KR20120032142A

KR20120032142A - 영구자석 체인궤도 발전기

Info

Publication number: KR20120032142A
Application number: KR1020100093611A
Authority: KR
Inventors: 김민조
Original assignee: 김민조
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2012044014A3; WO2012044014A2; KR101146717B1

Abstract

본 발명은 영구자석 체인궤도 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 궤도를 그리며 회전하는 체인과 체인 사이에 N극과 S극을 동시에 사용하는 영구자석을 결합한 회전자 구조에, 외부로 돌출된 코일이 구비된 고정자와 규소강판 슬롯이 구비된 고정자를 용도에 맞게 적절히 사용하는 영구자석 체인궤도 발전기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기는 외부 회전력에 의해 회전하는 제1회전축의 양측에 결합한 구동기어와, 상기 제1회전축에 이격된 제2회전축의 양측에 결합한 종속기어에 치합되어 일정 궤도를 그리며 회전하는 제1,2체인; 상기 제1,2체인 사이에 일정 간격을 두고 적층되게 배열된 상태에서 제1,2체인에 결합하여 일정 궤도를 따라 회전하는 복수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 및 상기 제1,2체인을 감싸는 보빈에 권선된 하나 이상의 코일이 결합하여 이루어지고, 상기 영구자석에 의해 유도되는 자기장이 유기되어 전력을 출력하는 고정자를 포함하야 구성된다.

Description

영구자석 체인궤도 발전기 {Permanent Magnet Chain Track type Generator}

본 발명은 영구자석 체인궤도 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 궤도를 그리며 회전하는 체인과 체인 사이에 N극과 S극을 동시에 사용하는 영구자석을 결합한 회전자 구조에, 외부로 돌출된 코일이 구비된 고정자와 규소강판 슬롯이 구비된 고정자를 용도에 맞게 적절히 사용하는 영구자석 체인궤도 발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기는 회전자와 고정자가 구비되어 회전자에는 다수의 영구자석을 회전자 디스크에 배열 설치하여 회전축에 고정설치하고, 고정자는 상기 회전자와 격간으로 설치되어 회전자의 회전에 의해 발생하는 자기력선에 의해 전압이 유기되는 코일을 고정자 디스크에 배열설치하며, 이 고정자는 발전기 하우징에 고정설치되는 구조로 구성된다.

이와 같은 기본적인 발전기의 구조는 상기 회전축에 외부 회전동력이 전달되어 고정자의 코일로 유기되는 전력을 출력시키는 것이다.

즉, 외부 회전력에 의해 상기 회전축이 회전되어 회전자가 회전되고, 회전자에 설치된 영구자석에 의해 유도되는 자기장이 고정자의 코일에 유기되면서 코일에서 전력의 출력을 얻게 된다.

상기한 발전기는 그 구조에 따라 AFPM 발전기와 영구자석 동기발전기로 구분된다.

토크(회전력)를 발생시키는 자속의 방향이 회전축과 같은 방향인 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 발전기는 두 개의 디스크에 영구자석이 부착된 회전자의 공간에 부채꼴 모양의 복수의 코일을 원판형틀에 넣고 합성수지로 고정한 구조이다.

또한, 회전자의 회전속도와 자기장의 회전속도가 같은 형태의 영구자석 동기발전기는 외부 원통형에 규소강판 슬롯의 고정자와 내부 원통형 면에 영구자석을 부착한 회전자로 이루어진 구조이다.

상기한 종래의 AFPM 발전기는 두 개의 회전자 디스크에 영구자석의 N극과 S극을 마주보게 하여 발전의 효율을 향상시킬 수 있으나 디스크 형상을 크게 하면 자석이 당기는 힘 때문에 고정자에 닿을 수 있어 디스크를 크게 하는데 제약이 있고, 복수의 부채꼴 모양의 코일을 원판형틀에 넣고 합성수지 같은 성분으로 밀봉하는 구조이기 때문에 회전자가 회전하면 자기장이 코일로 유기되면서 열이 발생할 때 열 냉각이 힘든 문제점이 있다.

또한, 상기한 영구자석 동기발전기는 초대형 발전기의 경우에 코일의 전류 흐름 향상과 철 손실이 적은 방향성 규소강판을 사용하여 전기효율을 향상시킬 수 있으나, 일반 발전기는 방향을 맞출 수 없어 방향성 규소강판 사용이 불가능하며, 회전자는 영구자석이 원통형 면에 부착되어 영구자석의 한쪽 면만 사용하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 영구자석의 N극과 S극을 동시에 사용하고 복수의 극이 배열되는 구조로 발전의 효율이 향상되어 작은 에너지로 많은 전력을 생산할 수 있다.

또한, 영구자석과 영구자석 사이에 공간이 생겨 영구자석이 회전할 때 바람을 일으키면서 통풍이 되고 고정자는 외부로 돌출되어 자기장이 고정자의 코일로 유기되면서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기는 외부 회전력에 의해 회전하는 제1회전축의 양측에 결합한 구동기어와, 상기 제1회전축에 이격된 제2회전축의 양측에 결합한 종속기어에 치합되어 일정 궤도를 그리며 회전하는 제1,2체인;

상기 제1,2체인 사이에 일정 간격을 두고 적층되게 배열된 상태에서 제1,2체인에 결합하여 일정 궤도를 따라 회전하는 복수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 및

상기 회전자의 내부와 외부에 복층의 규소강판에 코일이 권선된 하나 이상의 규소강판 슬롯으로 이루어지고 상기 영구자석에 의해 유도되는 자기장이 유기되어 전력을 출력하는 고정자를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기는 외부 회전력에 의해 회전하는 제1회전축의 양측에 결합한 구동기어와, 상기 제1회전축에 이격된 제2회전축의 양측에 결합한 종속기어에 치합되어 일정 궤도를 그리며 회전하는 제1,2체인;

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 영구자석의 N극과 S극을 동시에 사용하고 복수의 극이 배열되는 구조로 발전의 효율이 향상되어 작은 에너지로 많은 전력을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기의 사시도,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 도 1에 나타낸 회전자의 구조에 관한 사시도,
도 4a와 도 4b는 도 1에 나타낸 레일구조에 관한 평면도와 측면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기의 사시도,
도 6은 도 5의 단면도.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 회전자의 구조에 관한 사시도이며, 도 4a와 도 4b는 도 1에 나타낸 레일구조에 관한 평면도와 측면도이다.

도시된 바와 같이 회전축(80a,80b), 기어(70a,70b), 체인(20a,20b), 영구자석(30) 및 코일(40)을 포함하여 구성된다.

외부 회전력에 의해 회전하는 회전축(80a,80b)은 상하에 서로 이격되게 형성되어 한 회전축(80a)에는 구동기어(70a)가 좌우 양측으로 서로 대향되게 결합하고, 다른 하나의 회전축(80b)에는 종속기어(70b)가 좌우 양측으로 서로 대향되게 결합한다.

상기 구동기어(70a)와 종속기어(70b)에는 각각 체인(20a,20b)이 치합되어 구동기어(70a)와 종속기어(70b)를 연결하며 이에 의해 상기 회전축(80a)의 회전력이 다른 회전축(80b)에 전달되어 회전함으로써 체인(20a,20b)이 운동장의 트랙과 같은 일정 궤도를 그리면서 회전하게 된다.

이때 상기 회전축(80a)에 치합된 구동기어(70a)는 구동축으로 사용하며 다른 회전축(80b)에 치합된 종속기어(70b)는 양측의 체인(20a,20b)이 늘어지지 않도록 팽팽하게 당겨지는 통상적인 기술을 갖춘 구조가 된다.

또한, 상기 종속기어(70b)는 원판디스크 또는 휠 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.

상기 좌우 양측의 체인(20a,20b) 사이에는 양쪽 체인(20a,20b)에 결합한 복수의 영구자석(30)이 개재되어 체인(20a,20b)이 회전시 같이 회전한다.

이와 같이 영구자석(30)이 체인(20a,20b)에 결합하고 체인 볼(25)과 체인(20a,20b)의 일측면을 감싸안은 레일(60)이 발전기 하우징(미도시)에 지지대(60a)에 의해 고정됨으로써 회전자의 체인(20a,20b) 이탈을 방지할 수 있다.

상기 영구자석(30)은 상하로 이격되게 배열되어 영구자석(30)의 내측과 외측으로 N극과 S극이 교대로 배치된다.

즉, 한 영구자석(30)의 내측과 외측에 N극과 S극이 형성되는 경우 그 영구자석(30)에 상하로 이격된 영구자석(30)의 내측과 외측에는 S극과 N극이 형성되고, 이와 이격된 반대측에는 이와 반대되는 극성의 영구자석(30)이 상하로 이격되게 배열된다.

상기 체인(20a,20b)에는 두 체인(20a,20b)을 감싸는 형태로 고정자(45)가 발전기 하우징에 고정 설치된다.

상기 고정자(45)는 두 체인(20a,20b)이 회전할 수 있도록 두 체인(20a,20b)을 감싸는 보빈(40a)에 코일(40)이 권선되어 이루어지되, 하나 또는 둘 이상의 코일(40)이 상하로 배열되어 서로 대향되는 구조를 가지며, 직렬 또는 2상 이상의 결선을 할 수 있도록 함으로써 발전기의 사용 용도에 맞추어 결선이 이루어진다.

이와 같이 본 발명은 회전자의 회전 방향으로 N극과 S극을 마주한 간격을 둔 복수의 영구자석(30)이 배열된 회전자 구조와 코일(40)이 복수 개로 배열된 고정자(45)의 구조이다.

상기한 구성의 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 구성 및 작용을 설명하면, 외부의 회전력에 의해 회전축(80a)이 회전하면, 상기 회전축(80a)의 회전력이 기어(70a,70b)에 치합된 체인(20a,20b)을 통해 회전축(80b)에 전달되어 체인(20a,20b)이 일정 궤도를 따라 회전하면서 회전자를 구성하는 복수의 영구자석(30)도 일정 궤도를 그리며 회전하게 된다.

상기 영구자석(30)이 회전함에 따라서 영구자석(30)에 의해 유도되는 자기장이 고정자의 코일(40)에 유기되면서 코일(40)에서 전력을 출력하여 발전을 하게 된다.

이때 상기 영구자석(30)과 영구자석(30) 사이에 공간이 형성되어 영구자석(30b)이 궤도를 따라 회전하는 경우 바람을 일으키게 되고 이에 의해 통풍이 되면서 코일(40)에서 발생하는 열을 냉각하게 되며, 또한 고정자(45)가 외부로 노출되어 있어 코일(40)에서 발생하는 열이 자연적으로 냉각되어 전력을 효율적으로 생산할 수 있다.

또한, 영구자석(30)의 N극과 S극을 교대로 형성되고 서로 다른 극이 서로 이격되게 배치됨으로써 발전의 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 고정자(45)의 중앙으로 회전자인 영구자석(30)의 N극과 S극이 동시에 양극을 통과하면서 2배의 극과 2배로 향상된 자기장이 고정자(45)에 유기되어 발전의 효율을 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 체인궤도 발전기의 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.

도시된 바와 같이 회전축(80a,80b), 기어(70a,70b), 체인(20a,20b), 영구자석(30) 및 규소강판 슬롯(50)을 포함하여 구성된다.

상기 두 체인(20a,20b)의 내부와 외부에 고정자가 설치되어 발전기 하우징에 고정 설치된다.

상기 고정자는 두 체인(20a,20b)의 내부와 외부에 적층된 다수 개의 규소강판이 코일이 권선된 다수의 규소강판 슬롯(50)으로 이루어지되, 하나 또는 둘 이상의 고정자(규소강판 슬롯)가 상하로 배열되어 서로 대향되는 구조를 가지며 직렬 또는 2상 이상의 결선을 할 수 있도록 함으로써 발전기의 사용 용도에 맞추어 결선이 이루어진다.

이때 상기 규소강판 슬롯(50)은 사각의 네 변 중 마주보는 두 변의 양방향으로만 이루어진 방향성 규소강판 즉, 코일에 전류 흐름의 향상과 철 손실이 작은 방향성 규소강판이 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 회전자의 회전 방향으로 N극과 S극을 마주한 간격을 둔 복수의 영구자석(30)이 배열된 회전자 구조와 규소강판 슬롯이 복수 개로 배열된 고정자의 구조이다.

상기한 구성의 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 구성 및 작용을 설명하면, 외부의 회전력에 의해 회전축(80a)이 회전하면, 상기 회전축(80a)의 회전력이 기어(70a,70n)에 치합된 체인(20a,20b)을 통해 다른 회전축(80b)에 전달되어 체인(20a,20b)이 일정 궤도를 따라 회전하면서 회전자를 구성하는 복수의 영구자석(30)도 일정 궤도를 그리면서 회전하게 된다.

상기 영구자석(30)이 회전함에 따라서 영구자석(30)에 의해 유도되는 자기장이 고정자의 규소강판 슬롯(50)에 유기되면서 규소강판에 권선된 코일에서 전력을 출력하여 발전을 하게 된다.

이때 상기 영구자석(30)과 영구자석(30) 사이에 공간이 형성되어 영구자석(30)이 궤도를 따라 회전하는 경우 바람을 일으키게 되고 이에 의해 통풍이 되면서 코일에서 발생하는 열을 냉각하게 되며, 또한 고정자가 외부로 노출되어 있어 코일에서 발생하는 열이 자연적으로 냉각되어 전력을 효율적으로 생산할 수 있다.

즉, 상기 규소강판 슬롯(50)의 중앙으로 복수의 극이 형성된 회전자(영구자석의 N극과 S극이 동시에 양극을 통과하면서 2배의 극과 2배로 향상된 자기장이 고정자에 유기되어 전기에너지를 높일 수 있다.

20a,20b: 체인 25: 체인 볼
30: 영구자석 40; 코일
40a; 보빈 45; 고정자
50; 규소강판 슬롯 60; 레일
60a; 지지대 70a; 구동기어
70b; 종속기어 80a,80b; 회전축

Claims

외부 회전력에 의해 회전하는 제1회전축의 양측에 결합한 구동기어와, 상기 제1회전축에 이격된 제2회전축의 양측에 결합한 종속기어에 치합되어 일정 궤도를 그리며 회전하는 제1,2체인;
상기 제1,2체인 사이에 일정 간격을 두고 적층되게 배열된 상태에서 제1,2체인에 결합하여 일정 궤도를 따라 회전하는 복수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 및
상기 제1,2체인을 감싸는 보빈에 권선된 하나 이상의 코일이 결합하여 이루어지고, 상기 영구자석에 의해 유도되는 자기장이 유기되어 전력을 출력하는 고정자를 포함하는 영구자석 체인궤도 발전기.
외부 회전력에 의해 회전하는 제1회전축의 양측에 결합한 구동기어와, 상기 제1회전축에 이격된 제2회전축의 양측에 결합한 종속기어에 치합되어 일정 궤도를 그리며 회전하는 제1,2체인;
상기 제1,2체인 사이에 일정 간격을 두고 적층되게 배열된 상태에서 제1,2체인에 결합하여 일정 궤도를 따라 회전하는 복수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 및
상기 회전자의 내부와 외부에 복층의 규소강판에 코일이 권선된 하나 이상의 규소강판 슬롯으로 이루어지고 상기 영구자석에 의해 유도되는 자기장이 유기되어 전력을 출력하는 고정자를 포함하는 영구자석 체인궤도 발전기.
제 2 항에 있어서,
상기 규소강판 슬롯은 방향성 규소강판을 적층하여 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석 체인 궤도 발전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상하로 배열되는 영구자석의 내측과 외측으로 N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 체인 궤도 발전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1,2체인과 체인 볼의 일측면을 감싸안은 레일이 발전기 본체에 지지대에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 영구자석 체인 궤도 발전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 종속기어는 원판디스크 또는 휠 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영구자석 체인궤도 발전기.