KR20170001559A

KR20170001559A - 발전기용 회전자

Info

Publication number: KR20170001559A
Application number: KR1020160038669A
Authority: KR
Inventors: 허영회
Original assignee: 허영회
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-01-04
Also published as: KR101825714B1

Abstract

본 발명은 회전하는 모든 종류의 휠에 대해 비접촉식은 물론 접촉식으로도 적용할 수 있는 발전기용 회전자에 관한 것이다. 이는 회전하는 궤적 면에 접하거나 가까이 인접하여 설치되는 발전기용 회전체(30)로서, 상기 회전체(30)는, 발전기(20)의 회전축(62)과 연결되어 상기 회전체(30)의 회전력을 상기 발전기(20)에 전달하는 회전축 연결부(31); 회전하는 궤적 면과 마주하는 외면부(32); 상기 회전축을 중심으로 반경 방향의 둘레를 따라 회전체에 마련되는 복수 개의 자석수용부(33); 및 상기 자석수용부(33)에 수용되며 회전하는 상기 궤적 면을 향해 극성이 번갈아 배치되는 복수 개의 와전류 유도용 자석(40);을 포함하며, 상기 외면부(32)의 적어도 일부가 상기 자석(40)보다 더 외측에 배치됨으로써, 외측에 배치된 해당 외면부가 상기 자석(40)보다 회전하는 상기 궤적 면과 더 가깝게 배치되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

발전기용 회전자{A Rotor for Generator}

본 발명은 발전기용 회전자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전하는 모든 종류의 휠에 대해 비접촉식과 비접촉식으로 모두 사용 가능한 발전기용 회전자에 관한 것이다.

와전류란 금속도체 중에서 자속이 변화할 때 발생하는 기전력에 의해 금속도체 상에 흐르는 소용돌이 모양의 전류를 말한다. 와전류에 의한 전력 손실을 와전류손 이라고 하며, 열손실로 되어 금속도체의 온도를 상승시키기도 한다. 이러한 와전류에 의해 생기는 힘은 전력량계나 전동차에서 전기 브레이크에 이용하고 있다.

강자성체(ferromagnetic substance, 强磁性體)란, 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화된 뒤 외부 자기장이 사라져도 자화가 남아 있는 물질을 말한다. 이런 경우 물질을 이루는 각각의 원자가 하나의 자석과 같다. 철(Fe)은 대표적인 강자성체이다.

비 자성체(non-magnetic material, non-magnetic substance, 非磁性體)는 자성이 약한 물질 또는 전혀 자성을 갖지 않는 물질을 이른다. 후술할 상자성 물질을 포함한다. 비투자율은 1에 가까운 값이며, 자계에 의해 거의 힘을 받지 않는다.

상자성체(paramagnetic substance, 常磁性體)는 자기장(磁氣場) 안에 넣으면 자기장 방향으로 자화(磁化)하고, 자기장이 제거되면 자화하지 않는 물질이다. 알루미늄이나 주석, 백금, 이리듐 등이 이에 속한다. 자화되는 크기는 주위의 자기장의 크기에 비례하며, 자화되는 정도는 자화율로 표현한다. 자화율은 온도에 반비례하여 커지는데 이를 큐리의 법칙(Curie's Law)이라고 한다.

한편 종래에는 알루미늄 재질의 자전거 림 가까이에 로터를 설치하고 로터 주변에 자석들을 부착하되 N극과 S극이 번갈아 배치되도록 함으로써, 자전거 림을 회전시킬 때 로터 주변의 자석의 자속에 의해 자전거 림 상에 와전류가 발생하고, 이러한 와전류에 의해 발생하는 자기작용에 의해 다시 로터 주변의 자석이 이끌리도록 함으로써 림을 회전시킴에 따라 무접촉 방식으로 로터를 회전시키고, 이렇게 와전류를 발생시키는 데에 사용된 로터 주변의 자석이 회전하는 점을 이용하여, 자석 주변에 코일권선을 둠으로써, 코일권선에 전류가 유도되도록 하는 발전기가 개발되었다.

그러나 이러한 종래의 비접촉식 발전기는 다음과 같은 문제가 있었다.

첫째, 알루미늄 재질의 자전거 림은 가늘고 긴 림 부재를 원형으로 휘어서 접합하는 과정을 거치기 때문에, 림 제작 과정에서 접합된 부분이 강자성체인 철로 이루어져 있게 되는바, 로터 주변의 자석이 이러한 림의 철 부분에 이끌려 림에 달라붙고 떨어지는 현상을 반복하는 문제점이 있다. 이는 자석과 림을 모두 손상시키고, 로터의 균일한 회전속도를 깨뜨려 발전 효율을 급격히 떨어뜨리며, 소음이 크게 발생하는 등의 문제가 있다.

둘째, 이러한 종래의 비접촉식 발전기는 강자성체 재질인 철을 포함하여 만들어진 림에는 사용할 수 없다. 왜냐하면 와전류를 유도하기 위해 로터 주변에 설치한 자석이 림에 끌려 달라 붙어버리기 때문이다.

셋째, 이러한 종래의 비접촉식 발전기는 비금속 재질인 카본으로 만들어진 림에도 사용할 수 없다. 왜냐하면 카본재질의 림에는 와전류가 발생하지 않기 때문이다.

넷째, 와전류를 유도하기 위해 로터에 부착된 자석을 통해 기전력이 유도되며 부하를 구동하여 부하전류에 의한 제동력이 작용하므로, 발전 과정에서 손실된 에너지 이상으로 회전력의 손실을 가져오게 되는 슬립 현상(로터의 속도가 림의 속도를 크게 따라가지 못하는 현상)이 발생한다.

다섯째, 와전류를 유도하기 위해 로터에 부착된 자석을 이용하여 전류를 유도하기 때문에, 로터에 부착된 자석이 림에 가까이 배치되어야 하고, 이것이 공간적 제약으로 작용하게 되어, 발전에 필요한 자로의 형성을 유도하기 위해 사용되는 코어를 사용할 수 없게 된다. 즉 로터 주변의 공간적 제약으로 인해 코어를 설치할 수 없고, 이로 인해 로터에 부착된 자석에 의해 형성되는 자로는 코어가 없으므로 공기 중에서 크게 손실되므로, 충분한 발전량을 내지 못한다. 게다가 와전류 원리에 의하면 저속으로 림이 회전할 때에는 거의 와전류가 발생하지 않게 되어 로터 자체의 회전 속도도 크게 떨어지는바, 거기에 발전 효율까지 극히 낮다면 저속에서는 거의 기전력을 유도할 수 없게 된다.

공개특허공보 제10-2014-0062463호 등록특허공보 제10-1320295호 등록특허공보 제10-1471392호 공개특허공보 제10-2014-0028427호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전하는 모든 종류의 휠에 사용 가능하고, 발전 효율이 충분히 나올 수 있는 구조의 발전기용 회전체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 회전하는 궤적 면에 접하거나 가까이 인접하여 설치되는 발전기용 회전체(30)로서, 상기 회전체(30)는, 발전기(20)의 회전축(62)과 연결되어 상기 회전체(30)의 회전력을 상기 발전기(20)에 전달하는 회전축 연결부(31); 회전하는 궤적 면과 마주하는 외면부(32); 상기 회전축을 중심으로 반경 방향의 둘레를 따라 회전체에 마련되는 복수 개의 자석수용부(33); 및 상기 자석수용부(33)에 수용되며 회전하는 상기 궤적 면을 향해 극성이 번갈아 배치되는 복수 개의 와전류 유도용 자석(40);을 포함하며, 상기 외면부(32)의 적어도 일부가 상기 자석(40)보다 더 외측에 배치됨으로써, 외측에 배치된 해당 외면부가 상기 자석(40)보다 회전하는 상기 궤적 면과 더 가깝게 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 회전체를 제공한다.

상기 회전축 연결부(31)는 상기 외면부(32)보다 경질의 재질일 수 있다.

상기 외면부(32)는 충격을 흡수하고 마찰력이 있는 탄성 재질일 수 있다.

상기 회전축 연결부(31)와 외면부(32)는 서로 맞물리는 요철의 결합부(323)를 구비할 수 있다.

상기 외면부(32)가 상기 자석(40)을 커버하는 형태일 수 있다.

상기 자석수용부(33)는 적어도 상기 회전축 연결부(31)에 마련되어 있어서, 자석에 가해지는 회전력이 상기 회전축 연결부(31)를 통해 발전기(20)로 전달되도록 할 수 있다.

상기 자석수용부(33)는 상기 회전축 연결부(31)에서부터 상기 외면부(32)까지 연결된 형태로 형성되어 있어서, 상기 자석수용부(33)에 자석(40)이 수용된 상태에서 자석에 의해 회전축 연결부(31)와 외면부(32)의 회전이 서로 구속될 수 있다.

상기 외면부(32)에서 상기 궤적 면과 마주하는 부분은 상면(322)에서 회전축을 중심으로 외측으로 갈수록 하향 경사지는 형태일 수 있다.

상기 외면부(32)에서 상기 궤적 면과 마주하는 부분은 측면(321)에서 상부로 갈수록 내측으로 경사지는 형태일 수 있다.

본 발명에 의하면, 회전하는 어떠한 종류의 휠에 대해서도 적용할 수 있는 회전체를 사용하여 발전을 효율적으로 할 수 있다.

즉 강자성체로 이루어진 휠의 경우에는 자석의 인력에 의해 회전체를 회전시킬 수 있고, 상자성체로 이루어진 휠의 경우에는 상자성체에서 발생하는 와전류를 이용하여 회전체를 회전시킬 수 있으며, 전기와 자기에 대해 자화되거나 통전되지 않는 재질의 휠의 경우에는 반접촉식으로 회전체를 회전시킬 수 있기 때문에, 시중에 유통되는 철제 림, 알루미늄 림, 카본 림의 자전거 휠은 물론이거니와, 회전하는 모든 휠에 대해 설치 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 알루미늄 림을 사용할 때 발생하는 자석의 림 탈착 현상에 의한 문제점을 일시에 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 회전체의 경사면 형태에 의해 회전체와 연결되는 발전기가 바퀴의 와이어 스포크와 간섭되는 일을 미연에 방지할 수 있고, 회전체의 회전축과 회전하는 바퀴의 회전축의 위치 관계(평행, 수직 등)를 보다 자유롭게 설정할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 회전체가 충격흡수율과 내마모성 및 구름마찰계수가 높아 비접촉 방식과 반접촉 방식 및 접촉방식으로 모두 사용 가능하면서도 강성인 높은 중심체를 가지고 있어 고속 회전시에도 편심 회전 등의 문제가 발생하지 않는 이점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기가 자전거의 림에 가까이 또는 이와 접촉하여 설치된 상태를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예인 회전체의 분해사시도,
도 3은 본 발명의 회전체가 적용될 발전기의 부분 생략 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기의 측면도,
도 5는 도 4의 A-A 단면도,
도 6과 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체의 분해사시도,
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체의 측면도,
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기의 측면도, 그리고
도 10과 도 11은 각각 본 발명의 회전체의 변형 예이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기가 자전거의 림에 가까이 또는 이와 접촉하여 설치된 상태를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예인 회전체의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 회전체가 적용될 발전기의 부분 생략 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기의 측면도, 그리고 도 5는 도 4의 A-A 단면도이다.

[회전체의 일 실시예에 따른 발전기의 설치 형태와 위치]

본 발명의 일 실시예인 도 2의 회전체가 적용될 발전기(20)는 가령 도 1에 도시된 바와 같이 회전하는 자전거 휠의 림(10)에 가까이 또는 이와 접하도록 자전거 프레임 상에 설치된다. 즉 발전기는 자전거 프레임 상에 고정되어 있고, 자전거 휠의 림(10)은 자전거 휠이 회전할 때 발전기(20)의 회전체(30)와 근접한 상태에서 또는 회전체와 접한 상태에서 회전하게 된다. 도면 상 발전기(20)의 윗부분에 도시된 것이 후술할 회전체(30)의 일 실시예이다.

도시된 일 실시예의 회전체(30)에 연결되는 회전축은 자전거 바퀴의 축과 실질적으로 수직을 이루도록 한다. 즉 회전체의 측면의 회전의 원주 방향과, 회전체와 마주하는 림의 측면의 회전의 원주 방향이 서로 일치하도록 하는 것이다.

[회전체의 구조와 회전 원리]

자전거 바퀴의 림(10)과 근접하거나 접하는 것은 발전기(20)의 회전체(30) 부분이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 회전체(30)는 측면이 경사진 원뿔대의 구조를 가진다. 즉 회전체(30)의 외면부(32)에서 상기 림의 궤적 면과 마주하는 부분은 측면(321)에서 상부로 갈수록 내측으로 경사지는 형태이다.

회전체가 원뿔대, 즉 단면형상이 사다리꼴이 되도록 형성한 이유는 자전거 바퀴의 림이 바퀴의 중심인 허브 쪽으로 갈수록 점점 좁아지는 형태에 대응시키기 위해서이다. 즉 바퀴의 림이 경사져 있는 만큼 이러한 림과 마주하는 회전체의 측면이 이러한 림의 경사와 대응하도록 경사지게 함으로써, 이러한 회전체의 하부에 설치되는 발전기(20)가 자전거 바퀴의 와이어 스포크로부터 멀리 설치될 수 있도록 하기 위함이다(도 4 참조).

하지만 회전체의 형태가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 림의 형태와 자석 수납 방법에 따라 원기둥, 다각기둥, 다각뿔대 형태를 가질 수도 있다.

상기 자전거 바퀴의 림과 근접하여 설치되는 회전체(30)의 외면부(32)는 합성수지 계열의 재질로서 특히 형상유지가 어느 정도 가능하면서도 충격흡수율이 좋고 내마모성과 구름마찰계수가 큰 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 가령 타이어와 같은 재질이 이에 해당할 수 있다. 또한 경도는 약하지만 실리콘 계열 역시 사용될 수 있다.

회전축을 중심으로 하여 반경 방향으로 연장된 형태를 가지는 상기 회전체의 둘레에는 도시된 바와 같이 방사상으로 등 간격으로 자석수용부(33)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 자석수용부(33)에는 각각 와전류 유도용 자석(40)이 수용된다. 와전류 유도용 자석(40)은 복수 개가 각각 자석수용부(33)에 수용되는데, 각 자석이 회전체의 외측을 향하는 방향으로 N극과 S극이 번갈아 배치되도록 수용된다. 이렇게 N극과 S극이 번갈아 배치되어야 림에 와전류가 발생하였을 때 회전체 역시 잘 회전할 수 있게 된다. 상기 자석은 네오디뮴 자석일 수 있고 설치 환경 등 여러 가지 요인을 검토하여 6개 내지 20개 정도로 구성할 수 있다. 상기 와전류 유도용 자석(40)은 회전체 제작 후 자석수용부(33)에 끼워질 수도 있고, 인서트 사출 방식으로 자석수용부(33)에 일체로 끼워진 형태로 제작될 수도 있다. 상기 자석수용부(33)와 와전류 유도용 자석(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 각진 구조로 되어 있어 한 번 끼워지면 회전하지 않고 그 자리를 그대로 유지하도록 한다. 특히 도시된 바와 같이 사다리꼴 기둥 형태와 같이 비대칭 형태로 자석수용부(33)와 와전류 유도용 자석(40)을 제작하면, 와전류 유도용 자석(40)이 자석수용부(33) 내에서 헛도는 현상을 방지할 수 있다. 즉 와전류 유도를 통해 가장 효율적으로 회전력을 얻기 위해서는 한번 배향된 자석의 극성 방향이 그 상태를 지속적으로 유지해야 한다는 점에서, 상술한 기술적 특징은 큰 의미가 있다 할 것이다.

적어도 외면부(32)의 회전 중심부 부분에는 경질의 회전축 연결부(31)가 끼워진다. 이를 위해 외면부(32)의 중심에는 회전축 연결부(31)와 대응하는 형상의 결합부(323)가 형성되어 있다. 그리고 회전축 연결부(31)의 외면과 결합부(323)의 내면에는 각각 요철이 형성되어 회전체(30)의 외면부(32)와 회전축 연결부(31)가 서로 헛도는 현상을 방지한다. 즉 본 발명의 일 실시예인 회전체에서 회전축 연결부(31)의 외면과 결합부(323)의 내면의 요철은 상기 외면부(32)와 회전축 연결부(31) 간의 회전이 서로 구속되도록 한다. 또한 본 발명은 회전체의 회전 중심에 상대적으로 경질의 회전축 연결부(31)를 배치하여 상대적으로 연성인 회전체의 회전을 지지하는데 상술한 요철 형상은 이러한 지지력을 배가시켜 준다. 즉 상술한 요철 형상은 회전력을 전달하는 기능은 물론, 상대적으로 연질의 외면부(32)를 지지하는 기능을 함께 가진다. 회전축 연결부(31)는 발전기(20)의 회전축(62)과 연결되어 상기 회전체(30)의 회전력을 상기 발전기(20)에 전달한다. 회전체가 모두 연성의 재질로 이루어진 경우보다 회전체의 중심에 경질의 회전축 연결부를 구성하는 경우 회전체가 탄성 변형하더라도 회전이 출렁거리는 요인을 크게 줄일 수 있다. 또한 회전체의 중심에 경질의 회전축 연결부(31)를 끼우면 상대적으로 연질의 외면부(32)가 더 빡빡하게 되므로, 회전체(30)에 삽입된 와전류 유도용 자석(40)이 더 단단히 고정될 수 있다.

회전축 연결부(31)의 회전 중심에는 후술할 회전축(62)이 축설되는 축수용홈(311)이 형성되어 있다. 따라서 회전체가 회전하면 회전축이 일체로 거동하며 회전하게 된다. 물론 회전체(30)가 회전축(62)을 중심으로 회전함은 당연하다.

본 발명에 따르면, 자전거 바퀴의 림 재질이 강자성체인 철로 제작된 경우, 회전체(30)의 와전류 유도용 자석(40)과 림(10) 사이에 인력이 작용하게 되고, 림이 회전함에 따라 이러한 인력에 의해 와전류 유도용 자석이 이끌리며 회전체(30) 역시 회전하게 되어 회전체의 회전을 유도할 수 있다. 물론 회전체(30) 내의 와전류 유도용 자석(40)의 인력에 의해 회전체가 림에 접촉하는 경우가 발생할 수도 있으나, 이러한 경우에도 회전체의 표면을 이루는 외면부(32)는 내마모성과 구름마찰력이 큰 재질로 되어 있어 림의 회전과 함께 잘 회전할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 발전기 및 회전체 구조에 의할 경우, 철로 제작된 림에 비접촉식 및/또는 접촉식으로 발전기를 사용할 수 있다. 이는 자석의 인력을 이용하기 때문에 비접촉 방식으로서 에너지 손실이 적고, 자석의 인력에 의해 회전체의 표면이 림의 표면에 닿더라도 이는 강한 접촉이 아닌 반 접촉식이어서 기존의 완전 접촉식 발전기보다 에너지손실이 훨씬 적다. 즉 인력방식은 반접촉방식과 병행하여 적용 가능하다. 인력방식에 의할 때 회전체와 림의 거리를 1 ~ 10 mm로 할 수 있다.

한편 자전거 바퀴의 림 재질이 상자성체인 알루미늄으로 제작된 경우, 림이 회전함에 따라 회전체(30)의 와전류 유도용 자석(40)의 자속이 림(10) 표면에 와전류를 유도하고, 이러한 와전류가 다시 자력으로 작용하여 와전류 유도용 자석(40)을 잡아당김으로써 림(10)이 회전함에 따라 회전체(30) 역시 비접촉 방식으로 회전하게 된다. 이 때 림(10)의 원주를 따라 일 개소(접합부위)에 강자성체가 존재하여 회전체(30) 내의 와전류 유도용 자석(40)이 림에 부딪히는 경우가 발생할 수 있으나, 이 때에도 와전류 유도용 자석(40)은 회전체(30)의 내부에 수용된 상태, 즉 회전체(30)의 외면부(32)가 자석(40)을 덮고 있는 형태이기 때문에, 구름마찰력이 있는 회전체(30)의 외면부(32) 측면(321)이 림에 부딪쳐 림의 회전력을 전달받게 됨으로써, 회전체의 회전력이 상실되지 않는다. 이로서 전술한 종래의 비접촉식 발전기에서 발생한 문제점이 일거에 해결된다. 따라서 본 발명의 발전기 및 회전체 구조에 의할 경우, 알루미늄과 같은 상자성체로 제작된 림에 비접촉식으로 발전기를 사용할 수 있다. 이는 비접촉 방식이므로 기존의 완전접촉식 발전기보다 에너지손실이 훨씬 적다. 와전류 방식에 의할 때 회전체와 림의 거리를 1 ~ 10 mm 로 할 수 있다.

또한 자전거 바퀴의 림 재질이 와전류도 유도되지 않는 카본과 같은 재질로 제작된 경우에는 회전체(30)의 외면부(32) 측면(321)이 림의 측면과 반 접촉 상태로 회전하도록 한다. 이 때에는 회전체(30)의 측면(321) 상부가 림의 측면 하부와 접촉하도록 설치한다. 따라서 본 발명의 발전기 및 회전체 구조에 의할 경우, 카본과 같이 강자성체도 상자성체도 아닌 재질로 제작된 림에 반접촉식으로 발전기를 사용할 수 있게 되므로, 어떠한 종류의 림에도 본 발명의 회전체를 이용하여 반 접촉식 또는 비접촉식으로 회전체를 회전시킬 수 있게 된다.

[발전기의 구조]

다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 발전기(20)에 대해 상세히 살펴본다.

회전체(30)의 중심에 고정되는 회전축(62)은 발전기(20)까지 연장된다. 발전기(20)는 자전거의 프레임 등에 고정되는 케이스(70)와, 상기 케이스(70) 내부에 고정되는 코어(66)를 포함한다. 일례로 케이스(70)는 원통형일 수 있고, 케이스 내부의 코어 역시 도 5에 도시된 바와 같이 외면은 원통형이고 내면은 등간격으로 내향 돌부가 형성된 형태이다. 코어(66)에는 코일(68)이 감겨 있다.

발전기는 자전거에 의해 연동되는 회전운동에너지에 기초해서 구동되므로 소형 경량화로 높은 출력을 달성해야 한다.

코어(66)는 직경이 20 ~ 50 mm 정도로 이루어질 수 있고, 코일묶음은 2개 내지 12개 정도 구비할 수 있다. 코어의 높이는 20 ~ 50 mm 정도로 이루어진다.

코일(68)의 직경은 0.15 ~ 0.4 mm 정도이다. 이들 케이스, 코어, 코일은 고정되어 있다.

코어(66)와 코일(68)에 의해 둘러싸이는 공간에는 회전축(62)이 배치되고, 회전한다. 회전축(62)에는 도시된 바와 같이 발전용 자석(62)이 축설되어 회전축의 회전과 함께 회전한다. 발전용 자석(62)은 네오디움 자석을 사용할 수 있고, 자석 극수는 2극 내지 8극으로 설정할 수 있다.

발전기의 형태는 자석 극수와 코일묶음의 수에 따라 단상 내지 3상으로 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면 와전류를 유도하기 위해 회전체에 설치되는 자석(40)과, 기전력을 유도하기 위해 회전축(62)에 설치되는 자석(64)이 별도로 구성되어 있으므로, 발전기를 구성함에 있어서 코어에 전기자코일을 설치할 수 있으므로 자로가 형성되기 때문에 종래의 비접촉 발전기에 비해 월등한 발전 효율을 가진다.

[회전체의 다른 일 실시예]

도 6과 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체의 분해사시도, 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체의 측면도, 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체가 적용된 발전기의 측면도, 그리고 도 10과 도 11은 각각 본 발명의 회전체의 변형 예이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체(30)는 도 9에 도시된 바와 같이 회전하는 자전거 휠의 림에 가까이 또는 이와 접하도록 자전거 프레임 상에 설치될 수 있다. 회전체(30)의 회전축(62)은 실질적으로 자전거 휠의 회전축과 평행하게 배치될 수 있다. 즉 회전체의 상면의 회전의 원주 방향과, 회전체와 마주하는 림의 측면의 회전의 원주 방향이 서로 일치하도록 하는 것이다. 자전거의 림이 경사진 점을 감안하여, 상기 외면부(32)는 상면(322)에 대해 외측으로 갈수록 하향 경사면을 가진다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체(30)에 적용될 발전기(20)는 도 9에 도시된 바와 같이 원반형 발전기일 수 있다. 앞서 도 1 내지 도 5의 실시예와 마찬가지로, 이러한 발전기(20)도 자전거의 앞 바퀴 혹은 뒷바퀴 중 장착이 편리한 곳이면 어느 곳이나 장착 가능하다. 원반형 발전기는 상대적으로 평평하고 납작한 회전체(30)와 규격의 조화를 이루어 발전기와 회전체의 조립체를 보다 더 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.

도 6을 참조하면 본 발명의 다른 일 실시예인 회전체(30)는, 가령 자전거 휠의 림처럼 회전하는 궤적 면과 마주하는 외면부(32), 그리고 발전기(20)의 회전축(62)과 연결되어 상기 회전체(30)의 회전력을 상기 발전기(20)에 전달하는 회전축 연결부(31)를 포함한다. 상기 회전축 연결부(31)는 그 외주면이 상기 외면부(32)의 결합부(323)에 끼워지는 형태로 상기 외면부(32)와 체결된다.

회전축 연결부(31)는 회전체의 회전력을 발전기에 전달하는 구성으로서, 외면부보다 경질의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 회전축 연결부(31)의 중심에는 발전기(20)의 회전축(62)이 끼워지는 축수용홈(311)이 마련되어 있다. 축수용홈은 일부 평평한 부위가 있고 회전축(62)에도 이와 맞물리는 일부 평평한 부위가 있어서(도 3 참조), 회전축 연결부(31)와 회전축(62)이 헛돌지 않고 일체로 회전하도록 하여 준다.

외면부(32)는 회전축 연결부(31)보다 상대적으로 연질의 재질이며, 충격 흡수를 할 수 있는 탄성 재질이면서 실리콘이나 고무와 같이 마찰력이 높은 재질일 수 있다.

회전체(30)의 내부 공간으로서 상기 외면부(32)와 회전축 연결부(31)에 의해 둘러싸이는 공간에는 자석 수용부(33)가 형성된다. 자석 수용부는 상기 회전축을 중심으로 반경 방향의 둘레를 따라 방사상으로 복수 개 마련된다. 복수 개의 자석 수용부에 수용되는 와전류 유도용 자석(40)은 회전하는 궤적 면에 마주하는 회전체의 상면(322)을 향해 극성이 번갈아 배치된다.

상기 외면부(32)는 상기 자석(40)을 덮는 형태로 되어 있으므로, 외면부(32)가 자석(40)보다 상기 회전하는 궤적 면, 즉 림보다 더 가깝게 배치된다. 앞서 설명한 바 있지만, 이와 같은 외면부 구조는 자전거 바퀴의 림, 즉 회전하는 궤적 면을 이루는 재질에 관계 없이 비접촉 인력 방식 혹은 반접촉 방식으로 회전체를 설치하여 사용할 수 있도록 하여줌은 물론, 궤적 면과 회전체가 충돌할 때 발생하는 충격을 흡수하고 회전력도 전달받을 수 있도록 하여준다.

앞서 도 2의 실시예에서는 자석수용부(33)가 외면부(32)에 형성된 것과 대비하여, 도 6과 도 7의 실시예에서 상기 자석수용부(33)는 적어도 상기 회전축 연결부(31)에 마련되어 있음을 알 수 있다. 이러한 구조에 의하면 와전류가 발생하여 자석에 가해지는 외력에 의해 발생하는 회전력은 온전히 회전축 연결부(31)를 통해 발전기로 전달될 수 있다. 또한 자석수용부(33)는 상기 회전축 연결부(31)에서부터 외면부(32)까지 연결 형성되어 있다. 이러한 자석수용부 형태에 의하면, 회전축 연결부(31)와 외면부(32)에 연결되어 형성되는 자석수용부(33)에 자석이 수용되었을 때, 자석이 회전축 연결부(31)와 외면부(32)의 회전을 서로 구속하도록 하여 준다. 이는 앞서 설명한 결합부(323)의 요철구조를 대신하거나 이와 함께할 수 있는 구조이다. 이러한 구조는 특히 회전체의 외면부(32)가 회전력을 전달받을 궤적 면과 반 접촉 관계를 가지고 있는 경우 특히 유용하다. 즉 반 접촉 방식에서는 회전하는 궤적 면의 회전력이 외면부(32)를 통해 회전체(30)에 전달되며, 이러한 회전력은 외면부(32)의 자석수용부 부분과 자석(40)을 거쳐 회전축 연결부(31)의 자석수용부 부분을 통해 회전축 연결부(31)에 전달된다.

도 6과 도 7에는 본 발명에 따른 다른 일 실시예에 예시된 자석(40)이 키 작은 원기둥 형태임을 도시하고 있으나, 자석의 형태가 이에 한정되지는 아니한다. 가령 도 10과 도 11과 같이 본 발명의 회전축 연결부(31)에는 다양한 변형 예가 있을 수 있으며, 여기서 자석의 형태는 직사각형 형태이되, 자석수용부(33)가 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되거나(도 10 참조), 회전축을 중심으로 회오리와 같은 형태로 배치될 수 있다(도 11 참조). 도 10과 도 11의 상부에는 외면부(32)가 커버 형태로 덮일 수 있다. 축수용홈(311)의 형태나 재질 역시 도 10(더 경질의 링을 박아 넣음) 및 도 11(요철을 만듬)에 도시된 바와 같이 다양한 변형이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예들과 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 실시예의 다양한 변형과 실시예들 간의 다양한 조합이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 림
20: 발전기
30: 회전체
31: 회전축 연결부
311: 축수용홈
32: 외면부
321: 측면
322: 상면
323: 결합부
33: 자석수용부
40: 와전류 유도용 자석
62: 회전축
64: 발전용 자석
66: 코어
68: 코일
70: 케이스

Claims

회전하는 궤적 면에 접하거나 가까이 인접하여 설치되는 발전기용 회전체(30)로서,
상기 회전체(30)는,
발전기(20)의 회전축(62)과 연결되어 상기 회전체(30)의 회전력을 상기 발전기(20)에 전달하는 회전축 연결부(31);
회전하는 궤적 면과 마주하는 외면부(32);
상기 회전축을 중심으로 반경 방향의 둘레를 따라 회전체에 마련되는 복수 개의 자석수용부(33); 및
상기 자석수용부(33)에 수용되며 회전하는 상기 궤적 면을 향해 극성이 번갈아 배치되는 복수 개의 와전류 유도용 자석(40);을 포함하며,
상기 외면부(32)의 적어도 일부가 상기 자석(40)보다 더 외측에 배치됨으로써, 외측에 배치된 해당 외면부가 상기 자석(40)보다 회전하는 상기 궤적 면과 더 가깝게 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 회전축 연결부(31)는 상기 외면부(32)보다 경질의 재질인 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 2에 있어서,
상기 외면부(32)는 충격을 흡수하고 마찰력이 있는 탄성 재질인 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 회전축 연결부(31)와 외면부(32)는 서로 맞물리는 요철의 결합부(323)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 외면부(32)가 상기 자석(40)을 커버하는 형태인 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 자석수용부(33)는 적어도 상기 회전축 연결부(31)에 마련되어 있어서, 자석에 가해지는 회전력이 상기 회전축 연결부(31)를 통해 발전기(20)로 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 6에 있어서,
상기 자석수용부(33)는 상기 회전축 연결부(31)에서부터 상기 외면부(32)까지 연결된 형태로 형성되어 있어서, 상기 자석수용부(33)에 자석(40)이 수용된 상태에서 자석에 의해 회전축 연결부(31)와 외면부(32)의 회전이 서로 구속되는 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 외면부(32)에서 상기 궤적 면과 마주하는 부분은 상면(322)에서 회전축을 중심으로 외측으로 갈수록 하향 경사지는 형태인 것을 특징으로 하는 회전체.
청구항 1에 있어서,
상기 외면부(32)에서 상기 궤적 면과 마주하는 부분은 측면(321)에서 상부로 갈수록 내측으로 경사지는 형태인 것을 특징으로 하는 회전체.