KR20100068616A - 고효율용 쌍코어 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율용 쌍코어 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 코어 구조 및 권선 방법에 의해 필연적으로 발생하는 역기전력에 의하여 회전 역방향으로 끌어당기는 부하, 열 발생 등을 최소화하는 고효율용 쌍코어 구조에 관한 것이다.

본 발명인 고효율용 쌍코어 구조는,

역기전력에 의해 발생하는 부하를 상쇄시키기 위하여,

제1코일(110)이 권선되는 제1코어부(120)와;

제2코일(210)이 권선되는 제2코어부(220)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측이 결합되는 제1자기유도코어부(300)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측이 결합되는 제2자기유도코어부(400);를 포함하여 구성되되, 상기 제1코일과 제2코일은 반대 방향으로 권선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 쌍코어 구조를 제공하여 역기전력에 의해 발생하는 제반 부하(회전의 역방향으로 끌어당기는 부하) 및 열 발생을 최소화하는 효과를 제공하게 된다.

영구자석, 전동기, 코일, 발전기, 역기전력.

Description

고효율용 쌍코어 구조{double-core structure for high-utility.}

본 발명은 고효율용 쌍코어 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 코어 구조 및 권선 방법에 의해 필연적으로 발생하는 역기전력에 의하여 회전 역방향으로 끌어당기는 부하, 열 발생 등을 최소화하는 고효율용 쌍코어 구조에 관한 것이다.

역기전력이란 발전기 및 전동기의 전기자 코일, 또는 변압기의 1차 코일 속에 생긴 전원의 기전력과 반대 방향의 기전력을 의미한다.

상기 역기전력은 전기적 부하를 걸 경우에 발생하게 되며, 상기 전기적 부하란 전기를 사용한다는 의미이다.

일반적으로 전기를 사용하게 되면 코일에 전류가 흐르게 되는데 기존의 기전력과 반대 방향으로 전류가 흐르게 되는 것이다.

이때, 플레밍의 왼손 법칙에서 설명하는 바와 같이 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 회전력(토오크)이 발생하게 되어 기존 회전을 방해하게 된다.

상기와 같은 현상을 부하가 걸렸다라고 정의하고 있으며, 부하를 해소하기 위해서 또는 같은 RPM을 유지하기 위해서는 추가적인 에너지가 투입되어야만 하였 다.

이때, 투입되는 에너지의 양은 발전기의 경우 출력 전력량의 약 3배에 해당하는 힘이 필요하다.

결국 상기한 원인으로 인하여 종래의 코일을 사용하는 발전기 및 모터, 변압기 등이 효율이 낮아질 수 밖에 없었다.

따라서, 역기전력의 방향에 의해 발생하는 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 회전력(토오크)을 상쇄시키거나 오히려 역기전력의 방향을 역이용하여 회전자의 회전력을 더 높여주는 수단을 제공할 필요성이 있으며 이로 인하여 고효율의 발전기 및 모터, 열이 발생하지 않는 변압기 및 전자제품 등을 설계할 수 있게 될 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 쌍코어 구조를 제공하여 역기전력에 의해 발생하는 제반부하(회전의 역방향으로 끌어당기는 부하) 및 열 발생을 최소화시키도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 쌍코어 구조의 제1자기유도코어부 및 제2자기유도코어부의 반자성화에 따른 척력 발생을 제공하여 이에 따른 회전자의 RPM를 증대시키며 동시에 입력 에너지를 감소시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부를 코어용 페라이트로 형성하고, 일정 주파수 이상에서 가동하면 이에 따른 자속밀도를 높이면서 와전류를 제거할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 직렬 혹은 병렬로 사용되는 경우에 따라 코일의 결선 방법을 달리함으로써, 사용 용도에 따라 선택 적용이 가능하도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,

본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조는,

역기전력에 의해 발생하는 부하를 상쇄시키기 위하여,

제1코일(110)이 권선되는 제1코어부(120)와;

제2코일(210)이 권선되는 제2코어부(220)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측이 결합되는 제1자기유도코어부(300)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측이 결합되는 제2자기유도코어부(400);를 포함하여 구성되되, 상기 제1코일과 제2코일은 반대 방향으로 권선되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 고효율용 쌍코어 구조는 쌍코어 구조를 제공하여 역기전력에 의해 발생하는 제반 부하(회전의 역방향으로 끌어당기는 부하) 및 열 발생을 최소화하는 효과를 제공하게 된다.

또한, 쌍코어 구조의 제1자기유도코어부 및 제2자기유도코어부의 반자성화에 따른 척력 발생을 제공하여 회전자의 RPM를 증대시키며 동시에 입력 에너지를 감소시킴으로써, 고효율용 발전기, 고효율용 전동기, 고효율용 변압기 및 역기전력과 열발생이 최소화된 전자 제품 등을 제공하게 된다.

또한, 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부를 코어용 페라이트로 형성하고, 일정 주파수 이상으로 가동하면 이에 따른 자속밀도를 높이면서 와전류를 제거할 수 있게 되어 종래의 규소 강판으로 적층한 코어부와 자기유도코어부에 비해 1/4수준의 자속밀도로도 종래의 규소 강판으로 적층한 코어부와 자기유도코어부 만큼의 출력을 제공하게 된다.

또한, 전압을 높이기 위해서 직렬 결선 방법을 사용하거나 전류량을 높이기 위해서 병렬 결선 방법을 사용할 수 있게 되어 사용 용도에 따라 선택 적용이 가능한 효과를 제공하게 된다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고효율용 쌍코어 구조는,

역기전력에 의해 발생하는 부하를 상쇄시키기 위하여,

제1코일(110)이 권선되는 제1코어부(120)와;

제2코일(210)이 권선되는 제2코어부(220)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측이 결합되는 제1자기유도코어부(300)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측이 결합되는 제2자기유도코어부(400);를 포함하여 구성되되, 상기 제1코일과 제2코일은 반대 방향으로 권선되는 것을 특징으로 한다.

이때, 직렬로 사용할 경우에,

상기 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 시작점(B')을 결선하거나, 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 출력점(B)를 결선하는 것을 특징으로 한다.

이때, 병렬로 사용할 경우에,

상기 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 출력점(B)을 결선하며, 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 시작점(B')를 결선하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명인 고효율용 쌍코어 구조에,

입력되는 주파수는 60Hz∼1KHz 인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부의 재질은 코어용 페라이트인 것을 특징으로 한다.

이때, 다른 일실시예에 따라 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부는 코어용 페라이트와 적층 규소 강판을 혼용한 재질로 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 고효율용 쌍코어 구조의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 고효율용 쌍코어 구조는,

역기전력에 의해 발생하는 부하를 상쇄시키기 위하여,

제1코일(110)이 권선되는 제1코어부(120)와;

제2코일(210)이 권선되는 제2코어부(220)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측이 결합되는 제1자기유도코어부(300)와;

상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측이 결합되는 제2자기유도코어부(400);를 포함하여 구성되되, 상기 제1코일과 제2코일은 반대 방향으로 권선되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명인 쌍코어 구조를 제공하여 발전기 뿐만 아니라 코일이 사용되어지는 모든 제품 즉, 모터, 변압기, LCD TV 등을 포함한 전자 제품에 사용하면 코일에서 발생하는 제반 부하를 최소화할 수 있게 된다.

즉, 쌍코어 구조를 발전기, 모터에 적용할 경우 역기전력에 의해 발생하는 회전자의 회전을 방해하는 역방향의 힘이 사라지게 되는데, 이것은 같은 입력 에너지로 더 높은 RPM을 얻을 수 있거나, 같은 RPM을 얻기 위하여 더 적은 입력 에너지가 필요하게 되어 효율이 높은 발전기 및 모터를 제작할 수 있다는 의미와 일맥상통하게 된다.

또한, 변압기, 코일을 부품으로 하는 전자제품 등의 경우 코일에서 발생하는 열을 감소시켜 열을 식히는 장치 등이 따로 필요하지 않는 부수적인 장점도 제공할 수 있게 된다.

도 1을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하자면 아래와 같다.

상기 제1코어부(120)에 제1코일(110)을 권선하게 되며, 상기 제2코어부(220) 에 제2코일(210)을 권선하게 된다.

또한, 상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측에 제1자기유도코어부(300)를 결합시키고, 상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측에 제2자기유도코어부(400)를 결합하게 된다.

이때, 상기 제1코일과 제2코일을 도 1에 도시한 바와 같이 반대 방향으로 권선하게 되는 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이 발전기를 예를 들어 설명하자면, 역기전력의 방향은 코일의 권선 방향으로 결정되는데 본 발명은 코일의 권선 방향이 서로 반대 방향인 쌍코어 구조로 되어 있기 때문에 역기전력의 흐르는 방향이 서로 반대로 형성되어 역기전력에 의해 발생하는 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 회전력(토오크)이 서로 상쇄되어 역기전력 때문에 발생하는 기계적 부하 및 전기적 부하가 줄어들게 되는 것이다.

또한 변압기, 전자제품 등에서 열이 발생하는 것도 코일의 역기전력 때문인데 본 발명인 쌍코어 구조는 역기전력에 의해 발생하는 열 부하를 상쇄시켰기 때문에 코일에 발생하는 열을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 4를 참조하여 설명하자면 쌍코어 구조에 자성체를 가진 회전자를 회전시키면 회전자 자성체의 두 극, 즉 N극(10)과 S극(20)이 순차적으로 코어를 통과하게 되는데, 이때 상기 제1자기유도코어부(300) 및 제2자기유도코어부(400)가 반자성체가 되어 제1자기유도코어부(300)에 회전자의 N극이 지나가면 제1자기유도코어부(300)의 자극이 N극이 되고, 반대로 회전자의 S극이 지나가면 제1자기유도코 어부(300)의 자극이 S극이 된다.

이때 제2자기유도코어부(400)에는 제1자기유도코어부(300)와 반대의 자극이 생긴다.

상기한 바와 같이 제1자기유도코어부(300) 및 제2자기유도코어부(400)의 반자성화에 의해 회전자 자성체와 자기유도코어는 서로 척력이 발생하여 회전자를 밀어주기 때문에 회전자의 RPM이 증대되고 입력 에너지는 감소하게 되는 것이다.

상기 제1자기유도코어부(300) 및 제2자기유도코어부(400)의 반자성화 정도는 제1자기유도코어부(300) 및 제2자기유도코어부(400)의 재질, 전기의 주파수, 역기전력의 전류량에 따라 달라진다.

또한, 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부(300)와 제2자기유도코어부(400)는 자속밀도가 높은 물질일수록 반자성화의 강도가 커진다.

따라서, 종래에는 자속밀도가 높은 규소 강판을 적층한 자기유도코어부를 사용하게 되는데 이를 통해 전력 생산을 높일 수 있으나 이와 반대로 와전류도 높아지는 문제점을 발생시키게 되었다.

그러나, 본 발명은 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부(300)와 제2자기유도코어부(400)를 코어용 페라이트로 구성하고 일정 주파수 이상으로 가동함으로써 상기 종래의 자기유도코어부에 비해 자속밀도가 1/4 수준으로 종래의 규소 강판을 적층한 자기유도코어부만큼의 전력 생산이 가능하게 된다.

이는 코어용 페라이트에 의해 와전류를 제거할 수 있기 때문이다.

또한 주파수가 높을수록 반자성화의 강도가 커지는데 바람직하게는 60Hz∼ 1KHz가 되어야 한다.

또한, 역기전력의 전류량도 반자성화에 영향을 미치는데 역기전력의 전류량이 크면 클수록 반자성화의 강도도 커지게 되며, 반자성화가 강해지게 되면 회전자와 제1자기유도코어부(300) 및 제2자기유도코어부(400)의 척력이 커져 회전자의 RPM은 더욱 증가하고 회전자를 돌리는 입력 에너지는 더욱 크게 감소하게 되는 것이다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 직렬 사용시 결선 방법을 나타낸 예시도이다.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 병렬 사용시 결선 방법을 나타낸 예시도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이 직렬로 사용할 경우에 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 시작점(B')을 결선하거나, 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 출력점(B)을 결선하게 된다.

즉, 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 시작점(B')을 결선시 제1코일의 출력점(A')에 +(-)극을 연결하고 제2코일의 출력점(B)에 -(+)극을 연결하게 된다.

반대로 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 출력점(B)을 결선시 제1코일의 시작점(A)에 +(-)극을 연결하고 제2코일의 시작점(B')에 -(+)극을 연결하게 된다.

한편, 도 2b에 도시한 바와 같이 병렬로 사용할 경우에 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 출력점(B)을 결선하여 +(-)극을 연결하고 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 시작점(B')를 결선하여 -(+)극을 연결하게 된다.

따라서, 전압을 높이기 위해서 직렬 결선 방법을 사용하거나 전류량을 높이기 위해서 병렬 결선 방법을 사용할 수 있게 되어 사용 용도에 따라 선택 적용이 가능한 효과를 제공하게 된다.

도 6은 종래의 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

도 6에 도시한 바와 같이 6마력의 에너지가 입력되면 2마력에 해당하는 전력을 생산하게 되며, 이는 전기 사용시 2차 와전류 부하 및 발전 부하가 상승하기 때문이다.

여기서 기계적 부하는 회전자의 크기, 무게, 회전자를 지지해주는 양쪽 베어링의 종류 등에 의해 결정되는데, 종래 발전기의 경우 기계적 열효율이 97％일 정도로 높기 때문에 기계적 부하는 전체 발전 부하의 극히 일부분이다.

1차 와전류 부하는 회전자에 장착되어 있는 영구자석, 혹은 전자석의 자력 세기 및 발전기에 장착되는 코어의 배열 및 코어의 수량 등에 따라 결정되는데, 일반적으로 전기 무부하시에 걸리는 기계적 부하와 1차 와전류 부하를 합친 부하가 발전기 전체 부하의 약 1/3에 해당되고, 전기 부하시에 걸리는 2차 와전류 부하와 발전 부하가 약 2/3에 해당된다.

전기 무부하시에 걸리는 기계적 부하와 와전류 부하는 발전기가 대형화될 수록 커지게 되고, 소형화될 수록 작아지게 된다.

그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부를 종래의 적층된 규소 강판으로 적용할 경우(에너지원은 모터임.)에 기계적 부하는 1A X 200V = 200W로 측정되며, 와전류부하는 4A X 200V = 800W로 측정되며, 발전부하는 0W가 되어 총 입력 전력은 1,000W가 된다.

이때, 측정되는 출력은 3.5A X 200V = 700W인데 이 수치는 기존의 발전기가 700W 출력시 입력 전력이 2,400W 소모되는 것과 비교하면 상당할 정도로 발전 효율을 향상시켰다는 것을 알 수 있으며, 모터에서도 동일한 효율을 획득할 수 있었다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조로 역기전력에 의해 발생하는 2차 와전류 부하와 발전 부하를 제거한 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명인 고효율용 쌍코어 구조를 채택할 경우에 역기전력에 의해 발생하는 1, 2차 와전류 부하 및 발전 부하를 제거할 수 있음을 측정할 수 있었다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조에 코어용 페라이트를 구성할 경우에 와전류 부하가 최소화된 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 일실시예에 따른 상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부를 코어용 페라이트로 구성할 경우에 기계적 부하는 1A X 200V = 200W로 측정되며, 1차 와전류부하는 20W로 측정되며, 발전부하는 3A X 200V = 600W로 측정되어 총 입력은 820W가 된다.

이때, 측정되는 출력은 3.5A X 200V = 700W인데, 이 수치는 기존 페라이트 코어를 장착한 발전기가 700W 출력 시 입력 전력이 2,220W가 소모되는 것과 비교하면 상당할 정도로 발전 효율을 향상시켰다는 것을 알 수 있으며, 모터에서도 동일 한 효율을 획득할 수 있었다.

결론적으로 본 발명의 구조를 통해 종래 발전기 발전 효율인 35％보다 고효율인 발전기 제작이 가능하게 되었다.

여기서 발전 효율을 정확하게 표시할 수 없는 것은 발전 효율이 단순히 발전기를 가동하는 모터의 입력 전력과 발전기의 출력 전력으로 단순히 비교할 수 없고, 발전기 회전자의 토오크 등을 정밀 측정하여야 하기 때문이다.

상기한 고효율용 쌍코어 구조를 제공하여 역기전력에 의해 발생하는 제반 부하(회전의 역방향으로 끌어당기는 부하) 및 열 발생을 최소화하는 효과를 제공하게 된다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명인 고효율용 쌍코어 구조는 쌍코어 구조를 제공하여 역기전력에 의해 발생하는 제반 부하(회전의 역방향으로 끌어당기는 부하) 및 열 발생을 최소화하는 효과를 제공하게 되어 해당 고효율용 전자 제품 분야에 널리 활용할 수 있게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 직렬 사용시 결선 방법을 나타낸 예시도이다.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 병렬 사용시 결선 방법을 나타낸 예시도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조가 발전기에 적용될 경우의 예를 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 반자성화의 예를 나타낸 예시도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조의 반자성화의 효과를 나타낸 도면이다.

도 6은 종래의 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조로 역기전력에 의해 발생하는 2차 와전류 부하와 발전 부하를 제거한 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율용 쌍코어 구조에 코어용 페라이트를 구성할 경우에 와전류 부하가 최소화된 발전기 혹은 전동기 부하 곡선을 나타낸 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 제1코일

120 : 제1코어부

210 : 제2코일

220 : 제2코어부

300 : 제1자기유도코어부

400 : 제2자기유도코어부

Claims (6)

1. 역기전력에 의해 발생하는 부하를 상쇄시키기 위하여,

   제1코일(110)이 권선되는 제1코어부(120)와;

   제2코일(210)이 권선되는 제2코어부(220)와;

   상기 제1코어부 및 제2코어부의 어느 일측이 결합되는 제1자기유도코어부(300)와;

   상기 제1코어부 및 제2코어부의 타측이 결합되는 제2자기유도코어부(400);를 포함하여 구성되되, 상기 제1코일과 제2코일은 반대 방향으로 권선되는 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   직렬로 사용할 경우에,

   상기 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 시작점(B')을 결선하거나, 제1코일의 출력점(A')과 제2코일의 출력점(B)를 결선하는 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   병렬로 사용할 경우에,

   상기 제1코일의 시작점(A)과 제2코일의 출력점(B)을 결선하며, 제1코일의 출 력점(A')과 제2코일의 시작점(B')를 결선하는 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 고효율용 쌍코어 구조에,

   입력되는 주파수는 60Hz∼1KHz 인 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부의,

   재질은 코어용 페라이트인 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제1코어부와 제2코어부 및 제1자기유도코어부와 제2자기유도코어부는,

   코어용 페라이트와 적층 규소 강판을 혼용한 재질로 구성하는 것을 특징으로 하는 고효율용 쌍코어 구조.

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