KR20110116371A - 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석의 양극착자점을 이용하여 발전 또는 전동이 이루어지도록 한 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 2개 이상의 영구자석이 겹쳐져 만들어진 분할자석체를 제1디스크 상에 방사상으로 이격 배치하고, 상기 제1디스크와 이격되는 제2디스크에는 상기 분할자석체와 대응하거나 2배수로 된 유도코일을 분할 배치하여, 상기 제1디스크 또는 제2디스크를 선택적으로 회전축에 결합 고정하되, 상기 분할자석체는 양극착자점이 유도코일을 향하도록 고정 배치함으로써,
유도코일의 넓이와 정매칭된 분할자석체 및 그 분할자석체의 사이에 생성되는 또 하나의 자석군으로 인해 1회전시 종래에 비하여 2배의 효율이 발생하고, 양극착자점을 갖는 자석에 의한 가장 강력한 자력이 유도되는 부분에 유도코일이 배치되므로 종래와 같이 코일의 양측 또는 상,하로 대칭된 상태의 구조가 불필요한 것이며, 유도코일에 대하여 일측으로의 분할자석체만 배치하더라도 고도의 발전 또는 전동 효율성을 갖게 되므로 생산 및 제작비의 절감은 물론 전체적인 모듈의 두께 혹은 넓이가 매우 축소되므로 더욱 슬림하고 콤팩트한 형태로 제작할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 회전축에 작용하는 회전동력으로부터 전력을 생산할 수 있는 발전기로 사용하거나, 유도코일에 교번 전원을 직접 공급하여 상기 회전축이 고효율로 회전되게 한 전동기로 적용할 수 있는 것이다.

Description

양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈 {Disc type electric power module which serves as generator}

본 발명은 영구자석의 양극착자점을 이용하여 발전 또는 전동이 이루어지도록 한 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전축 상에 회전과 비회전의 디스크를 서로 이격 형성하고, 상기 이격된 디스크에는 유도코일과 분할자석체를 방사상으로 배치하되, 상기 분할자석체는 영구자석을 적어도 2개 이상 겹쳐 이루어진 것의 양극착자점이 유도코일을 향하도록 형성함에 따라, 자력의 유기량이 최대인 양극착자점으로 인해 유도코일로부터 효율적인 발전이 이루어지도록 하거나 유도코일로부터 교번전력을 인가시켜 상기 분할자석체와의 인력 및 척력으로 인해 고효율의 전동이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

발전장치라 함은 역학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로 일컬어 지는 것으로서, 수력이나 파력 또는 증기나 디젤 기관 따위의 원동 수단으로부터 회전 동력을 얻어 원통형의 자성체가 회전되게 하면, 자성체의 주변에 위치하고 있는 철심코어 상에 권선된 코일에 전하가 유도되어 전류가 발생되게 하는 장치인 것이다. 즉, 일반적인 발전장치는 자성체로 된 로터가 코일이 권선된 상태의 스테이터 코어 내부에서 회전시키면, 스테이터의 코일에서는 전기가 발생되어 흐르게 되는 것이다.

우리 주위에서 쉽게 볼 수 있는 발전장치로는 자전거 라이트용 발전기가 있고, 자동차의 발전기도 마찬가지 원리이다. 단지 자전거용 발전기와 다른 점은 자전거용은 코일 내부에 영구자석이 내장되어 있지만 자동차용 발전기에는 영구자석이 아닌 전자석(로터코일)이 감겨 있는 것이 다르다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 발전장치는 비교적 무거운 중량을 갖는 자성체를 회전시켜야 하므로 그에 따른 기동력이나 회전동력이 과다하게 필요한 문제점이 있는 것이다.

또한, 종래와 같은 방식의 유도 활성화를 위한 철심 코어는 중앙의 회전 자성체와 서로 잡아당기는 인력(引力)이 발생하므로, 상기의 인력을 넘어서기 위한 과도한 회전 운동력이 요구되므로 그에 따른 에너지의 소모량이 극심할 뿐만 아니라 상기의 인력은 자성체의 회전 저항으로 작용하므로 자성체를 회전시키기 위한 회전동력을 불필요하게 소모하는 결과를 초래하는 것이다.

특히, 종래의 원통형 자성체와 철심코어는 공간의 한계로 인하여 4극성 유도 만을 채택할 수밖에 없어서 필요한 전기를 생산하기 위해서는 고속 회전이 요구되므로 경제적인 효율성이 지극히 낮은 문제점이 있는 것이다. 또한, 상기의 자성체를 별도의 구동모터의 회전력을 이용하여 강제 회전시키고, 그에 따른 발전장치로부터 생산되는 전기를 변압기 등을 통해 전환하여 사용하고자 하는 경우, 상기의 구동모터 및 발전장치로부터 손실되는 전기 에너지가 막대한 것으로서, 상기와 같은 방식의 발전 시스템은 통상적으로 약 35%의 에너지 효율을 갖고 있는 것으로 알려져 있어 극히 비효율적이면서도 비경제적인 것이다.

또한, 전동기는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이고 일반적으로 모터(motor)를 말한다. 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되며, 교류전동기는 다시 3상 교류용과 단상교류용으로 구분되며, 오늘날에는 3상 교류용 전동기를 주로 사용하고 있다. 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 기계적인 일로 바꾸는 장치로서, 대부분의 전동기는 회전운동의 동력을 만들지만 직선운동을 생산하기도 한다.

상기의 전동기는 1831년 페러데이가 전자기유도를 발견한 무렵부터 전동기가 만들어지기 시작했고, 초기의 전동기는 영구자석의 인력과 척력을 이용하여 가동부는 회전시키지 않고 요동시키는 방식이었다. 1830년 대에는 오늘날의 직류전동기 형식이 전기자와 직류 여자 된 전자석을 사용하여 최초로 만들어졌으나 출력이 적고 연구 단계에 불과하였다. 이후, 페라리스와 테슬라가 교류에서 만들어지는 회전자기장을 발견한 것을 계기로 각각 독자적으로 2상 교류전동기를 발명하였다. 1889년 독일의 도브로월스키가 출력 100와트(W)의 3상 교류전동기를 처음 만든 이래 3상 교류전동기가 오늘날 교류전동기의 주류를 이루고 있다.

또한, 직류전동기와 교류전동기 모두 동일한 원리로 동작하는데, 전류가 흐르는 도체를 자기장 속에 놓으면 자기장의 방향에 수직한 방향으로 전자기적인 힘(로렌츠 힘)이 발생한다. 전동기 내부에 자석을 놓아 자기장을 만들고, 축에 연결된 도선에 전류를 흘리면 전자력이 발생하여 플레밍의 왼손법칙에 의해 회전하게 되어 동력을 창출한다. 도선에 작용하는 전자기력은 자기장의 세기, 전류의 세기 그리고 도선의 길이에 비례한다.

이와 같은 원리에 의한 가장 일반적인 전동기는 영구자석 또는 전자석으로 된 고정자의 내부에 영구자석 또는 전자석으로 된 회전자가 내장되어 있는 것이 보편적인 기본 구성이라 할 것이다. 특히, 직류 전동기는 4접점인 경우 전자석으로 된 회전자는 상기의 접점을 통해 전력을 공급받아 전자기화에 의한 인력과 척력을 통해 연속적인 회전 운동이 발생하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 전동기는 거의 원통형으로 회전중심체에 영구자석이나 전자석을 구성체로 하고 각극의 인력과 척력을 교번하여 회전시키는 과정에서 회전중심축의 중량이나 자성의 인력으로 인해 기동성이나 회전 지구력이 떨어지게 되고, 6극성 이하의 교번기능은 인력과 척력의 한계로 인해 효율이 극히 제한적인 문제점이 있는 것이다.

특히, 직류 전동기의 경우 초기 기동력이 우수하다는 것에 반해 전기한 바와 같은 전원공급 방식에 의해 회전측에 부하가 발생하여 속도가 낮아질 경우 직류저항이 낮아져 급작스럽게 공급전력의 수요가 증가하면서 열이 발생하는 문제점이 복합적으로 발생하는 것이다. 이에 따라 상기와 같은 문제점들로 인한 주동력의 소모전력과 부가해야하는 장치의 전력 소모 대비 회전력의 한계를 극복하지 못하고 있는 실정이다.

이에 따라, 근자에 들어서는 상기와 같은 발전기 또는 전동기가 갖고 있는 다양한 문제점을 극복하고자 디스크 형태로 된 발전기 또는 전동기가 안출된 바 있다. 이와 같은 디스크 형태로 된 발전 또는 전동기는 일본공개특허공보 평14-153036호와 같이 디스크에 서로 다른 극성을 갖는 자석체가 순차적으로 연접하여 배치된 것을 유도코일이 분할 배치된 회전판의 양측에 대응 위치시켜서 상기 유도코일을 갖는 회전판이 회전됨에 따라 자석체로부터 자력을 유도코일로 유기시켜 발전이 이루어지도록 한 바 있다.

또한, 등록특허공보 제0683472호는 코일이 비자성체인 플라스틱 코일틀에 감겨져서 코일지지판에 고정 부착되어 있고, 자석들이 부착되어 있는 평판형의 회전체가 상기 코일지지판과 근접하게 좌우로 고정되어 회전축과 일체로 회전함으로써 전력을 얻게 하는 것으로서 코일뭉치가 결합되어 있는 코일지지판은 지지판 고정부재에 의해 고정되어 있고, 자석들이 부착되어 있는 자석지지판은 회전축에 의해 회전하도록 되어 있어 코일이 자성체인 철판에 감겨 있는 일반적인 발전기보다 적은 동력으로 전력을 얻는 것을 특징으로 하는 디스크 회전형 발전기를 안출한 바 있다.

이와 같은 기존의 디스크형 발전기는 도 1의 도시와 같이 비회전체인 코일판(100)에 유도코일(101)(101')을 방사상으로 배치하고, 상기 코일판(100)의 양측에 회전축(110)과 함께 회전되는 자석판(120)(120')을 이격 배치하되, 이들 각각의 자석판(120)(120')에는 서로 대응하는 자석체(121)(121')가 분할 배치되어 있는 것이며, 서로 마주하는 자석체(121)(121')는 서로 다른 극성을 갖게 하여 상호 간의 인력이 작용하도록 구성되어 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 디스크형 발전기들에 대한 자석체의 배치를 살펴보면, 자석체 간의 접합 상태가 이루어져 있거나 방사상으로 배치된 자석체의 중앙부가 접합된 상태가 이루어져 있는 것이므로, 자석수와 정매칭하여 전력을 얻어내기 위해서는 위상전환이 반드시 필요하게 된다. 즉, 동일한 위상의 전력을 얻기 위해 코일 접지를 달리해야하는 것이고, 자력의 유도력은 자장의 밀도 교차력 및 교차속도와 정비례하므로 상기의 종래의 사례인 경우 전력 싸이클을 생성하기 위한 자력 유기점이 매우 넓어 실질적인 발전 효율이 극히 떨어지는 문제점을 갖고 있는 것이다.

더욱이, 단극착자점을 이용하는 기존의 발전기는 서로 대향 배치되는 자석체의 단극착자점에 대한 집합부를 이용하게 되므로, 이들 대향의 단극착자점으로 인해 자석체의 단면적이 넓어져 그에 따른 인력은 크게 될 것이나 자력의 집중력이 떨어져 상대적으로 발산력이 약하므로 코일체에 작용하는 자력의 유도력이 현저히 낮은 것이다.

따라서, 상기와 같은 자력의 유도력 저하를 극복하기 위하여 코일체의 양측으로부터 자석체를 서로 대칭형으로 구성한 바 있으나 전력의 인가(부하)시 코일체가 전자석으로 변하여 회전저항을 발생시키므로 운동력이 상쇄되는 것이고 이와 동시에 전력 생산 효율이 크게 떨어지게 되는 것이다.

특히, 각기 다른 단극을 마주보게 함으로써 추가된 자석의 비용 및 설치공간의 점유 등 비효율적이고 비경제적인 문제점을 수반하게 되는 것이고, 단극성의 넓은 쪽을 마주보게 설치하는 데에는 자석 간의 인력에 의해 한계가 발생하므로 부득이 유도코일을 두껍게 제작 배치해야 한다는 불합리성도 동반하게 되는 것이다.

따라서, 기존에 안출되어진 대부분의 디스크형 발전기는 무철심 원반 발전기의 장점인 무회전 저항 매커니즘은 사실상(실제 부하를 걸어 사용하는데 있어서) 실현 가능성이 매우 떨어지는 동시에 효용가치가 극히 낮은 수준인 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 적어도 2개 이상의 영구자석이 겹쳐져 만들어진 분할자석체를 제1디스크 상에 방사상으로 이격 배치하고, 상기 제1디스크와 이격되는 제2디스크에는 상기 분할자석체와 대응하거나 2배수로 된 유도코일을 분할 배치하여, 상기 제1디스크 또는 제2디스크를 선택적으로 회전축에 결합 고정하되, 상기 분할자석체는 양극착자점이 유도코일을 향하도록 고정 배치됨에 따라 상기 제1디스크와 제2디스크 간의 회전 작용으로 인해 분할자석체의 자력이 유도코일로 유기되며 전력이 생산되게 하거나, 유도코일로 교번 전력을 공급하여 분할자석체와의 사이에서 발생하는 인력 및 척력에 의해 회전축이 회전되도록 한 전동기로 사용되게 한 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비자성체로 된 제1디스크에는 분할자석체들을 방사상으로 이격 배치하고, 비자성체로 된 제2디스크에는 직렬 연결된 유도코일들을 방사상으로 이격 배치하며, 상기 제1디스크 또는 제2디스크 중 선택된 하나의 디스크는 별도의 회전축에 결합 고정되게 하여 그 회전축과 함께 선택된 하나의 디스크가 회전될 수 있도록 구성하되,

상기 분할자석체들은, 적어도 2개 이상의 장방형 육면체로 된 영구자석을 서로 겹쳐 접합하여 형성하고 이들 영구자석에 의한 분할자석체들은 양극착자점이 유도코일을 향하도록 배치 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 유도코일의 넓이와 정매칭된 분할자석체 및 그 분할자석체의 사이에 생성되는 또 하나의 자석군으로 인해 1회전시 종래에 비하여 2배의 효율이 발생하고, 양극착자점을 갖는 자석에 의한 가장 강력한 자력이 유도되는 부분에 유도코일이 배치되므로 종래와 같이 코일의 양측 또는 상,하로 대칭된 상태의 구조가 불필요한 것이며, 유도코일에 대하여 일측으로의 분할자석체만 배치하더라도 고도의 발전 또는 전동 효율성을 갖게 되므로 생산 및 제작비의 절감은 물론 전체적인 모듈의 두께 혹은 넓이가 매우 축소되므로 더욱 슬림하고 콤팩트한 형태로 제작할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 회전축에 작용하는 회전동력으로부터 전력을 생산할 수 있는 발전기로 사용하거나, 유도코일에 교번 전원을 직접 공급하여 상기 회전축이 고효율로 회전되게 한 전동기로 적용할 수 있어 그 활용도가 매우 높은 것이다.

도 1은 일반적인 디스크형 발전기의 개략 구성도
도 2는 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 전체 구성도
도 4는 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 분할자석체 배치도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 발전 겸용 전동모듈과 기존의 발전기와의 자력선 비교도로서,
도 5a는 본 발명에 양극착자점에 의한 자석체로 된 분할자석체와 유도코일 간의 자력선 분포도
도 5b는 단극착자점의 자석체로 이루어진 종래 발전기의 자력선 분포도
도 5c는 양방향 대응형 자석체로 된 종래 발전기의 자력선 분포도
도 6은 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 전력 생산 과정도
도 7은 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 분할자석체 배치에 따른 자력 형성부 상세도
도 8은 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈과 기존 발전기 간의 전력 생성부 비교도
도 9는 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 다른 실시예를 보인 사시도
도 10은 도 9에 따른 정면 전체도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 발전 겸용 전동모듈과 종래의 발전기의 대비 도면에서 종래의 발전기에 대한 부호는 배경기술에서의 종래 발전기에 대한 부호와 동일하게 표시하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 전체 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈의 분할자석체 배치도이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 발전 겸용 전동모듈은 합성수지와 같은 비자성체로 된 제1디스크(10)와 역시 비자성체로 된 제2디스크(20) 및 별도의 회전축(30으로 이루어져 있는 것이다.

이때, 상기의 제1디스크(10)에는 중앙부로부터 방사상으로 분할 자석체(11)(11')들이 서로 이격 배치되어 있는 것이고, 상기 제2디스크(20)에는 수평 권선 형태로 납작한 형상을 갖는 유도코일(21)(21')이 중앙부로부터 방사상으로 분할 배치되어 있는 것이다.

여기서, 상기의 분할자석체(11)(11')는 장방형 육면체로 된 영구자석을 적어도 2개 이상 겹쳐 형성한 것이고, N극과 S극이 양립하는 양극착자점이 상기 유도코일(21)(21')을 향하도록 배치한 것이다.

또한, 상기의 유도코일(21)(21')은 제2디스크(20)로부터 직렬 연결 형성되어 있는 것으로서, 상기 분할자석체(11)(11')로부터 자력을 유도 받아 전력을 생산하게 되는 것이다.

특히, 상기의 회전축(30)은 제1디스크(10) 또는 제2디스크(20) 중 하나의 디스크와 결합되어 있어 선택된 하나의 디스크와 함께 회전될 수 있는 것인데, 예컨데 분할자석체(11)(11')를 갖는 제1디스크(10)가 회전축(30)과 고정되어 있다면 상기의 제2디스크(20)는 고정 상태이어야 하는 것이고, 반대로 상기의 제2디스크(20)가 회전축(30)과 고정된 상태라면 제1디스크(10)는 고정 상태가 이루어져야 할 것이다. 또한, 상기의 제1디스크(10)와 제2디스크(20) 중 선택된 하나의 디스크를 회전축(30)에 고정하여 상기 회전축(30)과 함께 회전될 수 있도록 하고 나머지 하나의 디스크는 회전축(30)과 함께 회전되는 디스크와 반대방향으로 회전될 수 있도록 하여 상호 간의 회전 운동력이 배가되도록 할 수도 있는 것이다.

여기서, 상기의 회전축(30)과 함께 회전될 수 있도록 한 디스크는 분할자석체(11)(11')를 갖는 제1디스크(10)가 이상적인 것으로서, 가벼운 유도코일(21)(21')을 갖는 제2디스크(20) 보다는 중량체인 분할자석체(11)(11')가 배치된 제1디스크(10)가 회전될 수 있도록 하여 회전 관성의 상승으로 인한 효율 증대를 꾀할 수 있을 것이다.

이때, 상기와 같은 분할자석체(11)(11')에 대한 부연 설명을 하면, 전기한 바와 같이 상기의 분할자석체(11)(11')는 적어도 2개 이상의 영구자석을 겹쳐 형성한 것이고 이들 분할자석체(11)(11')는 양극착자점이 유도코일(21)(21')을 향하도록 배치됨에 따라 강력한 자력이 유기되는 양극착자점으로 인해 고도의 발전 및 전동 효율을 얻을 수 있는 것이다.

즉, 통상적으로 육면체로 된 막대형 자석의 경우 N극과 S극으로 각기 구분되는 2면의 단극착자점과 N극 및 S극이 양분되어 있는 4면의 양극착자점을 갖고 있는 것이다. 이에 따라 본 발명에서는 상기와 같은 양극착자점으로부터 유기되는 자력을 극대화시키기 위해 그 분할자석체(11)(11')를 다수의 영구자석을 접합시켜 형성한 것이다.

예컨데, 2개의 영구자석을 접합시키는 경우 각각의 영구자석이 갖는 양극착자점이 서로 접합됨에 따라 두 개의 양극착자점이 하나의 강력한 양극착자점과 같은 형태(영구자석의 접합으로부터 흡수된 양을 대기로부터 대전하기 때문)로 재편되는 동시에 서로 이웃하는 영구자석의 각기 다른 극성으로부터 자력을 흡입하는 힘에 의해 강력한 자력의 유기가 이루어지는 것이다. 이는 도 5a 내지 도 5c와 같은 비교도에 의해 알 수 있듯이 도 5b의 도시와 같이 유도코일(121)에 대하여 단독의 영구자석으로 된 자석체(101)인 경우 또는 도 5c의 도시와 같이 유도코일(121)에 대하여 상,하 대응의 자석체(101)(101')인 경우에는 양극착자점에 비하여 단극착자점의 자장은 넓지만 유도력은 대략 10%가 약한 것으로 측정되는 것이고, 본 발명에서와 같이 영구자석을 2개로 접합하는 경우에는 양극착자점에 대한 자력이 단극착자점에 비하여 2배 이상의 자력을 갖고 있음을 알 수 있는 것으로서, 이와 같은 결과는 가우스 측정기에 의해서도 확인될 수 있는 것이다.

이에 따라, 유도코일을 향하는 분할자석체(11)(11')의 양극착자점은 단일 개체의 영구자석을 이용하는 것이 아니라 적어도 2개 이상의 영구자석이 접합된 상태의 영구자석으로 이루어진 형태의 것을 사용하는 것이 본 발명에서 목적하는 효율을 기대할 수 있는 것이고, 상기와 같은 영구자석을 3개 내지 그 이상의 분할개체를 갖고 서로 접합시켜 분할자석체(11)(11')를 형성하는 경우에는 분할된 영구자석의 개체수와 비례하여 자력의 유기량이 증대하는 것인데, 발전 효율 또는 전동 효율을 가일층 향상시키고자 할 때에는 상기와 같이 회전 상태이거나 비회전 상태인 디스크 내 방사형 분할 배치구조의 허용 범위 내에서 상기의 분할자석체(11)(11')는 다수의 영구자석을 서로 접합하여 적용할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 발전 겸용 전동모듈에 의한 교류 발전 상태의 순차 과정도로서, 도시와 같이 분할자석체(11)(11')와 유도코일(21)(21')이 대응하고 있는 상태에서, 분할자석체(11)(11') 또는 유도코일(21)(21')이 회전을 시작하면(도면에서는 유도코일이 회전되는 것을 표시하였으므로 이를 기준으로 함), 상기의 유도코일(21)(21')에는 분할자석체(11)(11')의 양극착자점으로부터 N극이 유도되는 동시에 S극의 자력이 상호 흡입력의 발생으로 인해 유도되는 것인데, 상기의 양극착자점은 2개의 영구자석이 겹쳐져 이루어져 있는 상태이므로 유도되는 자력은 하나의 영구자석인 경우에 비하여 2배가량 증대되는 것이다.

또한, 자성은 반대를 향해 또는 유도하므로 회전상태의 유도코일(21)(21')에는 N극에 의한 양(+)부호와 S극에 의한 음(-)부호를 통해 전극이 형성되는 것이고, 전기적으로는 A부 보다는 B부가 양부호가 되고 C부 보다는 D부가 양부호가 되는 것이다. 이에 따라 모든 전하는 양부호와 음부호가 대립하며 반복되는 싸이클을 갖는 위상을 형성하게 되는 것이고, 이와 같은 위상은 교류 발전이 이루어질 수 있음을 나타내게 되는 것이다.

도 7은 본 발명의 발전 겸용 전동모듈의 분할자석체에 대한 배치도 및 이들 분할자석체에 의한 본래의 자석군 및 새로이 생성되는 가상 자석군을 도시한 것으로서, 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 유도코일(21)(21')의 넓이와 정매칭된 분할자석체(11)(11')에 의한 본래의 양극착자점(Mp)이 분할자석체(11)(11')와 동일한 수로 형성됨은 당연한 것이고, 이들 분할자석체(11)(11')의 사이인 자력선의 집합 범위에 생성되는 또 하나의 가상 자석군으로 인해 생성되는 양극착자점(Sp)으로 인해 디스크의 1회전시 2배의 발전 또는 전동 효율이 발생하고, 양극착자점을 갖는 분할자석체(11)(11')에 의한 가장 강력한 자력이 유도되는 부분에 유도코일(21)(21')이 배치되므로 종래와 같이 코일의 양측 또는 상,하로 대칭된 상태의 구조가 불필요한 것이며, 유도코일(21)(21')에 대하여 일측으로만 분할자석체(11)(11')를 배치하더라도 더욱 고도의 효율성을 갖게 되므로 생산 및 제작비의 절감은 물론 전체적인 모듈의 두께 혹은 넓이가 매우 축소되므로 더욱 슬림하고 콤팩트한 발전 겸용 전동모듈을 완성할 수 있는 것이다.

또한, 상기의 유도코일(21)(21')에 대한 개체수를 분할자석체(11)(11')의 개체수와 동일하게 구성하지 아니하고 상기 분할자석체(11)(11')의 개체수에 대한 유도코일(21)(21')의 개체수를 2배수로 구성하는 경우에는 더욱 극대화된 효율을 얻을 수 있는 것인데, 이때에는 본래 분할자석체(11)(11')가 갖는 자석군에 의한 양극착자점(Mp)과 이들 사이에서 생성된 가상 자석군에 의한 양극착자점(Sp)으로 인해 2배수로 된 유도코일(21)(21')에는 월등한 자력의 유도 작용으로 인해 발전 및 전동 효율이 극대화되는 것이다. 다만, 상기와 같이 유도코일(21)(21')의 개체수가 분할자석체(11)(11')의 개체수에 대하여 2배수인 경우에는 유도코일(21)(21')에 작용하는 분할자석체(11)(11')에 의한 자석군과 가상의 자석군에 대한 극성이 서로 다를 것이므로 동일한 위상의 전력을 얻어내기 위해서 유도코일(21)(21')의 권선방향을 순차적으로 반대로 권선하여 이들을 직렬연결하는 조치가 필요하게 될 것이다. 이에 따라 본 발명의 분할자석체와 유도코일은 반드시 1:1 대응형 구조가 이루어지지 않더라도 실현이 가능한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 분할자석체(11)(11')의 배치와 기존 발전 또는 전동장치가 갖고 있는 자석체의 배치도를 대비한 것으로서, (a)와 같이 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 N극과 S극이 양분된 양극착자점을 갖는 분할자석체(11)(11')가 방사상으로 분할 배치되어 있는 것으로서, 일률적으로 분할된 자석에 의해 서로 이웃하는 분할자석체(11)(11')의 사이에는 주지한 바와 같이 또 하나의 자석군이 생성되므로 유도코일(21)(21')의 위상 변화 접속이 불필요하며 상기 분할자석체(11)(11')의 개체수에 대하여 배수의 개체수를 갖도록 유도코일(21)(21')의 수를 증가시켜 적용할 수 있는 것이다.

반면에, (b)와 같은 형태의 종래 자석체의 배치는 자석체(101)(101') 간의 접합 상태가 이루어져 있는 것이고, (c)와 같은 형태는 방사상으로 배치된 자석체(101)(101')의 중앙부가 접합된 상태가 이루어져 있는 것이므로, 자석체(101)(101')의 개체수와 정매칭하여 전력을 얻어내기 위해서는 유도코일에 대한 위상전환이 반드시 필요하게 된다. 즉, 동일한 위상의 전력을 얻기 위해 유도코일의 접지를 달리해야하는 것이고, 자력의 유도력은 자장의 밀도 교차력 및 교차속도와 정비례하므로 상기의 (b)와 (c)의 사례인 경우 교류 싸이클을 표시하는 G점의 운동반경이 넓어 본 발명에 비하여 1/2의 효율만을 갖게 되는 것이다. 즉, 8분할 배치된 본 발명의 경우 1회전시 16회의 G점이 형성되는 반면 (b)와 (c)의 경우 8회의 G점만이 형성되므로 동일 회전수에 대비할 때 현저한 효율 차이를 갖게 되는 것은 물론, 전기한 바와 같은 본 발명의 분할자석체(11)(11')는 자력이 가장 강한 양극착자점을 이용하므로 단극착자점을 이용하는 기존의 사례와는 비교되지 않을 정도로 우수한 효율성을 갖게 되는 것이다.

더욱이, 단극착자점을 이용하는 기존의 발전 또는 전동장치는 단극착자점으로 인해 단면적이 넓어져 그에 따른 인력은 매우 크지만 자력의 집중력이 떨어져 상대적으로 발산력이 약하므로 본 발명의 양극착자점에 비하여 자력의 유도력이 현저히 낮은 것이다. 따라서, 상기와 같은 자력의 유도력 저하를 극복하기 위하여 코일체의 양측으로부터 서로 대칭형으로 구성한 바 있으나 전력의 인가(부하)시 코일체가 전자석으로 변하여 회전저항을 발생시키므로 운동력이 상쇄되는 것이고 이와 동시에 전력 생산 효율이 크게 떨어지게 되는 것이다.

특히, 각기 다른 단극을 마주보게 함으로써 추가된 자석의 비용 및 설치공간의 점유 등 비효율적이고 비경제적인 문제점을 수반하게 되는 것이고, 단극성의 넓은 쪽을 마주보게 설치하는 데에는 자석 간의 인력에 의해 한계가 발생하므로 부득이 유도코일을 두껍게 제작 배치해야 한다는 불합리성도 동반하게 되는 것이다.

따라서, 기존에 안출되어진 대부분의 디스크형 발전 또는 전동 모듈은 무철심 원반 발전기의 장점인 무회전 저항 매커니즘은 사실상(실제 부하를 걸어 사용하는데 있어서) 실현 가능성이 매우 떨어지는 동시에 효용가치가 극히 낮은 수준인 것이다.

이에 반하여 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 유도코일의 넓이와 정매칭된 분할자석체(11)(11') 및 그 분할자석체(11)(11')의 사이에 생성되는 또 하나의 자석군으로 인해 1회전시 2배의 효율이 발생하고, 분할자석체(11)(11')에 의한 가장 강력한 자력이 유도되는 양극착자점에 유도코일(21)(21')이 근접 배치되므로 종래와 같이 코일의 양측 또는 상,하로 대칭된 상태의 구조가 불필요한 것이며, 유도코일(21)(21')에 대하여 일측으로의 분할자석체(11)(11')만 배치하더라도 더욱 고도의 효율성을 갖게 되므로 생산 및 제작비의 절감은 물론 전체적인 모듈의 두께 혹은 넓이가 매우 축소되므로 더욱 슬림하고 콤팩트한 발전 겸용 전동모듈을 완성할 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 발전 겸용 전동모듈의 효율성을 극대화하기 위해서 도 9 및 도 10의 도시와 같이 분할자석체(11)(11')의 사이에 해당하는 위치에 별도의 제3디스크(40)를 이용하여 그 제3디스크(40)에 분할 이격된 보조자석체(41)(41')를 방사상으로 이격 배치함에 따라, 분할자석체(11)(11') 사이에 형성되는 또 하나의 자석군에 대하여 상대극성을 유인시켜 유도력을 보완 및 증대시키고 자력 유인시에 발생되는(부하시) 전자저항을 줄이기 위해 자성 유기 정점에서 척력이 발휘되게 함에 따라 회전판의 밀림을 방지하는 부수적인 효과를 연출하게 된다.

이때, 상기의 제3디스크(40)는 분할자석체(11)(11')를 갖는 제1디스크(10)와 동시에 회전하거나 동시에 고정된 상태를 유지하여야 이들 제1디스크(10)와 제3디스크(40) 사이에 위치하는 제2디스크(20)의 유도코일(21)(21')에 대한 안정적이고 효율적인 자력의 유기 또는 인력과 척력에 의한 전동이 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 전기한 바와 같은 회전축에 수력이나 파력 또는 풍력을 이용할 수 있는 수차 또는 풍차 등을 연결함에 따라 상기의 회전축(30)이 이들 자연에 의한 외력으로부터 또는 인위적인 외력에 의해 회전되게 하고, 상기 회전축(30)에 분할자석체(11)(11')가 분할 배치된 제1디스크(10)가 고정되게 하면 상기 제1디스크(10)의 회전에 따라 제2디스크(20)의 유도코일(21)(21')로부터 교류가 생산되게 하는 발전장치로 사용할 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 유도코일(21)(21')에 외부로부터 교번 극성 형태의 직류전원을 인가시켜 상기 유도코일(21)(21')에서 교번으로 발생하는 전하의 부호와 분할자석체(11)(11')에서의 양극성 간에 작용하는 인력과 척력을 이용하여 상기 회전축(30)이 연속 회전되게 한 전동장치로 사용할 수 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 발전 겸용 전동모듈은 더욱 간소화된 구성은 물론 고도의 에너지 효율을 갖고 있으면서도, 필요에 따라 발전장치 또는 전동장치로 선택 적용시킬 수 있으므로 매우 합리적인 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 제1디스크 11,11' : 분할자석체
20 : 제2디스크 21,21' : 유도코일
30 : 회전축
40 : 제3디스크 41,41' : 보조자석체

Claims (6)

1. 비자성체로 된 제1디스크(10)에는 분할자석체(11)(11')들을 방사상으로 이격 배치하고, 비자성체로 된 제2디스크(20)에는 직렬 연결된 유도코일(21)(21')들을 방사상으로 이격 배치하며, 상기 제1디스크(10) 또는 제2디스크(20) 중 선택된 하나의 디스크는 별도의 회전축(30)에 결합 고정되게 하여 그 회전축(30)과 함께 선택된 하나의 디스크가 회전될 수 있도록 구성하되,
   상기 분할자석체(11)(11')들은, 적어도 2개 이상의 장방형 육면체로 된 영구자석을 서로 겹쳐 접합하여 형성하고 이들 영구자석에 의한 분할자석체(11)(11')들은 양극착자점이 유도코일(21)(21')을 향하도록 배치하여 구성됨을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.
   
2. 제 1항에 있어서,
   제2디스크(20)의 일측에는 별도의 제3디스크(40)를 이격 형성하되, 상기 제3디스크(40)에는 제1디스크(10)에 형성된 분할자석체(11)(11')들의 사이 사이에 배치되도록 고정된 보조자석체(41)(41')들을 분할 형성하되, 이들 보조자석체(41)(41')는 양극착자점이 유도코일(21)(21')을 향하도록 고정되어 이루어짐을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.
   
3. 제 1항에 있어서,
   분할자석체(11)(11')와 유도코일(21)(21')은 서로 동일한 개체수를 갖고 대응 배치되도록 구성함을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.
   
4. 제 1항에 있어서,
   유도코일(21)(21')은 분할자석체(11)(11')의 2배수에 해당하는 개체수를 갖고 배치되도록 구성함을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.
   
5. 제 1항에 있어서,
   회전축(30)에 외부로부터 회전동력을 인가시켜 상기 회전축(30)의 회전에 따라 서로 엇갈려 회전되는 분할자석체(11)(11')와 유도코일(21)(21')은, 분할자석체(11)(11')의 자력이 유도코일(21)(21')로 유기되어 전력을 생산할 수 있도록 한 발전기로 사용되게 함을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.
   
6. 제 1항에 있어서,
   유도코일(21)(21')에 외부로부터 교번 극성 형태의 직류전원을 인가시켜 상기 유도코일(21)(21')에서의 전하 부호와 분할자석체(11)(11')의 양극성 간에 작용하는 인력과 척력을 이용하여 상기 회전축(30)이 연속 회전되게 한 전동기로 사용되게 함을 특징으로 하는 양극착자점을 이용한 디스크형 발전 겸용 전동모듈.

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