KR20160022740A - 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기에 관한 것으로 특히, 냄비 형상의 하부 캡과 뚜껑 형상의 상부 캡으로 이루어진 진공상태의 케이스와; 상기 케이스 중 하부 캡의 중심부에 형성된 안치홈 내에 수직방향으로 고정 설치되어 구동모터에 전원 전압의 공급되면 복수의 페라이트 코어에 각각 권취된 권
선코일에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 발전전압을 발생하는 발전기와; 복수의 휠 구동용 코어와 플라이 휠 및 복수의 휠 구동용 영구자석이 상기 케이스 내에 고정 및 회동 가능하게 설치되고, 외부 회전축 결합용 캡 및 외부 회전축은 상기 케이스 중 상부 캡의 중심점에서 상방향을 향해 돌출 형성된 축 가이더의 외부에서 회동 가능하게 설치된 형태를 갖고 상기 발전기에서 발전되는 전압에 대응하는 회전수를 갖고 플라이 휠과 외부 회전축이 회전하며 상기 외부 회전축에 연결되는 부하의 구동에 필요한 동력을 발생시켜 주는 전동기;로 구성한 것을 특징으로 한다.
따라서, 전동기에서 발생하는 열을 최소화할 수 있어 발전기의 발전효율 및 전동기의 구동효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 또한 발전기 및 전동기가 구동될 때 공기와의 마찰력을 포함하여 기압 등으로 인한 저항을 최소화할 수 있고, 또 적은 소비전력을 갖는 발전기에서 발전되는 전압을 이용하여 부하 구동용 전동기를 구동시켜 강력한 회전 에너지를 얻을 수 있으므로 발전기의 소비전력 대비 큰 회전 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.

Description

양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기{Vaccum motor with generator}

본 발명은 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기에 관한 것으로 보다 구체적으로는 발전기로부터 생산되는 전기장을 발전기의 권선코일과 비례하여 권선된 코어에서 동일한 자기장을 형성하게 하여 일정 크기의 원형 회전체에 부착된 영구자석과 상호 운동에너지로 교환하여 전동기의 회전 가속도를 증가시킬 수 있고, 또한 최종 파워를 구형하는 전동기 축을 제외한 전체가 진공으로 고립된 내부에 조립 설치되어서 저항을 줄인 발전기와 전동기가 결합된 진공 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 발전기(generator, 發電機)는 도체(導體)가 자기장에서 운동할 때 전기가 발생하는 것을 이용하여 화학적 또는 원자력 에너지와 같이 다양한 에너지원으로부터 발생하는 기계적인 에너지 즉, 역학적 에너지를 자기장 속에서 도선이 움직일 때 자기장의 방향과 도선이 움직이는 방향으로 유도 기전력 또는 유도 전류의 방향을 결정하는 규칙인 플레밍의 오른손법칙에 따라 전기 에너지로 바꾸는 장치를 통틀어 이르는 것으로, 교류 발전기와 직류 발전기로 구별된다.

최근, 직선 운동에 의한 발전기가 개발되어 있기는 하나, 그 대부분은 회전식의 발전기로 구성되어 있다. 하지만, 모든 발전기들은 전자기 유도 작용에 의하여 기전력을 발생시킨다는 점에서는 모두 동일하다.

일반적으로 발전기는 자계를 형성하는 계자부분과 자계 속에서 회전운동을 하는 전기자 부분으로 이루어진다.

이때, 상기 계자부분은 자석의 자력선이 자계를 형성하여 놓은 부분의 명칭으로서, 발전기의 하우징과 접착된 자석을 일컫는 말이다.

또한, 상기 전기자 부분은 전류를 인가하여 자력선을 방출시키는 부분을 의미하며, 아마추어(Armature), 로터(Rotor) 또는 코어(Core)라고도 한다.

전술한 구성을 갖는 발전기는, 전류가 흐르는 전선 주위에는 항상 자계가 형성되고, 영구자석의 자계와 전기자의 코일에서 발생하는 자계가 서로 밀거나 당기는 힘에 의해 전기자가 돌아가게 되는데, 이러한 전자력을 이용하게 되는 것이다.

한편, 종래 발전기에서 자기와 코일 사이에서 전기가 발생되는 과정을 살펴보면, 역기전류에 의한 히스테리시스 손실과 자기운동에 의한 와전류가 발생하여 쓸데없는 막강한 부하가 걸리고 열이 발생한다.

특히, 과다 전류를 사용할 경우와 예기치 못한 단락(합선) 상태가 발생하면 발전기의 화재 손실 또는 과부하에 의한 정전 사태로 인하여 각종 계기와 설비가 손상되는 문제점이 있다.

또, 발전기가 손상되는 위험이 있어서, 실제로 생산되는 전력의 100퍼센트 전체의 양을 다 사용한다는 것이나, 그 출력의 전체 양에 가깝게 과부하의 위험을 무릅쓰며 사용한다는 것은 절대 불가능하다.

그래서 출력보다 항상 적은 양을 사용해야만 하며, 그에 따라서 발생하는 손실은 생각보다 막대하며, 이것이 현재 발전 운영의 실태이다.

또한, 발전기의 회전자를 방해하는 힘은 전기자 코일에 전류가 흐를 때 전기자 코일에 생기는 자기장 때문이며,

이 자기장이 회전자의 자기장과 상호 작용하여 회전자의 회전을 방해하는 역기전력을 일으키기 때문이다.

따라서, 본 출원인은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 방안으로 "양극 평형을 이용한 시간차 발전기"를 제시하여 국내 특허 10-1324546호"로 특허받은 바 있다.

이와 같은 양극 평형을 이용한 시간차 발전기는 소정거리를 두고 평행하게 배치되는 한 쌍의 고정판 사이에 권선코일이 권취된 복수의 원봉형 직선 페라이트 코어를 정해진 간격 및 배열을 갖게 고정 설치하고, 상기 한 쌍의 고정판 외측에는 원판 또는 "I"자 또는 "Y"자 형상을 갖고 한 쌍 이상의 영구자석이 서로 반대방향 극성(즉, S극과 N극)이 마주보도록 하여 정해진 간격 및 배열을 갖게 고정 설치된 회전자용 회전판을 설치하되, 상기 회전자용 회전판의 중심점에 고정 설치된 회전축은 회전력 발생수단의 축에 연결하여 양극이 평형을 이루는 상태에서 복수의 페라이트 코어에 각각 권취된 권선코일에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 유도 기전력 또는 유도 전류가 발생되는 독립적인 발전기로 작용하도록 하였다.

따라서, 페라이트 코어 및 권선코일에서 발생되는 열을 최소화할 수 있어 발전기 자체의 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 발전용량 역시 대폭 증대시킬 수 있어 발전기 자체의 상품성과 신뢰도 등을 대폭 향상시킬 수 있었다.

그런데, 각종 기계 등을 구동하는데 널리 사용되고 있는 종래 대부분의 전동기는 독립적으로 제조되어 외부에서 공급되는 상용전압 등과 같은 전원전압에 의해 구동되는 구성으로 되어 있을 뿐 발전기와 일체로 결합된 구성을 가진 것을 없다.

따라서 종래 전동기는 외부에서 공급되는 상용전압 등과 같은 전원전압에 의해서만 구동되므로 전동기의 구동에 따른 전력 사용량이 많아 운용비용이 많이 들게 되는 등의 문제점이 있다.

특히, 종래의 전동기들은 과부하에 의해 코일이 손상되거나 전동기 효율에 저해 요인인 전기적 부하 즉, 역기전력, 와전류에 의한 열이 많이 발생하는 등의 문제점도 있다.

1. 대한민국 특허공보 10-1324546호(2013년 10월 23일) 2. 대한민국 실용신안등록공보 20-0386338호(2005년 05월 31일) 3. 대한민국 공개특허공보 10-2005-0112619호(2005년 12월 01일) 4. 대한민국 공개특허공보 특1997-0077907호(1997년 12월 12일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 출원인이 제안하여 제10-1324546호로 특허받은 양극 평형을 이용한 시간차 발전기에 복수의 영구자석이 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치된 플라이 휠과 복수의 휠 구동용 코어 등으로 구성된 전동기를 영구자석을 이용한 자기 부상 형태를 갖게 일체로 결합하되, 상기 발전기와 전동기를 진공 케이스 내에 설치하고, 상기 전동기의 회전력을 각종 부하에 전달해 주는 회전축은 진공 케이스의 외측에서 별도로 결합시켜 적은 소비전력으로 구동되는 발전기의 각 페라이트 코어에 발생되는 전력을 이용하여 각각의 페라이트 코어에 연결된 전동기의 휠 구동용 코어들을 여자시켜 발생하는 자기력에 의해 중량체로서 복수의 영구자석이 설치되어 있는 플라이 휠이 구동되기 시작하면 관성모멘트에 의해 회전수가 증가되도록 하고, 또 상기 플라이 휠 회전축 또는 외부 회전축 중 어느 한 축에 설치한 영구자석에 의해 부하에 연결된 회전축이 자동 회전하도록 하여, 열을 최소화할 수 있어 발전기의 발전효율 및 전동기의 구동효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 또한 발전기 및 전동기가 구동될 때 공기와의 마찰력을 포함하여 기압 등으로 인한 저항을 최소화할 수 있고, 또 적은 소비전력을 갖는 발전기에서 발전되는 전압을 이용하여 부하 구동용 전동기를 구동시켜 강력한 회전 에너지를 얻을 수 있으므로 발전기의 소비전력 대비 큰 회전 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과를 얻을 수 있는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 외부 회전축 부근에 회전수검출센서를 설치하고, 발전기의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어들의 코일 사이에 스위칭소자를 설치하여 전동기의 회전수가 정해진 회전수 이상인지 여부와 회전수 차 등에 대응하여 발전기의 각 페라이트 코어에서 출력되는 발전전압 일부를 스위칭소자를 통해 차단 또는 공급시키는 방식을 통해 전동기의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하거나 또는 회전수를 임으로 가변할 수 있도록 함으로써 일정전압이 발전되는 발전기와 결합된 전동기의 회전수를 부하량에 대응하여 임의로 자유롭게 조절할 수 있어 전동기의 운전효율을 대폭 향상시킬 수 있는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냄비 형상의 하부 캡과 뚜껑 형상의 상부 캡으로 이루어진 진공상태의 케이스와; 상기 케이스 중 하부 캡의 중심부에 형성된 안치홈 내에 수직방향으로 고정 설치되어 구동모터에 전원 전압의 공급되면 복수의 페라이트 코어에 각각 권취된 권선코일에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 발전전압을 발생하는 발전기와; 복수의 휠 구동용 코어와 플라이 휠 및 복수의 휠 구동용 영구자석이 상기 케이스 내에 고정 및 회동 가능하게 설치되고, 외부 회전축 결합용 캡 및 외부 회전축은 상기 케이스 중 상부 캡의 중심점에서 상방향을 향해 돌출 형성된 축 가이더의 외부에서 회동 가능하게 설치된 형태를 갖고 상기 발전기에서 발전되는 전압에 대응하는 회전수를 갖고 플라이 휠과 외부 회전축이 회전하며 상기 외부 회전축에 연결되는 부하의 구동에 필요한 동력을 발생시켜 주는 전동기;로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전동기는, 상기 케이스의 하부 캡 외주면 내측에서 중심점을 향해 정해진 간격 또는 각도를 두고 복수 개가 그룹 형태로 각각 수평방향으로 설치되되, 상호 직렬 연결된 형태를 갖는 각 그룹의 코어들에 각각 권취된 코일은 발전기에 설치되어 있는 페라이트 코어들의 권선코일과 직렬 연결된 형태를 갖고 발전기의 구동에 의해 각각의 페라이트 코어에서 전압이 발생되면 여자되어 플라이 휠의 구동에 필요한 자력을 발생시켜 주는 복수의 휠 구동용 코어와; 상기 발전기의 회전축 상부에 회동 가능하게 설치되어 관성모멘트를 발생시켜 주는 플라이 휠과; 상기 플라이 휠의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치되어 상기 발전기의 구동으로 인해 상기 복수의 휠 구동용 코어가 여자되어 자력이 발생되면 상기 플라이 휠이 정해진 방향으로 회전하도록 지속적인 자력을 발생하는 복수의 휠 구동용 영구자석과; 상기 케이스 중 하부 캡 바닥면과 상기 플라이 휠의 저면에서 각각 정해진 각도를 갖고 서로 같은 극성이 대향되도록 설치되어 중량체인 플라이 휠이 진공 상태의 케이스 내에 설치되어 있는 발전기의 상부에서 척력에 의해 부상된 형태를 갖고 마찰 없이 회동하도록 하는 복수의 휠 부상용 영구자석과; 저단부는 상기 플라이 휠의 중심점에 고정되고 상단부에 구비된 아이들 회동체는 상기 상부 캡의 중심점에 돌출 형성된 축 가이더 내에 회동 가능하게 설치된 휠 회전축과; 상면이 막인 원통 형상을 갖고 상기 상부 캡의 축 가이더 외면을 감싸는 형태에서 외부 회전축 및 베어링을 통해 회동 가능하게 설치되어 상기 축 가이더 내의 아이들 회동체 또는 자체 내에 구비된 회전력 전달수단을 통해 전달되어 오는 자력에 의해 플라이 휠의 회전수에 대응하여 회전하는 외부 회전축 결합용 캡과; 상기 외부 회전축 결합용 캡의 상면 중심점에 수직방향으로 고정되고, 저단부는 상기 축 가이더의 상면에 고정 설치된 베어링에 회동 가능하게 결합된 상태에서 상기 외부 회전축 결합용 캡과 함께 회전하며 부하를 구동시켜 주는 외부 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발전기의 회전축 상부에는 상기 휠 회전축의 저단부가 결합되어 플라이 휠과 함께 일방향으로만 회동되도록 하는 원웨이 베어링을 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 발전기의 페라이트 코어들에 권취된 권선코일들과 각각 코일이 직렬 연결된 형태를 갖는 한 그룹의 휠 구동용 코어 개수는 2~4개로 설치하되, 한 그룹의 휠 구동용 코어들에 각각 권취된 코일의 권선수는 해당 그룹의 코일에 직렬 연결된 상기 발전기 페라이트 코어의 권선코일 권선수와 같도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 캡의 외주면 내측과 복수의 휠 구동용 코어들 사이 및 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어들의 사이에는 휠 구동용 코어들에서 발생하는 자력이 케이스를 통해 외부로 누설되는 것을 방지함은 물론 각 그룹별 휠 구동용 코어들 사이에서 자력이 상호 간섭을 하지 않도록 하는 자력차단부재를 각각 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 플라이 휠의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 삽입 설치된 형태를 갖는 복수의 휠 구동용 영구자석은 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어들의 개수에 대응하여 1개를 갖게 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전력 전달수단은 상기 아이들 회동체 자체를 영구자석으로 형성하고 상기 외부 회전축 결합용 캡은 금속으로 성형하거나 또는 상기 아이들 회동체는 금속으로 성형하고 상기 외부 회전축 결합용 캡 내에는 링 형상을 갖는 영구자석을 설치하여 영구자석의 자력에 의해 휠 회전축 상단부에 구비된 아이들 회동체와 상기 외부 회전축 결합용 캡이 동일한 방향으로 동일한 회전수를 갖고 회전되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외부 회전축과 부하 사이에는 부하에 전달되는 회전수 및 동력을 변화시킬 수 있는 감속기를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스 중 상부 캡에는 전동기의 내부 상태를 확인할 수 있는 투시창을 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외부 회전축 부근에는 전동기의 작동시 회전수를 실시간으로 검출하여 제어부로 전달하는 회전수검출센서를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발전기의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어들의 코일 사이에 각각 스위칭소자를 설치하고, 상기 제어부로 하여금 회전수검출센서를 통해 검출되는 전동기의 회전수가 자체 내에 정해진 회전수 이상인지 여부 또는 양 회전수 차를 검출하여 발전기에 의해 구동되는 전동기의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하도록 상기 스위칭소자들 중 일부를 온/오프 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 발전기는, 중심점에 회전축 통과공이 형성되고 소정지름을 갖는 원주를 따라서는 정해진 간격을 두고 복수의 페라이트 코어 고정공이 형성된 구성을 갖고 수직방향으로 평행한 상태를 유지하게 고정겸 간격유지수단을 통해 상호 일체로 결합된 한 쌍의 고정판과; 봉 형상을 갖고 상기 페라이트 코어 고정공에 각각 양단부가 끼워지는 형태로 한 쌍의 고정판 사이에 고정 설치되어 고정판의 외측으로 노출되는 양단부를 각각 영구자석이 지나갈 때 영구자석에서 발생되는 자기장이 폐회로를 이루도록 하는 복수의 페라이트 코어와; 상기 페라이트 코어의 외주면에 각각 정해진 회전수만큼 권취된 형태로 설치되어 각각의 페라이트 코어를 통해 영구자석의 자기장이 통과될 때 발생되는 유도 기전력 또는 유도 전류를 각각 유기시켜 각각에 직렬 연결된 휠 구동용 코어에 1:1로 전달하는 복수의 권선코일과; 상기 한 쌍의 고정판 외측에 각각 근접되게 배치된 상태에서 고정판들의 중심점에 형성된 회전축 통과공을 관통하는 형태로 설치되는 회전축의 양단부에 각각 고정되어 구동모터의 축에 연결된 회전축의 회전수에 대응하여 회전축과 함께 회전하는 한 쌍의 회전자용 회전판과; 상기 회전자용 회전판의 내측에서 S극과 N극이 서로 반대방향을 갖도록 마주보는 형태를 갖고 정해진 간격 및 배열로 고정 설치되어 상기 복수의 페라이트 코어에 자기장을 제공하는 복수의 영구자석;을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 페라이트 코어는 홀수 또는 짝수개로 설치하고, 상기 영구자석은 상기 페라이트 코어와 반대로 짝수 또는 홀수개로 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 고정판 중 어느 일측 또는 양측 고정판에는 각각의 페라이트 코어에 권취된 권선코일의 양단부 및 휠 구동용 코어의 코일의 단부를 연결할 수 있도록 하는 코일 연결용 단자판을 더 설치한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 본 출원인이 제안하여 제10-1324546호로 특허받은 양극 평형을 이용한 시간차 발전기에 복수의 영구자석이 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치된 플라이 휠과 복수의 휠 구동용 코어 등으로 구성된 전동기를 영구자석을 이용한 자기 부상 형태를 갖게 일체로 결합하되, 상기 발전기와 전동기를 진공 케이스 내에 설치하고, 상기 전동기의 회전력을 각종 부하에 전달해 주는 회전축은 진공 케이스의 외측에서 별도로 결합시켜 적은 소비전력으로 구동되는 발전기의 각 페라이트 코어에 발생되는 전력을 이용하여 각각의 페라이트 코어에 연결된 전동기의 휠 구동용 코어들을 여자시켜 발생하는 자기력에 의해 중량체로서 복수의 영구자석이 설치되어 있는 플라이 휠이 구동되기 시작하면 관성모멘트에 의해 회전수가 증가되도록 하고, 또 상기 플라이 휠 회전축 또는 외부 회전축 중 어느 한 축에 설치한 영구자석에 의해 부하에 연결된 회전축이 자동 회전하도록 하여, 열을 최소화할 수 있어 발전기의 발전효율 및 전동기의 구동효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 또한 발전기 및 전동기가 구동될 때 공기와의 마찰력을 포함하여 기압 등으로 인한 저항을 최소화할 수 있고, 또 적은 소비전력을 갖는 발전기에서 발전되는 전압을 이용하여 부하 구동용 전동기를 구동시켜 강력한 회전 에너지를 얻을 수 있으므로 발전기의 소비전력 대비 큰 회전 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 외부 회전축 부근에 회전수검출센서를 설치하고, 발전기의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어들의 코일 사이에 스위칭소자를 설치하여 전동기의 회전수가 정해진 회전수 이상인지 여부와 회전수 차 등에 대응하여 발전기의 각 페라이트 코어에서 출력되는 발전전압 일부를 스위칭소자를 통해 차단 또는 공급시키는 방식을 통해 전동기의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하거나 또는 회전수를 임으로 가변할 수 있도록 함으로써 일정전압이 발전되는 발전기와 결합된 전동기의 회전수를 부하량에 대응하여 임의로 자유롭게 조절할 수 있어 전동기의 운전효율을 대폭 향상시킬 수 있음은 물론 전동기 자체의 상품성과 작동에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예가 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 정 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예가 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 정 단면도.
도 3은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 평 단면도.
도 4는 도 1 및 도 2 중 발전기 부분의 확대 단면도.
도 5의 (a)(b)는 본 발명 중 회전력 전달수단의 설치 예를 설명하기 위한 요부 확대 정 단면도.
도 6은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기 중 발전기의 사시도.
도 7은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기 중 발전기의 요부 확대 정 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예가 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 정 단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예가 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 정 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기의 평 단면도를 나타낸 것이다.

또, 도 4는 도 1 및 도 2 중 발전기 부분의 확대 단면도를 나타낸 것이고, 도 5의 (a)(b)는 본 발명 중 회전력 전달수단의 설치 예를 설명하기 위한 요부 확대 정 단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 6은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기 중 발전기의 사시도를 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명이 적용된 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기 중 발전기의 요부 확대 정 단면도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명은,

냄비 형상의 하부 캡(11)과 뚜껑 형상의 상부 캡(12)으로 이루어진 진공상태의 케이스(10)와;

상기 케이스(10) 중 하부 캡(11)의 중심부에 형성된 안치홈(111) 내에 수직방향으로 고정 설치되어 구동모터(29)에 전원 전압의 공급되면 복수의 페라이트 코어(23)에 각각 권취된 권선코일(24)에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 발전전압을 발생하는 발전기(20)와;

복수의 휠 구동용 코어(31)와 플라이 휠(32) 및 복수의 휠 구동용 영구자석(33)이 상기 케이스(10) 내에 고정 및 회동 가능하게 설치되고, 외부 회전축 결합용 캡(38) 및 외부 회전축(39)은 상기 케이스(10) 중 상부 캡(12)의 중심점에서 상방향을 향해 돌출 형성된 축 가이더(121)의 외부에서 회동 가능하게 설치된 형태를 갖고 상기 발전기(20)에서 발전되는 전압에 대응하는 회전수를 갖고 플라이 휠(32)과 외부 회전축(39)이 회전하며 상기 외부 회전축(39)에 연결되는 부하(50)의 구동에 필요한 동력을 발생시켜 주는 전동기(30);로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전동기(30)는,

상기 케이스(10)의 하부 캡(11) 외주면 내측에서 중심점을 향해 정해진 간격 또는 각도를 두고 복수 개가 그룹 형태로 각각 수평방향으로 설치되되, 상호 직렬 연결된 형태를 갖는 각 그룹의 코어들에 각각 권취된 코일(311)은 발전기(20)에 설치되어 있는 페라이트 코어(23)들의 권선코일(24)과 직렬 연결된 형태를 갖고 발전기(20)의 구동에 의해 각각의 페라이트 코어(23)에서 전압이 발생되면 여자되어 플라이 휠(32)의 구동에 필요한 자력을 발생시켜 주는 복수의 휠 구동용 코어(31)와;

상기 발전기(20)의 회전축(251) 상부에 회동 가능하게 설치되어 관성모멘트를 발생시켜 주는 플라이 휠(32)과;

상기 플라이 휠(32)의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치되어 상기 발전기(20)의 구동으로 인해 상기 복수의 휠 구동용 코어(31)가 여자되어 자력이 발생되면 상기 플라이 휠(32)이 정해진 방향으로 회전하도록 지속적인 자력을 발생하는 복수의 휠 구동용 영구자석(33)과;

상기 케이스(10) 중 하부 캡(11) 바닥면과 상기 플라이 휠(32)의 저면에서 각각 정해진 각도를 갖고 서로 같은 극성이 대향되도록 설치되어 중량체인 플라이 휠(32)이 진공 상태의 케이스(10) 내에 설치되어 있는 발전기(20)의 상부에서 척력에 의해 부상된 형태를 갖고 마찰 없이 회동하도록 하는 복수의 휠 부상용 영구자석(34)(35)과;

저단부는 상기 플라이 휠(32)의 중심점에 고정되고 상단부에 구비된 아이들 회동체(361)는 상기 상부 캡(12)의 중심점에 돌출 형성된 축 가이더(121) 내에 회동 가능하게 설치된 휠 회전축(36)과;

상면이 막인 원통 형상을 갖고 상기 상부 캡(12)의 축 가이더(121) 외면을 감싸는 형태에서 외부 회전축(39) 및 베어링(391)을 통해 회동 가능하게 설치되어 상기 축 가이더(121) 내의 아이들 회동체(361) 또는 자체 내에 구비된 회전력 전달수단(37)을 통해 전달되어 오는 자력에 의해 플라이 휠(32)의 회전수에 대응하여 회전하는 외부 회전축 결합용 캡(38)과;

상기 외부 회전축 결합용 캡(38)의 상면 중심점에 수직방향으로 고정되고 저단부는 상기 축 가이더(121)의 상면에 고정 설치된 베어링(391)에 회동 가능하게 결합된 상태에서 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)과 함께 회전하며 부하(50)를 구동시켜 주는 외부 회전축(39);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발전기(20)의 회전축(251) 상부에는 상기 휠 회전축(36)의 저단부가 결합되어 플라이 휠(32)과 함께 일방향으로만 회동되도록 하는 원웨이 베어링(362)을 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 발전기(20)의 페라이트 코어(23)들에 권취된 권선코일(24)들과 각각 코일(311)이 직렬 연결된 형태를 갖는 한 그룹의 휠 구동용 코어(31) 개수는 2~4개로 설치하되, 한 그룹의 휠 구동용 코어(31)들에 각각 권취된 코일(311)의 권선수는 해당 그룹의 코일에 직렬 연결된 상기 발전기 페라이트 코어(23)의 권선코일(24) 권선수와 같도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 캡(11)의 외주면 내측과 복수의 휠 구동용 코어(31)들 사이 및 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어(31)들의 사이에는 휠 구동용 코어(31)들에서 발생하는 자력이 케이스(10)를 통해 외부로 누설되는 것을 방지함은 물론 각 그룹별 휠 구동용 코어(31)들 사이에서 자력이 상호 간섭을 하지 않도록 하는 자력차단부재(40)(41)를 각각 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 플라이 휠(32)의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 삽입 설치된 형태를 갖는 복수의 휠 구동용 영구자석(33)은 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어(31)들의 개수에 대응하여 1개를 갖게 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전력 전달수단(37)은,

상기 아이들 회동체(361) 자체를 영구자석으로 형성하고 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)은 금속으로 성형하거나,

또는 상기 아이들 회동체(361)는 금속으로 성형하고 상기 외부 회전축 결합용 캡(38) 내에는 링 형상을 갖는 영구자석(371)을 설치하여 영구자석의 자력에 의해 휠 회전축(36) 상단부에 구비된 아이들 회동체(361)와 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)이 동일한 방향으로 동일한 회전수를 갖고 회전되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외부 회전축(39)과 부하(50) 사이에는 부하에 전달되는 회전수 및 동력을 변화시킬 수 있는 감속기(51)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스(10) 중 상부 캡(12)에는 전동기(30)의 내부 상태를 확인할 수 있는 투시창(122)을 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외부 회전축(39) 부근에는 전동기(30)의 작동시 회전수를 실시간으로 검출하여 제어부(60)로 전달하는 회전수검출센서(61)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발전기(20)의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어(31)들의 코일(311) 사이에 각각 스위칭소자(62)를 설치하고, 상기 제어부(60)로 하여금 회전수검출센서(61)를 통해 검출되는 전동기(30)의 회전수가 자체 내에 정해진 회전수 이상인지 여부 또는 양 회전수 차를 검출하여 발전기(20)에 의해 구동되는 전동기(30)의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하도록 상기 스위칭소자(62)들 중 일부를 온/오프 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 발전기(20)는,

중심점에 회전축 통과공(211)이 형성되고 소정지름을 갖는 원주를 따라서는 정해진 간격을 두고 복수의 페라이트 코어 고정공(212)이 형성된 구성을 갖고 수직방향으로 평행한 상태를 유지하게 고정겸 간격유지수단(22)을 통해 상호 일체로 결합된 한 쌍의 고정판(21)과;

봉 형상을 갖고 상기 페라이트 코어 고정공(212)에 각각 양단부가 끼워지는 형태로 한 쌍의 고정판(21) 사이에 고정 설치되어 고정판(21)의 외측으로 노출되는 양단부를 각각 영구자석(26)이 지나갈 때 영구자석(26)에서 발생되는 자기장이 폐회로를 이루도록 하는 복수의 페라이트 코어(23)와;

상기 페라이트 코어(23)의 외주면에 각각 정해진 회전수만큼 권취된 형태로 설치되어 각각의 페라이트 코어(23)를 통해 영구자석(26)의 자기장이 통과될 때 발생되는 유도 기전력 또는 유도 전류를 각각 유기시켜 각각에 직렬 연결된 휠 구동용 코어(31)에 1:1로 전달하는 복수의 권선코일(24)과;

상기 한 쌍의 고정판(21) 외측에 각각 근접되게 배치된 상태에서 고정판(21)들의 중심점에 형성된 회전축 통과공(211)을 관통하는 형태로 설치되는 회전축(251)의 양단부에 각각 고정되어 구동모터(29)의 축에 연결된 회전축(251)의 회전수에 대응하여 회전축(251)과 함께 회전하는 한 쌍의 회전자용 회전판(25)과;

상기 회전자용 회전판(25)의 내측에서 S극과 N극이 서로 반대방향을 갖도록 마주보는 형태를 갖고 정해진 간격 및 배열로 고정 설치되어 상기 복수의 페라이트 코어(23)에 자기장을 제공하는 복수의 영구자석(26);을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 페라이트 코어(23)는 홀수 또는 짝수개로 설치하고, 상기 영구자석(26)은 상기 페라이트 코어(23)와 반대로 짝수 또는 홀수개로 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 고정판(21) 중 어느 일측 또는 양측 고정판(21)에는 각각의 페라이트 코어(23)에 권취된 권선코일(24)의 양단부 및 휠 구동용 코어(31)의 코일의 단부를 연결할 수 있도록 하는 코일 연결용 단자판(27)을 더 설치한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명이 적용된 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기는, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 크게 진공형 케이스(10)와 발전기(20) 및 전동기(30)가 일체로 결합된 형태를 갖는 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 케이스(10)는 지름이 큰 냄비 형상을 갖는 하부 캡(11)과 뚜껑 형상의 상부 캡(12)으로 이루어지며, 그 내부는 조립 후 외부에서 강제로 공기를 빼내는 방식을 통해 진공상태를 유지하게 하며, 상기 케이스(10)를 성형할 때 복수의 휠 구동용 코어(31) 및 복수의 휠 구동용 영구자석(33) 등에서 발생되는 자력에 의해 케이스 자체가 자성을 띠지 않도록 합성수지나 스테인레스 등과 같이 비자성체의 금속 등으로 성형하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이스(10) 중 상부 캡(12)에는 투시창(122)을 더 구비시켜 줌으로써 상기 케이스(10) 내부에 설치되어 있는 전동기(30)의 구성요소에 대한 상태를 확인할 수 있다.

또, 상기 발전기(20)는 본 출원인이 제안하여 제10-1324546호로 특허받은 양극 평형을 이용한 시간차 발전기를 적용한 것으로, 상기 케이스(10) 중 하부 캡(11)의 중심부에서 하방부를 향해 오목하게 형성된 안치홈(111) 내에 수직방향으로 고정 설치되어 제어부(60)에서 구동모터(29)에 전원 전압을 공급하게 되면 복수의 페라이트 코어(23)에 각각 권취된 권선코일(24)에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 발전전압을 발생하여 전동기(30)가 구동되도록 한다.

이때, 상기 발전기(20)는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 기본적으로 한 쌍의 고정판(21)과 복수의 페라이트 코어(23), 복수의 권선코일(24), 한 쌍의 회전자용 회전판(25) 및 복수의 영구자석(26)으로 구성된 형태를 갖는다.

상기한 발전기(20)의 구성요소 중 상기 한 쌍의 고정판(21)은 절연성을 갖는 합성수지재를 이용하여 소정두께와 체적을 갖는 원판형 또는 사각판 형상을 갖게 성형한 것으로, 중심점에는 회전축 통과공(211)이 형성되고 소정지름을 갖는 원주를 따라서는 정해진 간격을 두고 복수의 페라이트 코어 고정공(212)이 형성된 형태를 갖는다.

이와 같은 한 쌍의 고정판(21)은 수평방향으로 소정거리를 두고 평행한 상태를 유지하도록 배치된 상태에서 도 7과 같이 복수의 서포터(221)와 볼트(222) 및 너트(223)로 구성되는 고정겸 간격유지수단(22)을 통해 상호 일체로 결합되어 후술하는 페라이트 코어(23) 등의 고정기능과 회전자용 회전판(25)이 원활히 회전되도록 하는 회전축 지지기능 등을 수행하게 된다.

이때, 상기 고정겸 간격유지수단(22)의 구성요소 중 복수의 서포터(221)는 소정지름 및 길이를 갖는 원봉 형상으로 성형된 상태에서 한 쌍의 고정판(21) 사이에 설치되고, 상기 복수의 볼트(222)는 상기 고정판(1)의 각 모서리 등에 형성된 볼트 통과공과 상기 서포터(221)를 각각 관통하도록 설치되고, 상기 너트(223)는 일측 고정판(21)의 외측으로 노출된 볼트(222)의 단부에 체결되어 한 쌍의 고정판(1)이 정해진 간격을 두고 일체로 고정된 형태를 갖도록 한다.

또, 상기 복수의 페라이트 코어(23)는 소정지름과 길이를 갖도록 페라이트(ferrite)를 이용하여 봉 형상으로 성형한 것으로, 외주면에 권선코일(24)이 권취된 형태를 갖고 양단부가 상기 페라이트 코어 고정공(212)에 각각 끼워지는 형태로 상기한 한 쌍의 고정판(21) 사이에 원형으로 배열된 상태로 고정 설치된다.

이와 같은 복수의 페라이트 코어(23)는 후술하는 회전자용 회전판(25)과 함께 영구자석(26)들이 회전하며 상기 고정판(21)의 외측으로 노출된 페라이트 코어(23)의 양단부를 각각 영구자석(26)이 지나갈 때, 영구자석(26)에서 발생하는 자기장이 폐회로를 이루며 후술하는 권선코일(24)에서 유도 기전력 또는 유도 전류가 유기되도록 한다.

또한, 상기 복수의 권선코일(24)은 상기한 각각의 페라이트 코어(23)의 외주면에 각각 정해진 회전수만큼 권취된 형태로 설치되어 각각의 페라이트 코어(23)를 통해 영구자석(26)의 자기장이 통과될 때 각각 독립적이며 균등한 형태에서 소정 시간차(즉, 영구자석(26)이 페라이트 코어(23)들의 양단부를 지나가는 시간차)를 두고 정해진 소정주파수(예를 들어 60㎐)를 갖는 유도 기전력 또는 유도 전류가 유기되며, 이와 같이 각각의 권선코일(24)에 독립적으로 유기된 기전력 또는 전류는 각각 한 그룹별로 직렬 연결된 형태를 갖는 후술하는 전동기(30)의 휠 구동용 코어(31)들에 1:1로 전달되어 전동기(30)의 구동에 필요한 전압으로 제공된다.

또, 한 쌍의 회전자용 회전판(25)은 절연성을 갖는 합성수지재를 이용하여 도시는 생략하였으나 소정두께와 체적을 갖는 원판형 또는 "Y"자 또는 "I"자 또는 "+"자 형상 중 어느 한 형상을 갖게 성형한 것으로, 상기 한 쌍의 고정판(21) 외측에 각각 근접되게 배치된 상태에서 고정판(21)들의 중심점에 형성된 회전축 통과공(211)을 관통하는 형태로 설치되는 회전축(251)의 양단부에 각각 고정된 형태를 갖는다.

이와 같은 한 쌍의 회전자용 회전판(25)은 구동모터(29)의 축에 연결된 회전축(251)의 회전수에 대응하여 회전축(251)과 함께 회전하며 후술하는 영구자석(26)들이 고정판(21)의 외면을 따라 소정속도로 회전하며 전술한 페라이트 코어(23)들에 소정의 시간차를 두고 자기장을 제공할 수 있도록 한다.

이때, 상기 한 쌍의 회전자용 회전판(25)에서 받는 부하는 한 개 이상의 영구자석으로 구성된 수량에 따라 한 지점의 페라이트 코어의 양단 면을 지날 때 미세한 역기전력을 받을 뿐이다.

또한, 상기 복수의 영구자석(26)은 상기 회전자용 회전판(25)의 내측에서 S극과 N극이 서로 반대방향의 극성을 갖도록 한 쌍씩 서로 마주보는 형태를 갖고 정해진 간격 및 배열로 고정 설치된다.

이와 같은 영구자석(26)들은 상기 회전자용 회전판(25)들이 구동모터(29)에 의해 소정의 회전수로 회전할 때 회전축(251)과 함께 회전하며 고정판(21)의 외면으로 양단부가 노출된 페라이트 코어(23)들에 소정의 시간차를 두고 자기장을 제공함으로써 각각의 페라이트 코어(23)에 권취된 각각의 권선코일(24)에서 소정 주파수의 유도 기전력 또는 유도 전류가 발생하게 된다.

이때, 상기 고정판(21) 및 회전자용 회전판(25)의 크기는 페라이트 코어(23) 및 권선코일(24)의 설치 개수에 의해 변동 및 결정되고, 상기 페라이트 코어(23)의 지름과 길이 및 설치개수, 상기 권선코일(24)의 길이와 권취 수 및 코일 자체의 지름, 또 상기 영구자석(26)에서 발생되는 자기장의 세기와 설치개수 등은 발전기를 통해 발전하고자 하는 발전용량(즉, 발전기의 용량)을 고려하여 결정된다.

또한, 상기 발전기(20)의 각 권선코일(24)에서 출력되는 발전전압과 전류 및 주파수 등을 포함하여 발전중 열로 변환되어 발진기의 효율을 저하시키는 요인으로 작용하는 역기전력에 의한 와류전류의 발생 여부는 상기 구동모터(29)에 의해 회전수가 결정되는 회전자용 회전판(25) 및 영구자석(26)들의 회전수에 의해 결정된다.

한편, 상기 페라이트 코어(23) 및 영구자석(26)을 설치함에 있어서, 양측 모두를 짝수로 설치할 경우, 상기 회전자용 회전판(25)과 함께 회전하는 영구자석(26)들이 동시에 페라이트 코어(23)들과 같은 개수로 일치되어 영구자석에서 발생되는 자력에 의해 상기 회전자용 회전판(25)의 회전을 방해하는 힘(즉 역기전력)이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 페라이트 코어(23) 및 영구자석(26)을 설치할 때, 상기 페라이트 코어(23)는 홀수 또는 짝수개로 설치하고, 상기 영구자석(26)은 상기 페라이트 코어(23)와 반대로 짝수 또는 홀수개로 설치하여 줌으로써, 상기 회전자용 회전판(25)과 함께 회전하는 영구자석(26)들 중 어느 하나는 상기 페라이트 코어(23)와 일치되지 않게 되므로 영구자석에서 발생되어 회전자용 회전판(25)의 회전에 저해를 주는 자력의 세기(즉, 역기전력)가 미비하게 되어 복수의 영구자석을 구비한 상기 회전자용 회전판이 원활히 회전하게 된다.

또한, 본 발명에서 사용하는 발전기(20)의 작동시 상기한 각각의 페라이트 코어(23)에 권취되어 각각 독립적인 유도 기전력 또는 유도 전류를 출력시켜 주는 권선코일(24)의 양단부는 어떠한 형태로든 전동기(30)의 휠 구동용 코어(31)의 코일(311)과 연결시켜 주어야만 한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 한 쌍의 고정판(21) 중 어느 일측 또는 양측 고정판(21)에 코일 연결용 단자판(27)을 연결시켜 주어, 각각의 페라이트 코어(23)에 권취된 권선코일(24)의 양단부는 물론 휠 구동용 코어(31)의 코일(311)의 단부를 상기 코일 연결용 단자판(27)를 통해 상호 일체로 고정하거나 또는 착탈 가능하게 결합할 수 있어 전기적으로 안전성을 갖게 될 뿐만 아니라 발전기(20)의 외관도 미려함을 갖게 된다.

이와 같이 본 발명에서 사용한 양극 평형을 이용한 시간차 발전기(20)는, 외측에서 복수의 영구자석(26)이 구비된 한 쌍의 회전자용 회전판(25)이 회전하는 형태를 갖는 한 쌍의 고정판(21) 사이에 복수의 페라이트 코어(23)가 원형으로 설치므로 양극이 평형을 이루게 됨은 물론 상기 복수의 페라이트 코어(23)에 각각 권취된 권선코일(24)에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 유도 기전력 또는 유도 전류가 발생되는 독립적인 발전기로 작용하게 되므로 페라이트 코어 및 권선코일에서 발생되는 열을 최소화할 수 있다.

따라서, 발전기 자체의 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 발전용량 역시 대폭 증대시킬 수 있어 발전기 자체의 상품성과 신뢰도 등을 대폭 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기한 발전기(20)와 결합시킨 전동기(30)는, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 크게 복수의 휠 구동용 코어(31)와 플라이 휠(32) 및 복수의 휠 구동용 영구자석(33)이 상기 케이스(10) 내에 고정 및 회동 가능하게 설치되고, 외부 회전축 결합용 캡(38) 및 외부 회전축(39)은 상기 케이스(10) 중 상부 캡(12)의 중심점에서 상방향을 향해 돌출 형성된 축 가이더(121)의 외부에서 회동 가능하게 설치된 형태를 갖는다.

이와 같은 전동기(30)는 상기 발전기(20)에서 발전되는 전압에 대응하는 회전수를 갖고 플라이 휠(32)과 외부 회전축(39)이 회전하며 상기 외부 회전축(39)에 연결되는 부하(50)의 구동에 필요한 동력을 발생시켜 주게 되는데, 이하에서 상기 전동기(30)의 각 구성요소들에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 전동기(30)의 구성요소 중 복수의 휠 구동용 코어(31)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 케이스(10)의 하부 캡(11) 외주면 내측에서 중심점을 향해 정해진 간격 또는 각도를 두고 복수 개가 한 그룹 형태로 각각 수평방향으로 설치한 상태를 갖되, 상호 직렬 연결된 형태를 갖는 각 그룹의 코어들에 각각 권취된 코일(311)은 상기한 발전기(20)에 설치되어 있는 페라이트 코어(23)들의 권선코일(24)과 직렬 연결된 형태를 갖는다.

이와 같은 복수의 휠 구동용 코어(31)는 발전기(20)의 구동에 의해 각각의 페라이트 코어(23)에서 전압이 발생되면 그 전압에 의해 여자되어 플라이 휠(32)의 구동에 필요한 자력을 발생시켜 주게 된다.

이때, 상기 발전기(20)의 페라이트 코어(23)들에 권취된 권선코일(24)들과 각각 코일(311)이 직렬 연결된 형태를 갖는 한 그룹의 휠 구동용 코어(31) 개수는 2~4개로 설치하고, 한 그룹의 휠 구동용 코어(31)들에 각각 권취된 코일(311)의 권선수는 해당 그룹의 코일에 직렬 연결된 상기 발전기 페라이트 코어(23)의 권선코일(24) 권선수와 같도록 하였다.

또, 상기 플라이 휠(32)은 회전시 관성모멘트는 증대시키고 자력에는 아무런 영향을 받지 않도록 하기 위하여 중량이 많이 나가는 비자성 금속재를 이용하여 성형한 것으로, 상기 발전기(20)의 회전축(251) 상부에 설치된 원웨이 베어링(362)을 통해 일방향으로만 회동 가능하게 결합되어 상기한 휠 구동용 코어(31)들과 후술하는 복수의 휠 구동용 영구자석(33)에서 각각 발생하는 자력(즉, 서로 다른 극에서 발생하는 자력)에 의해 정해진 방향으로 회동되기 시작하여 자중에 의한 관성모멘트를 갖고 정해진 회전수 범위 내에서 회전하며 부하(50)의 구동에 필요한 회전력을 발생시켜 주게 된다.

이때, 상기 플라이 휠(32)의 크기(즉, 직경)는 발전기(20)에 설치된 코일의 양과 비례하여 확장 가능하기 때문에 전동기(30)의 출력이 대용량이 되면 상기 플라이 휠(32)의 직경도 그에 대응하여 증대된다.

또한, 복수의 휠 구동용 영구자석(33)은 상기 플라이 휠(32)의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치되어 상기 발전기(20)의 구동으로 인해 상기 복수의 휠 구동용 코어(31)가 여자되어 자력이 발생되면 상기 플라이 휠(32)이 정해진 방향으로 회전하도록 지속적인 자력을 발생하게 된다.

이때, 상기 복수의 휠 구동용 영구자석(33)은 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어(31)들의 개수에 대응하여 1개를 갖게 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 하부 캡(11)의 외주면 내측과 복수의 휠 구동용 코어(31)들 사이 및 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어(31)들의 사이에 아무런 부재를 설치하지 않을 경우 상기 휠 구동용 코어(31)들에서 발생하는 자력이 케이스(10)를 통해 외부로 누설될 우려가 있음은 물론 각 그룹별 휠 구동용 코어(31)들에서 발생하는 자력이 서로 인접한 그룹별 휠 구동용 코어(31)까지 미쳐 상호 간섭이 일어날 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 하부 캡(11)의 외주면 내측과 복수의 휠 구동용 코어(31)들 사이 및 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어(31)들 사이에 각각 자력차단부재(40)(41)를 더 설치하여 줌으로써, 상기 휠 구동용 코어(31)들에서 발생하는 자력이 케이스(10)를 통해 외부로 누설되는 것을 방지함은 물론 각 그룹별 휠 구동용 코어(31)들 사이에서 자력이 상호 간섭을 일으키지 않도록 하였다.

또, 상기 복수의 휠 부상용 영구자석(34)(35)은 상기 케이스(10) 중 하부 캡(11) 바닥면과 상기 플라이 휠(32)의 저면에서 각각 정해진 각도를 갖고 서로 같은 극성이 대향되도록 설치된 것으로, 중량체인 상기 플라이 휠(32)이 진공 상태의 케이스(10) 내에 설치되어 있는 발전기(20)의 상부에서 발전기(20) 축과 무관하게 복수의 휠 부상용 영구자석(34)(35)에서 발생되는 척력에 의해 자기부상된 형태를 갖고 마찰 없이 회동(즉, 복수의 휠 부상용 영구자석(34)(35)의 척력에 의해 상기 플라이 휠(32)의 무게가 완충된 상태를 갖고 상,하 유동 없이 회동)하도록 하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 휠 회전축(36)은 저단부는 상기 플라이 휠(32)의 중심점에 고정되도록 설치하고, 상단부에는 아이들 회동체(361)를 구비시켜 상기 상부 캡(12)의 중심점에 돌출 형성된 축 가이더(121) 내에서 상기 아이들 회동체(361)와 함께 휠 회전축(36)이 플라이 휠(32)의 회전수에 대응하여 회전하게 된다.

또, 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)은 진공 상태의 케이스(10) 외부에서 별도의 연결 구성없이 상기 플라이 휠(32)의 회전력을 전달받기 위해 설치되는 것으로, 상면이 막인 원통 형상을 갖고 상기 상부 캡(12)의 축 가이더(121) 외면을 감싸는 형태에서 외부 회전축(39) 및 베어링(391)을 통해 회동 가능하게 설치된 형태를 갖는다.

이와 같은 되어 외부 회전축 결합용 캡(38)은 상기 축 가이더(121) 내의 아이들 회동체(361) 또는 자체 내에 구비된 회전력 전달수단(37)을 통해 전달되어 오는 자력에 의해 플라이 휠(32)의 회전수에 대응하여 회전하게 된다.

또한, 상기 외부 회전축(39)은 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)의 상면 중심점에 수직방향으로 고정된 상태에서 저단부는 상기 축 가이더(121)의 상면에 고정 설치된 베어링(391)에 회동 가능하게 결합된 상태를 갖고, 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)과 함께 회전하며 부하(50)를 구동시켜 주는 기능을 수행한다.

이때, 상기 회전력 전달수단(37)은 영구자석과 금속을 사영하여 영구자석의 자력에 의해 금속이 흡착되어 외부 회전축(39)이 설치되어 있는 외부 회전축 결합용 캡(38)이 플라이 휠(32)의 휠 회전축(36)과 동일한 방향 및 회전수로 회전하게 하는 것으로, 도 1 및 도 5의 (a)와 같이 상기 휠 회전축(36) 상단에 설치되어 있는 아이들 회동체(361) 자체를 영구자석으로 형성하고 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)은 금속으로 성형할 수도 있고, 이와 반대로 도 2 및 도 5의 (b)와 같이 상기 아이들 회동체(361)는 금속으로 성형하고 상기 외부 회전축 결합용 캡(38) 내에는 링 형상을 갖는 영구자석(26)을 설치할 수도 있는데, 전체 부피 등을 감안하여 볼 때는 전자의 경우(즉, 아이들 회동체(361) 자체를 영구자석으로 형성하고 상기 외부 회전축 결합용 캡(38)은 금속으로 성형하는 것)가 더 바람직하다.

이와 같이 본 발명에서는 본 출원인이 제안하여 제10-1324546호로 특허받은 양극 평형을 이용한 시간차 발전기에 복수의 영구자석이 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치된 플라이 휠과 복수의 휠 구동용 코어 등으로 구성된 전동기를 영구자석을 이용한 자기 부상 형태를 갖게 일체로 결합하되, 상기 발전기와 전동기를 진공 케이스 내에 설치하고, 상기 전동기의 회전력을 각종 부하에 전달해 주는 회전축은 진공 케이스의 외측에서 별도로 결합시켜 적은 소비전력으로 구동되는 발전기의 각 페라이트 코어에 발생되는 전력을 이용하여 각각의 페라이트 코어에 연결된 전동기를 구동시킬 수 있도록 함으로써 전동기에서 발생하는 열의 발생을 최소화할 수 있어 발전기의 발전효율 및 전동기의 구동효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 발전기 및 전동기가 구동될 때 공기와의 마찰력을 포함하여 기압 등으로 인한 저항을 최소화할 수 있고, 또 적은 소비전력을 갖는 발전기에서 발전되는 전압을 이용하여 부하 구동용 전동기를 구동시켜 강력한 회전 에너지를 얻을 수 있으므로 발전기의 소비전력 대비 큰 회전 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기한 구성요소 이외에 상기 외부 회전축(39)과 부하(50) 사이에 감속기(51)를 설치하여 줌으로써 사용자가 부하의 용량에 따라 전동기에서 부하에 전달되는 회전수 및 동력을 임의로 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 외부 회전축(39) 부근에는 회전수검출센서(61)를 설치하여 전동기(30)의 작동시 회전수를 실시간으로 검출하여 제어부(60)로 전달하도록 하고, 또 상기 발전기(20)의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어(31)들의 코일(311) 사이에 각각 스위칭소자(62)를 설치함은 물론 상기 제어부(60)에는 부하량에 따라 전동기(30)의 회전수를 자동으로 제어할 수 있는 프로그램을 실장시킬 수 있도록 하였다.

따라서, 상기 제어부(60)에서는 통상시 상기 회전수검출센서(61)를 통해 검출되는 전동기(30)의 회전수가 자체 내에 정해진 회전수 이상인지 여부 또는 양 회전수 차를 검출하여 발전기(20)에 의해 구동되는 전동기(30)의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하도록 상기 스위칭소자(62)들 중 일부를 자동으로 온/오프 제어할 수 있어 부하에 불필요하게 많은 동력이 전달되는 것을 사전에 방지할 수 있어 전동기의 운전효율을 대폭 향상시킬 수 있음은 물론 전동기 자체의 상품성과 작동에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 스위칭소자(62)로는 무접점 트랜지스터나 전력제어소자 또는 릴레이 등을 사용할 수 있으며, 또한 상기 스위칭소자(62)는 케이스(10) 내부 또는 외부 중 어느 곳에 설치해도 무방하나, 상기 케이스(10)의 크기 및 유지보수 측면을 포함하여 제어부(60)에 연결해 주어야 한다는 측면에서 볼 때 외부에 설치하고 코일들의 일부를 외부로 유출시켜 상기 코일들과 제어부의 출력단자 사이에 연결하는 방식이 바람직하다.

10 : 케이스
11 : 하부 캡 111 : 안치홈
12 : 상부 캡 121 : 축 가이더
122 : 투시창
20 : 발전기
21 : : 고정판
211 : 회전축 통과공 212 : 페라이트 코어 고정공
22 : 고정겸 간격유지수단 221 : 서포터
222 : 볼트 223 : 너트
23 : 페라이트 코어 24 : 권선코일
25 : 회전자용 회전판 251 : 회전축
26 : 영구자석 27 : 코일 연결용 단자판
29 : 구동모터
30 : 전동기
31 : 휠 구동용 코어 311 : 코일
32 : 플라이 휠 33 : 휠 구동용 영구자석
34, 35 : 휠 부상용 영구자석 36 : 휠 회전축
361 : 아이들 회동체 362 : 원웨이 베어링
37 : 회전력 전달수단 371 : 영구자석
38 : 외부 회전축 결합용 캡
39 : 외부 회전축 391 : 베어링
40, 41 : 자력차단부재
50 : 부하 51 : 감속기
60 : 제어부
61 : 회전수검출센서 62 : 스위칭소자

Claims (11)

1. 냄비 형상의 하부 캡과 뚜껑 형상의 상부 캡으로 이루어진 진공상태의 케이스와;
   상기 케이스 중 하부 캡의 중심부에 형성된 안치홈 내에 수직방향으로 고정 설치되어 구동모터에 전원 전압의 공급되면 복수의 페라이트 코어에 각각 권취된 권선코일에서 서로 다른 시간차를 두고 각각 독립적으로 발전전압을 발생하는 발전기와;
   복수의 휠 구동용 코어와 플라이 휠 및 복수의 휠 구동용 영구자석이 상기 케이스 내에 고정 및 회동 가능하게 설치되고, 외부 회전축 결합용 캡 및 외부 회전축은 상기 케이스 중 상부 캡의 중심점에서 상방향을 향해 돌출 형성된 축 가이더의 외부에서 회동 가능하게 설치된 형태를 갖고 상기 발전기에서 발전되는 전압에 대응하는 회전수를 갖고 플라이 휠과 외부 회전축이 회전하며 상기 외부 회전축에 연결되는 부하의 구동에 필요한 동력을 발생시켜 주는 전동기;로 구성한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전동기는,
   상기 케이스의 하부 캡 외주면 내측에서 중심점을 향해 정해진 간격 또는 각도를 두고 복수 개가 그룹 형태로 각각 수평방향으로 설치되되, 상호 직렬 연결된 형태를 갖는 각 그룹의 코어들에 각각 권취된 코일은 발전기에 설치되어 있는 페라이트 코어들의 권선코일과 직렬 연결된 형태를 갖고 발전기의 구동에 의해 각각의 페라이트 코어에서 전압이 발생되면 여자되어 플라이 휠의 구동에 필요한 자력을 발생시켜 주는 복수의 휠 구동용 코어와;
   상기 발전기의 회전축 상부에 회동 가능하게 설치되어 관성모멘트를 발생시켜 주는 플라이 휠과;
   상기 플라이 휠의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 설치되어 상기 발전기의 구동으로 인해 상기 복수의 휠 구동용 코어가 여자되어 자력이 발생되면 상기 플라이 휠이 정해진 방향으로 회전하도록 지속적인 자력을 발생하는 복수의 휠 구동용 영구자석과;
   상기 케이스 중 하부 캡 바닥면과 상기 플라이 휠의 저면에서 각각 정해진 각도를 갖고 서로 같은 극성이 대향되도록 설치되어 중량체인 플라이 휠이 진공 상태의 케이스 내에 설치되어 있는 발전기의 상부에서 척력에 의해 부상된 형태를 갖고 마찰 없이 회동하도록 하는 복수의 휠 부상용 영구자석과;
   저단부는 상기 플라이 휠의 중심점에 고정되고 상단부에 구비된 아이들 회동체는 상기 상부 캡의 중심점에 돌출 형성된 축 가이더 내에 회동 가능하게 설치된 휠 회전축과;
   상면이 막인 원통 형상을 갖고 상기 상부 캡의 축 가이더 외면을 감싸는 형태에서 외부 회전축 및 베어링을 통해 회동 가능하게 설치되어 상기 축 가이더 내의 아이들 회동체 또는 자체 내에 구비된 회전력 전달수단을 통해 전달되어 오는 자력에 의해 플라이 휠의 회전수에 대응하여 회전하는 외부 회전축 결합용 캡과;
   상기 외부 회전축 결합용 캡의 상면 중심점에 수직방향으로 고정되고, 저단부는 상기 축 가이더의 상면에 고정 설치된 베어링에 회동 가능하게 결합된 상태에서 상기 외부 회전축 결합용 캡과 함께 회전하며 부하를 구동시켜 주는 외부 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 발전기의 회전축 상부에는 상기 휠 회전축의 저단부가 결합되어 플라이 휠과 함께 일방향으로만 회동되도록 하는 원웨이 베어링을 설치한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 발전기의 페라이트 코어들에 권취된 권선코일들과 각각 코일이 직렬 연결된 형태를 갖는 한 그룹의 휠 구동용 코어 개수는 2~4개로 설치하되, 한 그룹의 휠 구동용 코어들에 각각 권취된 코일의 권선수는 해당 그룹의 코일에 직렬 연결된 상기 발전기 페라이트 코어의 권선코일 권선수와 같도록 한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 플라이 휠의 외면을 따라 정해진 간격 또는 각도를 두고 삽입 설치된 형태를 갖는 복수의 휠 구동용 영구자석은 2~4개가 한 그룹을 이루는 휠 구동용 코어들의 개수에 대응하여 1개를 갖게 설치한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전력 전달수단은 상기 아이들 회동체 자체를 영구자석으로 형성하고 상기 외부 회전축 결합용 캡은 금속으로 성형하거나 또는 상기 아이들 회동체는 금속으로 성형하고 상기 외부 회전축 결합용 캡 내에는 링 형상을 갖는 영구자석을 설치하여 영구자석의 자력에 의해 휠 회전축 상단부에 구비된 아이들 회동체와 상기 외부 회전축 결합용 캡이 동일한 방향으로 동일한 회전수를 갖고 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 외부 회전축과 부하 사이에는 부하에 전달되는 회전수 및 동력을 변화시킬 수 있는 감속기를 더 설치한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 외부 회전축 부근에는 전동기의 작동시 회전수를 실시간으로 검출하여 제어부로 전달하는 회전수검출센서를 더 설치하고,
   상기 발전기의 페라이트 코어 코일과 휠 구동용 코어들의 코일 사이에 각각 스위칭소자를 설치하며,
   상기 제어부로 하여금 회전수검출센서를 통해 검출되는 전동기의 회전수가 자체 내에 정해진 회전수 이상인지 여부 또는 양 회전수 차를 검출하여 발전기에 의해 구동되는 전동기의 회전수가 정해진 회전수를 유지하도록 하도록 상기 스위칭소자들 중 일부를 온/오프 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 발전기는,
   중심점에 회전축 통과공이 형성되고 소정지름을 갖는 원주를 따라서는 정해진 간격을 두고 복수의 페라이트 코어 고정공이 형성된 구성을 갖고 수직방향으로 평행한 상태를 유지하게 고정겸 간격유지수단을 통해 상호 일체로 결합된 한 쌍의 고정판과;
   봉 형상을 갖고 상기 페라이트 코어 고정공에 각각 양단부가 끼워지는 형태로 한 쌍의 고정판 사이에 고정 설치되어 고정판의 외측으로 노출되는 양단부를 각각 영구자석이 지나갈 때 영구자석에서 발생되는 자기장이 폐회로를 이루도록 하는 복수의 페라이트 코어와;
   상기 페라이트 코어의 외주면에 각각 정해진 회전수만큼 권취된 형태로 설치되어 각각의 페라이트 코어를 통해 영구자석의 자기장이 통과될 때 발생되는 유도 기전력 또는 유도 전류를 각각 유기시켜 각각에 직렬 연결된 휠 구동용 코어에 1:1로 전달하는 복수의 권선코일과;
   상기 한 쌍의 고정판 외측에 각각 근접되게 배치된 상태에서 고정판들의 중심점에 형성된 회전축 통과공을 관통하는 형태로 설치되는 회전축의 양단부에 각각 고정되어 구동모터의 축에 연결된 회전축의 회전수에 대응하여 회전축과 함께 회전하는 한 쌍의 회전자용 회전판과; 상기 회전자용 회전판의 내측에서 S극과 N극이 서로 반대방향을 갖도록 마주보는 형태를 갖고 정해진 간격 및 배열로 고정 설치되어 상기 복수의 페라이트 코어에 자기장을 제공하는 복수의 영구자석;을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 페라이트 코어는 홀수 또는 짝수개로 설치하고, 상기 영구자석은 상기 페라이트 코어와 반대로 짝수 또는 홀수개로 설치한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 한 쌍의 고정판 중 어느 일측 또는 양측 고정판에는 각각의 페라이트 코어에 권취된 권선코일의 양단부 및 휠 구동용 코어의 코일의 단부를 연결할 수 있도록 하는 코일 연결용 단자판을 더 설치한 것을 특징으로 하는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기.

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