수단은 센서이다.
한층 더욱 바람직하게는, 제어 유니트가 코일 플레이트로부터의 전압 출력을 모니터하고, 발전기로부터의 일정한 전압 출력을 제공할 수 있도록 한다.
가장 바람직하게는, 상기 제어 유니트는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 이루어지고, 구동축의 rpm에 따라 개별적인 코일 플레이트를 회로 안으로 또는 밖으로 절환시킨다.
각 개별 코일 플레이트의 자석 와이어 코일은, 각 코일 플레이트가 구동축의 rpm당 서로 다른 전압 출력을 생산하도록 권선된다. 상기한 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 구동축의 rpm을 모니터하고, 따라서 발전기의 전압 출력을 모니터한다. 구동축의 rpm과 발전기의 전압출력은 서로 직접적으로 관련된다. 상기한 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 구동축의 rpm당 관련 전압 출력으로 제1 코일 플레이트를 구분하고, 상기 제1 코일 플레이트를 회로안으로 절환시킨다. 구동축의 rpm이 가변됨에 따라, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 회로밖으로 절환시키고, 구동축의 rpm당 관련 전압 출력으로 제2 코일 플레이트를 구분하고, 제2 코일 플레이트를 회로안으로 절환시킨다. 구동축의 속력에 따라 개별적인 코일 플레이트를 회로안으로 또는 회로밖으로 절환시키는 과정은, 구동축의 속력이 가변적일 때 하나의 일정한 전압을 생성하도록 한다.
하나의 실시예에서, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는, 구동축의 rpm이 필요한 전압 출력보다 과동하게 생성될 때에 개별적인 코일 플레이트를 회로밖으로 절환시킨다.
프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 구동축의 rpm과 이에 따라 발전기의 출력전압을 모니터한다. 만약, 발전기의 전압 출력이 필요한 전압 출력을 초과하게 되면, 발전기로부터 전류가 흐르게 되는 기기에서 전압 스파이크가 발생되는 것을 방지하기 위하여 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 개별적인 코일 플레이트를 회로밖으로 절환시킨다.
본 발명에 따른 발전기의 다른 실시예에서, 구동축은 풍력 터빈에 연결된다.
본 발명에 따른 발전기의 또 다른 실시예에서, 구동축은 일정한 속력으로 조정된다.
바람직하게는, 다수의 기설정된 전압 출력은 생성될 수 있고, 그리고 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 필요한 특정 전압 출력에 따라 개별적인 코일 플레이트를 회로 안으로 또는 회로 밖으로 절환시킬 수가 있다.
구동축의 rpm은 일정하며, 코일 플레이트가 구동축의 rpm당 서로 다른 전압 출력을 생산하도록 하기 위하여 각 개별적인 코일 플레이트의 자석 와이어 코일이 권선된다. 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는, 필요한 특정 전압 출력과 관련된 구동축의 rpm당 전압 출력으로 코일 플레이트를 구분하고, 이 코일 플레이트들을 회로안으로 절환시킨다. 이 것은 구동축의 속력이 일정할 때 다양한 일정 전압 출력을 생성할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 발전기의 또 다른 실시예에서, 고 임피던스 저항은, 사용되지 않은 또는 회로 밖의 코일 플레이트에서의 전압 스파이크를 방지한다.
바람직하게는, 상기한 자석 플레이트는 스테인리스 스틸, 스테인리스 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 구성된다.
바람직하게는, 상기한 코일 플레이트는 유리 섬유(fiber glass)와 같은 비전도체로 구성된다.
도 1은 본 발명에 따른 발전기의 제1 실시예의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 발전기의 자석 종단 플레이트의 단면도이다.
도 3은 도 1의 본 발명에 따른 발전기의 코일 플레이트의 단면도이다.
도 4는 도 1의 본 발명에 따른 발전기의 스페이서의 단면도이다.
도 5는 도 1의 본 발명에 따른 발전기의 자석 종단 플레이트, 코일 프레이트, 스페이서가 설치된 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 발전기의 제2 실시예의 측단면도이다.
도 7은 도 6의 본 발명에 따른 발전기의 동작시의 자석 플레이트상에서의 힘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6의 본 발명에 따른 발전기의 전기 회로의 회로도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발전기는 부호 10으로 도시되어 있으며, 상기한 발전기(10)는 하우징(11)과, 상기 하우징(11)내에 장착된 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)와, 상기 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)의 사이의 상기 하우징(11)내의 위치에 준비되고 장착된 코일 플레이트(14)를 포함하여 이루어진다. 구동축(15)상의 스페이서(16)는 상기 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13) 사이의 설정 거리를 유지한다.
각각의 자석 종단 플레이트(12, 13)는 다수의 영구자석(17)이 그들 위에 설치된다. 대향 자석 종단 플레이트(12)상의 자석(17)은 다른 자석 종단 플레이트(13)상의 다른 극성을 가진 자석(17)과 정렬된다.
도 2를 참조하면, 자석 종단 플레이트(12)가 좀더 구체적으로 도시되어 있다. 다수의 영구자석(17)이 평평한 표면(18)의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있다. 중앙홀(18)은 그안에 배열된 위치홈(20)이 구비되고, 상기한 위치홈(20)은 서로 2개의 자석 플레이트를 정렬하기 위한 구동축(15)을 따라서 축방향으로 장착된 보충 리지(도시되지 않음)와 작용한다. 표면(18)에 있는 한세트의 볼트홀(21)은 상기 자석 종단 플레이트(21)를 서로 볼트결합하도록 해준다.
상기 자석 종단 플레이트(13)는, 자석의 극성이 반대로 되어 있다는 점을 제와하고는, 상기 자석 종단 플레이트(12)와 동일한 구조를 갖는다.
도 3을 참조로 하면, 코일 플레이트(14)가 좀더 구체적으로 도시되어 있다. 상기 코일 플레이트(14)는 동등한 간격으로 매립되어 있는 다수의 자석 와이어 코일(22)을 가지고 있어서, 각각의 자석 와이어 코일(22)이 양쪽면에서 보일 수 있도록 한다. 상기 자석 와이어 코일(22)은 교류 전류를 사용 직류 전류로 변환하기 위한 정류기(도시되지 않음)에 연결된다.
코일 플레이트(14)의 바깥 모서리 주위에 위치한 한세트의 리테이닝 홀(23) 은 하우징(11)내의 위치에 있는 코일 플레이트(14)를 지지하기 위한 유지 볼트(도시되지 않음)와 결합되기 위하여 설치된다.
도 4를 참조로 하면, 스페이서(16)가 좀더 구체적으로 도시되어 있다. 가운데에 위치한 홀(25)은 구동축(15)과 결합되기 위한 크기를 가지며, 상기 자석 종단 플레이트의 위치홈(20)과 유사한 위치홈(26)을 포함하여 이루어진다.
동작시에, 상기 코일 플레이트(14)에 대한 자석 종단 플레이트(12, 13)의 회전은 각 면의 각각의 자석 와이어 코일(22)을 여기시킴으로써 그안에 교류 전류를 생성시킨다.
각 면의 자석 와이어 코일이 여기될 때 생성된 전체적인 전압 출력은, 코일 플레이트(14)의 자석 와이어 코일(19)이 한쪽면에서만 여기될 때 생성된 전체적인 전압보다 크고, 각각의 경우의 구동축(15)의 속력이 동일하다는 것은 명백하다.
그러므로, 발전기(10)의 효율은 동일한 크기의 일반적인 영구자석 발전기의 효율보다 항상 크다.
도 5를 참조로 하면, 자석 종단 플레이트(12), 코일 플레이트(14), 스페이서(16)의 구조를 좀더 구체적으로 볼 수가 있다. 각각의 자석 와이어 코일(22)은, 자석 종단 플레이트(12)상의 자석(17)이 보여질 수 있는 개방 코어(27)의 주위에 일반적으로 사다리꼴 모양으로 권선된다. 상기 코일 플레이트(14)의 중앙 개구부(28)안에서 자유롭게 회전되는 구동축(15)과 스페이서(16)를 상기 코일 플레이트(14)가 감싸고 있다.
도 6을 참조로 하면, 본 발명에 따른 발전기의 제2 실시예가 부호 30으로 도 시되어 있으며, 제1 실시예의 구성요소와 유사한 구성요소는 동일한 부호에 의하여 표현된다. 다수의 내부 자석 플레이트(31)가, 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)의 사이의 상기 하우징(11)내의 구동축(15)상에 장착된다. 코일 플레이트(14)는 근접한 자석 플레이트(12, 13, 31)의 사이에 장착된다.
각각의 내부 자석 플레이트(31)는 다수의 영구자석(17)이 원주상에 설치되고 각각의 평평한 표면(32)의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있다.
상기 내부 자석 플레이트(31)의 대향된 평평한 표면(32)상의 자석(17)은 자석 종단 플레이트(12, 13)의 자석(17)과 함께 정렬되고, 인접한 자석 플레이트(12, 13, 31)의 정렬된 자석(17)은 반대 극성을 갖는다.
발전기(30)의 각각의 개별 코일 플레이트(14)의 자석 와이어 코일(도시되지 않음)은 구동축(15)의 rpm 당 서로 다른 전압 출력을 생성한다.
도 7을 참조로 하면, 자석 종단 플레이트(12, 13) 및 내부 자석 플레이트(31)상의 영구자석(17)의 위치는, 동작시에, 내부 자석 플레이트(31)의 토크 부하가 발전기(30)로부터 인가되는 부하로 감소하는 것을 의미한다. 그것은 내부 토크 부하를 경험하는 자석 종단 플레이트(12, 13)만이다.
도 8을 참조로 하면, 발전기(30)의 각각의 코일 플레이트(14)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위하여 정류기(32)에 연결된다. 발전기(30)는 센서(34)와 PLC(35)를 더 포함하여 이루어진다. 상기한 센서(34)는 구동축(도시되지 않음)의 rpm을 측정하고, 회전하는 구동축(도시되지 않음)으로부터 전달된 토크를 측정한다. 적어도 하나의 코일 플레이트(14)는 아날로그 입력(도시되지 않음)에 의해 상 기 PLC(35)에 연결되고, 이에 따라 상기 PLC(35)는 상기 코일 플레이트(14)의 전압 출력을 모니터한다. 센서(34)에 의해 수집된 데이터는 상기 PLC(35)로 전송된다. 상기 PLC(35)는 개별적인 코일 플레이트(14)를 구동축(15)의 rpm에 따라 회로 안 또는 밖으로 절환시킨다.
동작시에, 구동축(도시되지 않음)이 가변속도로 작동될 때, PLC(35)는 구동축(15)의 rpm과, 그에 따른 발전기(30)의 전압출력을 모니터한다. 구동축(15)의 rpm과 발전기(30)의 전압출력은 서로 직접적으로 연관되어 있다. 상기 PLC(35)는 구동축(15)의 rpm당 관련 전압 출력과 함께 다수의 코일 플레이트(14)의 제1 코일 플레이트(36)를 식별하고, 상기 제1 코일 플레이트(36)를 회로안으로 절환시킨다.구동축의 rpm이 가변됨에 따라, PLC(35)는 회로로부터 제1 코일 플레이트(36)를 절환시키고, 구동축의 rpm당 현재의 관련 전압 출력과 함께 제2 코일 플레이트(37)를 식별하고, 상기 제2 코일 플레이트(37)를 회로안으로 절환시킨다. 개별적인 코일 플레이트(14)는, 구동축의 rpm의 변화 그리고 이에 따른 발전기(30)로부터의 전체적인 전압 출력의 변화에 응답하여 계속적으로 회로 안 또는 밖으로 절환된다. 하나의 일정 전압 출력이 생성된다.
상기 PLC(35)는, 구동축의 rpm이 과다 전압 출력을 생성함으로써 발전기(30)로부터 전류를 끌어내는 부하(44)에서의 전압 스파이크를 방지할 때, 개별적인 코일 플레이트(14)를 회로 밖으로 절환시킨다.
도 6 내지 도 8을 참조로 하면, 발전기(30)는 60~240 rpm으로 속력이 변화하는 구동축(15)상에서 12 볼트를 생성하도록 설계되어 있다. 발전기(30)는 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트(12, 13)의 사이의 하우징(11)내에 장착된 7개의 내부 자석 플레이트(31)를 가진다. 8개의 코일 플레이트(36~43)은 인접한 자석 플레이트(12, 13, 31)의 사이에 장착된다.
동작시에, 코일 플레이트(36~39)는 PLC(35)에 의해 개별적으로 회로 안과 밖으로 절환된다. 코일 플레이트(40, 41)와 코일 플레이트(42, 43)는 한쌍으로 회로의 안과 밖으로 절환된다.
따라서, 6개의 다른 코일 플레이트(14)/ 코일 플레이트(14)들의 조합이 240 rpm의 속력 차로 결합될 수 있다. 각각의 코일 플레이트/ 코일 플레이트 조합(14)은 40 rpm(240/6 = 40 rpm)의 범위내에서 동작한다.
발전기(30)로부터 전류를 끌어내는 부하(44)는 12볼트(V) 배터리이다. 따라서, 발전기(30) 시스템으로부터 요구되는 전압 출력은 12볼트(V)이다.
코일 플레이트(36)는 60~100 rpm의 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 상기 코일 플레이트(36)의 자석 와이어 코일은 구동축(15)의 rpm 당 0.2 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
60 rpm × 0.2 V = 12 V
100 rpm × 0.2 V = 20 V
전압차 = 8V
코일 플레이트(37)는 100~140 rpm 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 코일 플레이트(37)의 자석 와이어 코일은 구동축(15)의 rpm 당 0.12 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
100 rpm × 0.12 V = 12 V
140 rpm × 0.2 V = 16.8 V
전압차 = 4.8V
코일 플레이트(38)는 140~180 rpm 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 코일 플레이트(38)의 자석 와이어 코일은 구동축(15)의 rpm 당 0.086 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
140 rpm × 0.086 V = 12 V
180 rpm × 0.086 V = 15.48 V
전압차 = 3.48V
코일 플레이트(39)는 180~220 rpm 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 코일 플레이트(39)의 자석 와이어 코일은 구동축(15)의 rpm 당 0.067 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
180 rpm × 0.067 V = 12 V
220 rpm × 0.067 V = 14.74 V
전압차 = 2.74V
코일 플레이트(40, 41)는 220~260 rpm 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 코일 플레이트(40, 41)의 자석 와이어 코일은 집합적으로 구동축(15)의 rpm 당 0.055 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
220 rpm × 0.055 V = 12.1 V
260 rpm × 0.055 V = 14.3 V
전압차 = 2.2V
코일 플레이트(42, 43)는 260~300 rpm 범위내에서 동작한다. 12볼트(V)를 생산하기 위하여, 코일 플레이트(42, 43)의 자석 와이어 코일은 집합적으로 구동축(15)의 rpm 당 0.046 볼트(V)를 생산하도록 권선된다.
260 rpm × 0.046 V = 12 V
300 rpm × 0.046 V = 13.8 V
전압차 = 1.8V
PLC(35)는 구동축(15)의 속력이 60 rpm에 이르자마자 회로 안으로 절환시킨다. 코일 플레이트(36)는 60~100 rpm의 범위내에서 계속 작동될 것이다. 얻을 수 있는 최대 전압차는 8볼트(V)이다. 과도 전압 출력은 전압 조정기(도시되지 않음)에 의해 12볼트(V) 이하로 조정된다. 이것은 발전기로부터 전류를 끌어다 쓰는 어떠한 기기에서의 전압 스파이크를 방지한다.
본 발명은 발전기와 이를 응용한 분야에서 이용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 하우징과,
    각 자석 종단 플레이트가 평평한 표면의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있는 다수의 영구 자석을 가지고 있으며, 하나의 대향 자석 종단 플레이트상의 자석은 다른 자석 종단 플레이트상의 반대 극성을 가진 자석과 정렬되며, 상기 하우징내에 장착되어 있는 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트와,
    내부에 고정적으로 배치된 다수의 자석 와이어 코일을 가지고 있으며, 상기 한쌍의 자석 종단 플레이트의 사이에 장착된 코일 플레이트와,
    서로의 상대적인 회전이 각 면의 각 자석 와이어 코일을 여기시킴으로써 교류 전류를 생성시킬 수 있도록 상기 한쌍의 자석 종단 플레이트 또는 코일 플레이트와 결합된 구동축을 포함하여 이루어지는 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 내부 자석 플레이트는 한쌍의 대향 자석 종단 플레이트의 사이의 하우징안에 장착되고, 각각의 내부 자석 플레이트는 평평한 표면의 원주상에 극성이 교대로 설치되어 있는 다수의 영구 자석을 가지고 있으며, 내부 자석 플레이트의 대향된 평평한 표면상의 자석은 자석 종단 플레이트상의 자석과 정렬되며, 인접한 자석 플레이트상의 정렬된 자석은 반대 극성을 가지며, 코일 프레이트는 인접한 자석 플레이트들 사이에 설치되는 발전기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 코일 플레이트는 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 정류기에 연결되는 발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기한 자석 플레이트는 구동축의 회전을 위해 장착되고, 각 코일 플레이트는 하우징옆의 위치에 설치되는 발전기.
  5. 제3항에 있어서,
    각 코일 플레이트는 구동축의 회전을 위하여 장착되고, 자석 플레이트는 하우징 옆의 위치에 설치되는 발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자석 와이어 코일은 구동축상에 장착된 슬립링에 의해 각 정류기에 연결되는 발전기.
  7. 제2항 내지 제6항중 어느 한항에 있어서,
    각 코일 플레이트는 구동축의 rpm당 기설정된 전압 출력을 생성하는 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    각 코일 플레이트의 자석 와이어 코일의 권선 수는, 코일 플레이트를 위한 구동축의 rpm당 전압 출력을 결정하는 발전기.
  9. 제2항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서,
    상기 구동축은 가변속도로 조정될 수 있는 발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    구동축의 rpm을 측정하기 위한 수단을 더 포함하여 이루어지는 발전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기한 구동축의 rpm 측정을 위한 수단은 센서로 이루어지는 발전기.
  12. 제9항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서,
    제어 유니트가 코일 플레이트로부터의 전압 출력을 모니터하고, 발전기로부터의 일정한 전압 출력을 제공할 수 있도록 하는 발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 이루어지고, 구동축의 rpm에 따라 개별적인 코일 플레이트를 회로 안으로 또는 밖으로 절환시키는 발 전기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는, 구동축의 rpm이 필요한 전압 출력보다 과동하게 생성될 때에 개별적인 코일 플레이트를 회로밖으로 절환시키는 발전기.
  15. 제9항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서,
    상기한 구동축은 풍력 터빈에 연결되는 발전기.
  16. 제2항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동축은 일정한 속력으로 조정되는 발전기.
  17. 제16항에 있어서,
    다수의 기설정된 전압 출력은 생성될 수 있고, 그리고 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 필요한 특정 전압 출력에 따라 개별적인 코일 플레이트를 회로 안으로 또는 회로 밖으로 절환시키는 발전기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기한 구동축은 연소 엔진에 연결되는 발전기.
  19. 제13항, 제14항, 제17항중 어느 한 항에 있어서,
    고 임피던스 저항은, 사용되지 않은 또는 회로 밖의 코일 플레이트에서의 전압 스파이크를 방지하는 발전기.
  20. 제1항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서,
    상기한 자석 플레이트는 스테인리스 스틸, 스테인리스 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 구성되는 발전기.
  21. 제1항 내지 제20항중 어느 한 항에 있어서,
    상기한 코일 플레이트는 유리 섬유와 같은 비전도체로 구성되는 발전기.
  22. 제1항에 있어서,
    도 1 내지 6 및 도 6 내지 8에서 설명되고, 특정한 도면부호와 함께 기술된 발전기.
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