KR20120056408A - 발전기 - Google Patents

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KR20120056408A
KR20120056408A KR1020100117927A KR20100117927A KR20120056408A KR 20120056408 A KR20120056408 A KR 20120056408A KR 1020100117927 A KR1020100117927 A KR 1020100117927A KR 20100117927 A KR20100117927 A KR 20100117927A KR 20120056408 A KR20120056408 A KR 20120056408A
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Abstract

중심축을 감싸도록 형성된 내부 실린더; 상기 내부 실린더에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더와 고정된 외부 실린더; 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 상대 운동하도록 설치된 허브; 상기 내부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 1 코어; 상기 외부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 2 코어; 상기 허브의 상기 제 1 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 1 영구자석; 및 상기 허브의 상기 제 2 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 2 영구자석;을 포함하고, 상기 제 1 코어 및 상기 제 2 코어는 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더의 원주 방향으로 복수 개 설치되며, 각각 마다 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 발전기가 개시된다. 따라서, 발전효율이 뛰어날 뿐만 아니라, 초기 구동이 용이하며, 자석과 코어 사이의 간격을 좁게 할 수 있어, 발전효율을 증대시킬 수 있다.

Description

발전기{Generator}
본 발명은 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력 등의 외력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 기계적에너지인 외력을 전기적에너지로 변환하는 장치로서, 여러 분야에서 이용되고 있다. 특히 발전기는 화석연료의 고갈에 따른 에너지위기 및 환경오염의 심각성이 대두됨에 따라, 청정에너지인 풍력이나 조력을 이용하여 전력을 생산하기 위해 세계 각국에서 기술 개발되고 있다.
이러한 발전기의 발전과정을 풍력을 기준으로 살펴보면, 바람을 받아서 회전력을 일으키는 팬에 구동축이 연결되고, 상기 구동축의 회전속도를 증속시켜 발전기에 연결하는 증속기어가 구비된다. 발전기는 증속기어에 연결된 로터(rotor, 회전체)가 회전되게 하여, 로터와 스테이터(stator,고정체) 간 전자기유도작용으로 기전력을 발생시킨다.
그러나, 풍력 등을 이용하여 전력을 생산하는 발전기의 경우에는 외력이 항상 충분히 작용하지 않을 수 있다. 또한 이 때문에 풍력과 같이 저속의 회전력을 이용하기 위해서 증속기어가 구비됨으로써, 동력의 손실이 발생한다는 문제점도 있다. 따라서, 이러한 풍력 등을 이용하여 전력을 생산하는 발전기의 경우에는 증속기어 없이도 저속에서 고효율로 발전될 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저속에서도 고효율로 발전될 수 있는 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 중심축을 감싸도록 형성된 내부 실린더; 상기 내부 실린더에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더와 고정된 외부 실린더; 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 상대 운동하도록 설치된 허브; 상기 내부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 1 코어; 상기 외부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 2 코어; 상기 허브의 상기 제 1 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 1 영구자석; 및 상기 허브의 상기 제 2 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 2 영구자석;을 포함하고, 상기 제 1 코어 및 상기 제 2 코어는 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더의 원주 방향으로 복수 개 설치되며, 각각 마다 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 발전기를 제공한다.
상기 제 1 코어와 상기 제 1 영구자석간의 인력과 상기 제 2 코어와 상기 제 2 영구자석간의 인력의 크기는 실질적으로 동일하다.
개별 단위의 상기 제 1 코어는 상기 내부 실린더에 고정된 웹과, 상기 웹의 끝단에 형성되며, 상기 제 1 영구자석의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지를 포함하고, 개별 단위의 상기 제 2 코어는 상기 외부 실린더에 고정된 웹과, 상기 웹의 끝단에 형성되며, 상기 제 2 영구자석의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지를 포함하며, 상기 제 1 코어의 플랜지와 상기 제 1 영구자석간의 인력과 상기 제 2 코어의 플랜지와 상기 제 2 영구자석간의 인력이 실질적으로 동일하다.
상기 제 1 영구자석 및 상기 제 2 영구자석은 원주방향으로 극성이 번갈아가며 상기 허브에 고정되며, 상기 허브를 사이에 두고, 맞대어진 상기 제 1 영구자석 및 상기 제 2 영구자석의 극성이 서로 반대인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 제 2 실시예로, 중심축을 감싸도록 형성된 내부 실린더; 상기 내부 실린더에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더와 고정된 외부 실린더; 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 상대 운동하도록 설치된 허브; 상기 내부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 1 영구자석; 상기 외부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 2 영구자석; 상기 허브의 상기 제 1 영구자석을 바라보는 면에 배치된 제 1 코어; 및 상기 허브의 상기 제 2 영구자석을 바라보는 면에 배치된 제 2 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기를 제공한다.
상기 제 1 영구자석과 상기 제 1 코어 사이의 인력과 및 상기 제 2 영구자석과 상기 제 2 코어 사이에 발생하는 인력의 크기가 실질적으로 동일하다.
상기 제 1 영구자석은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되며, 상기 제 2 영구자석은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 마주 보는 상기 제 1 영구자석과 상기 제 2 영구자석은 극성이 서로 동일한 것이 효과적이다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 발전기는 한정된 공간의 2조의 코어와, 영구자석을 구비함으로써, 발전효율을 훨씬 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 제 1 영구자석과 제 1 코어 사이의 인력과, 제 2 영구자석과 제 2 코어 사이의 인력간의 균형을 맞춰줌으로써, 초기에 실린더 구조물이 좀더 쉽게 구동될 수 있도록 함과 동시에 코어와 영구자석간의 간극을 좁힐 수 있어, 발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
그리고, 영구자석의 배치가, 자기장의 손실없이 인접한 자석간에 주로 흐르도록 함으로써, 허브의 양면에 위치한 코어에 권선된 코일 모두가 효율적으로 발전이 일어나도로 하여, 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 발전기의 단면도
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 구조를 도시한 단면도
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 발전기의 단면도, 도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 발전기는 중심축(400)을 감싸도록 형성된 내부 실린더(210)와, 상기 내부 실린더(210)에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더(210)와 고정된 외부 실린더(220)와, 상기 내부 실린더(210)와 상기 외부 실린더(220) 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더(210) 및 상기 외부 실린더(220)와 상대 운동하도록 설치된 허브(300)와, 상기 내부 실린더(210)의 상기 허브(300)를 바라보는 면에 배치된 제 1 코어(510)와, 상기 외부 실린더(220)의 상기 허브(300)를 바라보는 면에 배치된 제 2 코어(520)와, 상기 허브(300)의 상기 제 1 코어(510)를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 1 영구자석(610)과, 상기 허브(300)의 상기 제 2 코어(520)를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 2 영구자석(620)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 중심축(400)을 감싸도록 내부실린더(210), 허브(300), 외부실린더(220) 순으로 형성되며, 중심축(400)과 허브(300)는 허브 연결부재(310)에 의해 서로 고정되며, 내부 실린더(210) 및 외부실린더(220)는 실린더 연결부재(530)에 의해 연결된다. 그 결과, 중심축(400)과 허브(300)는 함께 회동하며, 내부 실린더(210) 및 외부실린더(220)도 함께 회동하며, 중심축(400)과 내부 실린더(210) 및 외부실린더(220)는 서로 상대 운동하게 된다. 통상, 중심축(400)을 고정하고, 내부 실린더(210) 및 외부실린더(220)를 중심축(400)을 중심으로 회동하게 하거나, 그 반대로 구성될 수 있다. 다만, 외부실린더(220)의 외주면에 풍력과 같은 바람의 힘을 받을 수 있는 임펠러가 설치되는 것이, 별도의 구조물 없이 임펠러와 함께 형성될 수 있으므로, 중심축(400)이 구조물의 역할을 함께 할 수 있도록 고정되며, 내부실린더(210) 및 외부실린더(220)가 회동하도록 설치되는 것이 바람직하다.
별도로 도시하지는 않았지만, 내부실린더(210) 및 외부실린더(200)와 중심축 사이에는 상대 운동을 하기 위한 베어링등이 설치될 수 있음은 당연하다.
상기 제 1 코어(510) 및 상기 제 2 코어(520)는 상기 내부 실린더(210) 및 상기 외부 실린더(220)의 원주 방향으로 복수 개 설치되며, 각각 마다 코일(513, 523)이 권선된다.
상기 제 1 코어(510) 및 상기 제 2 코어(520)는 도 2에 도시된 바와 같이, 'T'자형 금속판을 상하로 적층하여 형성된다. 즉, 개별 단위의 상기 제 1 코어(510)는 상기 내부 실린더(210)에 고정된 웹(511)과, 상기 웹(511)의 끝단에 형성되며, 상기 제 1 영구자(610)석의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지(512)를 포함하고, 개별 단위의 상기 제 2 코어(520)는 상기 외부 실린더(220)에 고정된 웹(521)과, 상기 웹(521)의 끝단에 형성되며, 상기 제 2 영구자석(620)의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지(522)를 포함한다.
또한, 상기 제 1 코어(510)와 상기 제 1 영구자석(610)간의 인력과 상기 제 2 코어(520)와 상기 제 2 영구자석(620)간의 인력의 크기는 실질적으로 동일하게 형성된다. 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 제 1 코어(510)의 플랜지(512)와 상기 제 1 영구자석간(610)의 인력과 상기 제 2 코어(520)의 플랜지(522)와 상기 제 2 영구자석(620)간의 인력이 실질적으로 동일하게 형성된다.
동일하게 형성하는 방법으로는 다양한 방법이 존재할 수 있다. 예를 들면, 제 1 영구자석(610)이 제 2 영구자석(620)에 비해서 크기가 작고, 코어도 제 1 코어(510)의 크기가 제 2 코어(520)의 크기보다 작게 형성된다. 따라서, 동일한 재질의 영구자석을 코어와 동일한 간격에 배치하는 경우, 제1코어(510)와 제 2 영구자석(610) 간에 발생하는 인력이 제 2 코어(520)와 제 2 영구자석(620) 간에 발생하는 인력보다 작게 된다. 이를 해소하는 방법으로는 그 차이만큼 제 1 영구자석(610)이 제 2 영구자석(620) 보다 자력이 센 재질로 형성하거나, 제 1 코어(510)와 제 1 영구자석(610) 간의 간격을 좁혀 형성한다.
상기 제 1 영구자석(610) 및 상기 제 2 영구자석(620)은 원주방향으로 극성이 번갈아가며 상기 허브(300)에 고정되며, 상기 허브(300)를 사이에 두고, 맞대어진 상기 제 1 영구자석(610) 및 상기 제 2 영구자석(620)의 극성이 서로 반대가 되도록 배치된다.
상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 발전기는 한정된 공간의 2조의 코어와, 영구자석을 구비함으로써, 발전효율을 훨씬 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 제 1 영구자석과 제 1 코어 사이의 인력과, 제 2 영구자석과 제 2 코어 사이의 인력간의 균형을 맞춰줌으로써, 초기에 실린더 구조물이 좀더 쉽게 구동될 수 있도록 함과 동시에 코어와 영구자석간의 간극을 좁힐 수 있어, 발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
그리고, 영구자석의 배치가 도 2와 같이, 자기장의 손실없이 인접한 자석간에 주로 흐르도록 함으로써, 허브의 양면에 위치한 코어에 권선된 코일 모두가 효율적으로 발전이 일어나도로 하여, 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 구조를 도시한 단면도, 도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 발전기는, 중심축(1400)을 감싸도록 형성된 내부 실린더(1210)와, 상기 내부 실린더(1210)에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더(1210)와 고정된 외부 실린더(1220)와, 상기 내부 실린더(1210)와 상기 외부 실린더(1220) 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더(1210) 및 상기 외부 실린더(1220)와 상대 운동하도록 설치된 허브(1300)와, 상기 내부 실린더(1210)의 상기 허브(1300)를 바라보는 면에 배치된 제 1 영구자석(1610)과, 상기 외부 실린더(1220)의 상기 허브(1300)를 바라보는 면에 배치된 제 2 영구자석(1620)과, 상기 허브(1300)의 상기 제 1 영구자석(1610)을 바라보는 면에 배치된 제 1 코어(1510)와, 상기 허브(1300)의 상기 제 2 영구자석(1620)을 바라보는 면에 배치된 제 2 코어(1520)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 중심축(1400)을 감싸도록 내부실린더(1210), 허브(1300), 외부실린더(1220) 순으로 형성되며, 중심축(1400)과 허브(1300)는 허브 연결부재(1310)에 의해 서로 고정되며, 내부 실린더(1210) 및 외부실린더(1220)는 실린더 연결부재(1530)에 의해 연결된다. 그 결과, 중심축(1400)과 허브(1300)는 함께 회동하며, 내부 실린더(1210) 및 외부실린더(1220)도 함께 회동하며, 중심축(1400)과 내부 실린더(1210) 및 외부실린더(1220)는 서로 상대 운동하게 된다. 통상, 중심축(1400)을 고정하고, 내부 실린더(1210) 및 외부실린더(1220)를 중심축(1400)을 중심으로 회동하게 하거나, 그 반대로 구성될 수 있다. 다만, 외부실린더(1220)의 외주면에 풍력과 같은 바람의 힘을 받을 수 있는 임펠러가 설치되는 것이, 별도의 구조물 없이 임펠러와 함께 형성될 수 있으므로, 중심축(1400)이 구조물의 역할을 함께 할 수 있도록 고정되며, 내부실린더(1210) 및 외부실린더(1220)가 회동하도록 설치되는 것이 바람직하다.
별도로 도시하지는 않았지만, 내부실린더(1210) 및 외부실린더(1200)와 중심축 사이에는 상대 운동을 하기 위한 베어링등이 설치될 수 있음은 당연하다.
상기 제 1 영구자석(1610)과 상기 제 1 코어(1510) 사이의 인력과 및 상기 제 2 영구자석(1620)과 상기 제 2 코어(1520) 사이에 발생하는 인력의 크기가 실질적으로 동일하도록 형성된다.
동일하게 형성하는 방법으로는 다양한 방법이 존재할 수 있다. 제 1 영구자석(1610)이 제 2 영구자석(1620)에 비해서 크기가 작고, 코어도 제 1 코어(1510)의 크기가 제 2 코어(1520)의 크기보다 작게 형성된다. 따라서, 동일한 재질의 영구자석을 코어와 동일한 간격에 배치하는 경우, 제1코어(1510)와 제 2 영구자석(1610) 간에 발생하는 인력이 제 2 코어(1520)와 제 2 영구자석(1620) 간에 발생하는 인력보다 작게 된다. 이를 해소하는 방법으로는 그 차이만큼 제 1 영구자석(1610)이 제 2 영구자석(1620) 보다 자력이 센 재질로 형성하거나, 제 1 코어(1510)와 제 1 영구자석(1610) 간의 간격을 좁혀 형성하는 방법이 있다.
또한, 상기 제 1 영구자석(1610)은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되며, 상기 제 2 영구자석(1620)은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치된다. 마주 보는 상기 제 1 영구자석(1610)과 상기 제 2 영구자석(1620)은 극성이 서로 동일하도록 형성된다.
제 2 실시예의 발전기도 제 1 실시예와 동일하게, 상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 발전기는 한정된 공간의 2조의 코어와, 영구자석을 구비함으로써, 발전효율을 훨씬 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 제 1 영구자석과 제 1 코어 사이의 인력과, 제 2 영구자석과 제 2 코어 사이의 인력간의 균형을 맞춰줌으로써, 초기에 실린더 구조물이 좀더 쉽게 구동될 수 있도록 함과 동시에 코어와 영구자석간의 간극을 좁힐 수 있어, 발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
그리고, 영구자석의 배치가 도 4와 같이, 자기장의 손실없이 인접한 자석간에 주로 흐르도록 함으로써(마주 보는 제 1 영구자석과, 제 2 영구자석 간에 동일한 극성으로 형성함으로써), 허브의 양면에 위치한 코어에 권선된 코일 모두가 효율적으로 발전이 일어나도로 하여, 발전의 효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
400, 1400: 중심축
210, 1210: 내부 실린더
220, 1220: 외부 실린더
300, 1300: 허브
510, 1510: 제 1 코어
520, 1520: 제 2 코어
610, 1610: 제 1 영구자석
620, 1620: 제 2 영구자석
511, 521, 1511, 1521: 웹
512, 522, 1512, 1522: 플랜지

Claims (8)

  1. 중심축을 감싸도록 형성된 내부 실린더;
    상기 내부 실린더에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더와 고정된 외부 실린더;
    상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 상대 운동하도록 설치된 허브;
    상기 내부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 1 코어;
    상기 외부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 2 코어;
    상기 허브의 상기 제 1 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 1 영구자석; 및
    상기 허브의 상기 제 2 코어를 바라보는 면에 배치된 복수의 제 2 영구자석;
    을 포함하고,
    상기 제 1 코어 및 상기 제 2 코어는 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더의 원주 방향으로 복수 개 설치되며, 각각 마다 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코어와 상기 제 1 영구자석간의 인력과 상기 제 2 코어와 상기 제 2 영구자석간의 인력의 크기는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    개별 단위의 상기 제 1 코어는 상기 내부 실린더에 고정된 웹과, 상기 웹의 끝단에 형성되며, 상기 제 1 영구자석의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지를 포함하고,
    개별 단위의 상기 제 2 코어는 상기 외부 실린더에 고정된 웹과, 상기 웹의 끝단에 형성되며, 상기 제 2 영구자석의 길이방향으로 길게 형성된 플랜지를 포함하며,
    상기 제 1 코어의 플랜지와 상기 제 1 영구자석간의 인력과 상기 제 2 코어의 플랜지와 상기 제 2 영구자석간의 인력이 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발전기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 영구자석 및 상기 제 2 영구자석은 원주방향으로 극성이 번갈아가며 상기 허브에 고정되며, 상기 허브를 사이에 두고, 맞대어진 상기 제 1 영구자석 및 상기 제 2 영구자석의 극성이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 발전기.
  5. 중심축을 감싸도록 형성된 내부 실린더;
    상기 내부 실린더에서 이격되어 형성되며, 상기 내부 실린더와 고정된 외부 실린더;
    상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 설치되며, 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 상대 운동하도록 설치된 허브;
    상기 내부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 1 영구자석;
    상기 외부 실린더의 상기 허브를 바라보는 면에 배치된 제 2 영구자석;
    상기 허브의 상기 제 1 영구자석을 바라보는 면에 배치된 제 1 코어; 및
    상기 허브의 상기 제 2 영구자석을 바라보는 면에 배치된 제 2 코어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 영구자석과 상기 제 1 코어 사이의 인력과 및 상기 제 2 영구자석과 상기 제 2 코어 사이에 발생하는 인력의 크기가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발전기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 영구자석은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치되며,
    상기 제 2 영구자석은 원주방향으로 서로 다른 극성이 번갈아 배치된 것을 특징으로 하는 발전기.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    마주 보는 상기 제 1 영구자석과 상기 제 2 영구자석은 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 발전기.
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