KR20170022947A

KR20170022947A - 마그넷 발전기 및 이를 이용한 발전 방법

Info

Publication number: KR20170022947A
Application number: KR1020160105719A
Authority: KR
Inventors: 김희근
Original assignee: 그레이스이엔지(주)
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2017-03-02
Also published as: KR20170022948A; KR101937285B1; KR101837037B1; KR20170022949A; KR101837038B1

Abstract

본 발명은 마그넷 발전기에 관한 것으로서, 코어 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일들이 설치되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석이 설치되는 회전자; 및 제어 모드에서는 상기 코어가 전자석이 되어 상기 회전자가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자의 회전에 의해 상기 코일들에서 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

마그넷 발전기 및 이를 이용한 발전 방법{Magnet generator and generating method}

본 발명은 마그넷 발전기 및 이를 이용한 발전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자력 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있게 하는 마그넷 발전기 및 이를 이용한 발전 방법에 관한 것이다.

전기는 산업사회의 주요 에너지원으로 이용되고 있지만 화석에너지의 고갈로 인해 최근에는 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 급속하게 진행되고 있다.

그리고, 발전시설로부터 생산된 전기는 전력케이블을 매개로 비교적 큰 사용전력이 요구되는 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 소규모의 가전제품이나, 생활용품과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 제품은 1차 전지나 리듐이온전지와 같은 2차 전지와 같은 배터리를 구비하여 전원으로 사용하고 있다.

하지만, 배터리는 그 사용시간에 한정되어 있으므로 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하지만 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없으므로 방전시에는 해당 제품을 사용할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 최근에는 다양한 자가 발전장치가 개발되어 비상시에 필요한 전원을 충전하여 사용할 수 있도록 하고 있다.

한편, 일반적으로 발전기는 외부 동력원으로부터 기계적 에너지를 전달받아 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 상기 외부 동력원으로는 잘 알려진 바와 같이 터빈수차, 전동기, 가솔린 엔진 등이 사용될 수 있다. 상기 외부 동력원을 사용하여 전기에너지를 발생시키는 방법으로는, 물의 위치 에너지 차이를 이용한 수력발전과, 바람의 힘을 이용하는 풍력발전 등 자연력을 직접 이용한 발전이 있으며, 또한 자연에서 채취된 예컨대 석탄이나 우라늄과 같은 천연자원을 이용하여 인공적인 방법에 의해 발전을 실시하는 화력발전과 원자력 발전 등이 있다. 또한, 최근 들어 활발히 연구되고 있는 태양열을 이용한 태양열 발전 등이 있다.

상술한 바와 같은 외부 동력원을 이용한 발전기에 있어서 발전의 기본 원리는 도체내의 전자와 자계사이의 상대적 관계에 기초를 두고 있다, 즉, 도체가 자속을 끊으면, 그 도체 양단에 전압이 유기되고 유기된 유도전압에 의해 전류가 흐르게 된다. 이 때, 유도 전압(E)의 크기는 자속밀도(B)와, 그 자계속의 도체의 길이(1) 및 도체의 운동속도(v)의 곱인 E = Blv 로 주어진다.

그러나, 상기한 발전 메카니즘(mechanism)은 반드시 외부의 동력원을 필요로 하며 외부 동력원에서 지속적으로 기계적 에너지를 공급하지 않으면 발전을 계속할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 발전에 사용되는 외부 동력원의 기계적 에너지를 발전기를 통해 전기적 에너지로 변환시킬 때 발생하는 마찰 등에 의한 에너지 손실로 발전 에너지 변환 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 초기 외부 동력원에 의한 구동 후, 일정한 회전 속도에 도달되면 제어 모드와 발전 모드를 병행하면서 자석의 자력 에너지를 소모하면서 외부 동력이 없이도 자가 발전을 가능하게 하는 마그넷 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 마그넷 발전기는, 코어 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일들이 설치되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석이 설치되는 회전자; 및 제어 모드에서는 상기 코어가 전자석이 되어 상기 회전자가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자의 회전에 의해 상기 코일들에서 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 코어는, 탄소 성분이 포함된 탄소강일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정자는, 전방과 후방에 각각 개구가 형성되고, 외경면에 복수개의 홀들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원통형태의 고정 몸체; 상기 고정 몸체의 상기 홀에 착탈 가능하게 설치되고, 상기 코어와, 상기 코어를 둘러싸는 절연성 수지 재질의 코일 베이스 및 상기 코일 베이스에 권취되는 코일을 포함하는 코일 모듈; 및 상기 고정 몸체의 상기 개구에 설치되고, 베어링을 이용하여 상기 회전자의 회전축을 회전 지지하는 축지지판;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정 몸체의 외경면 및 상기 코일 베이스에는 전선 안내홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 회전자는, 상기 고정자의 상기 고정 몸체 내부에 삽입되고, 상기 회전축이 상기 축지지판에 회전이 자유롭게 회전 지지되며, 외경면에 복수개의 홈들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원기둥 형태의 회전 몸체; 및 상기 회전 몸체의 홈에 삽입되는 영구 자석;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 회전자의 외경면에 상기 회전축의 일지점을 기준으로 등각 설치되는 상기 영구 자석의 개수를 이와 대응되는 상기 고정자의 상기 코일의 개수로 나누면 무리수 또는 무한 소수가 되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정자의 코일은 상기 회전자의 영구 자석과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특정 시간에 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 고정자의 상기 코일들을 동시에 제어하는 릴레이 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 발생되는 1차 교류를 직류로 변환하고, 변환된 직류를 2차 교류로 변환할 수 있도록 적어도 인버터, 컨버터 및 정류기 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 맴돌이 전류를 방지할 수 있도록 상기 고정자의 적어도 일부분 또는 상기 회전자의 적어도 일부분은 절연성 수지 재질일 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법은, 코어 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일들이 설치되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석이 설치되는 회전자; 및 제어 모드에서는 상기 코어가 전자석이 되어 상기 회전자가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자의 회전에 의해 상기 코일들에서 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제어부;를 포함하는 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법으로서, 스타트 모터나 인력 등 외부 동력을 이용하여 최초 상기 회전자를 회전시키는 초기 회전 단계; 회전되는 상기 회전자로부터 초기 전력을 생산하는 초기 전력 생산 단계; 상기 초기 전력으로 상기 제어부가 제어 모드를 수행하여 상기 회전자의 회전 속도를 높이는 제어 모드 수행 단계; 및 상기 제어부가 발전 모드를 수행하여 전기 에너지를 생산하는 전력 생산 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어 모드 수행 단계와, 상기 전력 생산 단계를 번갈아가면서 반복적으로 수행하여 기준 회전 속도로 상기 회전자의 회전수를 높이는 회전수 증폭 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 회전수 증폭 단계에서, 상기 기준 회전 속도는 3000 RPM 내지 9000 RPM 일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전력 생산 단계는, 생산된 1차 교류를 직류로 변환하는 직류 변환 단계; 및 변환된 직류를 원하는 형태의 2차 교류로 변환하는 교류 변환 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 자력 에너지를 소모하면서 장시간에 걸쳐 외부의 동력을 공급받지 않고 자가 발전할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기를 나타내는 개념도들이다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 마그넷 발전기를 나타내는 외관 사시도이다.
도 5는 도 4의 마그넷 발전기의 부품 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 마그넷 발전기의 고정자 및 회전자를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 4의 마그넷 발전기의 종단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 4의 마그넷 발전기의 고정자를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 마그넷 발전기의 코일 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 4의 마그넷 발전기의 회전자를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 마그넷 발전기의 영구 자석을 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 4의 마그넷 발전기의 제어부를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기를 이용한 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 도 4의 마그넷 발전기의 일례를 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 마그넷 발전기의 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기(100)를 나타내는 개념도들이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기(100)는, 크게 고정자(10)와, 회전자(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 고정자(10)는, 코어(11) 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일(12)들이 설치되는 전체적으로 원통 형상의 구조체일 수 있다.

또한, 예컨대, 상기 회전자(20)는, 상기 고정자(10)의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일(12)들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석(21)이 설치되는 원기둥 형상의 구조체일 수 있다.

또한, 예컨대, 상기 제어부(30)는, 제어 모드에서는 상기 코어(11)가 전자석이 되어 상기 회전자(20)가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일(12)에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자(20)의 회전에 의해 상기 코일(12)들에서 발생되는 전기 에너지를 수집할 수 있는 기판, 회로 기판, 프로세서, 마이크로 프로세서, 중앙 처리 장치, 연산 장치, 프로그램 형태로 기록된 저장 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 전자 부품일 수 있다.

여기서, 상기 영구 자석(21)은 자력이 영원하게 보전되는 것은 아니고, 본 발명은 자력 에너지를 전력 에너지로 변환하는 것으로서, 예컨대, 5년 내지 10년 이후에는 자력이 상실될 수 있다.

도시하지 않았지만, 본 발명에서 상기 영구 자석(21)의 자력을 최대한 유지하고자 상기 영구 자석(21)의 온도가 필요 이상으로 올라가는 것을 방지할 수 있도록 송풍기나 송풍홀이나 유로 등 자성 유지용 냉각 장치가 설치될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(S)의 일지점을 기준으로 상기 회전자(20)의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석(21)의 개수를 이와 대응되는 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)의 개수로 나누면 무리수가 되는 것일 수 있다. 여기서 무리수란, 소수로 나타내면 순환하지 않는 무한 소수를 말할 수 있고, 무한 소수란 소수로 나타내는 순환하는 소수일 수 있다.

예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(S)의 일지점을 기준으로 상기 회전자(20)의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석(21)의 개수는 12개이고, 이와 대응되는 상기 고정자(10)의 상기 코일의 개수는 11개일 수 있다.

여기서, 상기 영구 자석(21)의 개수를 이와 대응되는 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)의 개수로 나누면 12/11로서, 1.0909...로 무한 소수일 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코일(12)의 제어 모드에서 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)은 상기 회전자(20)의 상기 영구 자석(21)과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특정 시간에 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성될 수 있다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 영구 자석(21)은 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)의 위치에 정확하게 일치하여 대응되지 않기 때문에 대응되는 위치마다 인력에 의해 회전력이 급격하게 변동되어 회동 손실되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해서 매우 부드럽게 회전하면서 토크의 변화가 조금씩 연속적으로 상승하여 결과적으로 조그마한 힘으로도 회전수를 크게 증폭시킬 수 있다.

그러므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 초기에 상기 회전자(10)를 인력이나 모터의 동력을 이용한 작은 힘으로 초기 구동시키면 이러한 초기 구동력을 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)가 제어 모드를 수행하면서 상기 회전자(10)의 회전 속도를 증폭시키고, 이를 통해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)가 발전 모드를 수행하면서 상기 영구 자석(21)의 이동에 따라 유도되는 상기 코일(12)의 전력을 수집할 수 있다. 이러한 제어 모드와 발전 모드를 매우 짧은 시간 동안 반복하면서 지속적으로 전력을 수집할 수 있다.

결국, 상기 영구 자석(21)의 자력 에너지를 소모하면서 장시간에 걸쳐 외부의 동력을 공급받지 않고 자가 발전할 수 있다. 다만, 상기 영구 자석(21)의 자력이 명칭과 같이 영원하지는 않기 때문에 반복적인 실험 결과, 장시간이 지나면 상기 영구 자석(21)의 자력이 소모되면서 전력 생산량이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 영구 기관이라 할 수 없다.

도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 마그넷 발전기(200)를 나타내는 외관 사시도이고, 도 5는 도 4의 마그넷 발전기(200)의 부품 분해 사시도이고, 도 6은 도 4의 마그넷 발전기(200)의 고정자(10) 및 회전자(20)를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 4의 마그넷 발전기(200)의 종단면을 나타내는 단면도이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 마그넷 발전기(200)는, 크게 고정 케이스(1)와, 전면 덮개(2)와, 후면 덮개(3)와, 고정자(10)와, 회전자(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 고정 케이스(1)는 상술된 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20)를 외부의 이물질이나 외력로부터 보호할 수 있는 수용 공간을 갖는 것으로서, 상기 수용 공간에 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20)를 조립한 다음, 상기 고정 케이스(1)의 전방 및 후방에 상기 전면 덮개(2)와 상기 후면 덮개(3)를 덮어서 제품화할 수 있다.

도 8은 도 4의 마그넷 발전기(200)의 고정자(10)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 9는 도 8의 마그넷 발전기(200)의 코일 모듈(14)을 나타내는 사시도이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 고정자(10)는, 그 내부에 상기 회전자(20)를 수용할 수 있는 전체적으로 원통 형상의 구조체인 것으로서, 코어(11) 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일(12)들이 설치되는 것으로서, 전방과 후방에 각각 개구(13a)가 형성되고, 외경면에 복수개의 홀(H1)들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원통형태의 고정 몸체(13)와, 상기 고정 몸체(13)의 상기 홀(H1)에 착탈 가능하게 설치되고, 상기 코어(11)와, 상기 코어(11)를 둘러싸는 절연성 수지 재질의 코일 베이스(15) 및 상기 코일 베이스(15)에 권취되는 코일(12)을 포함하는 코일 모듈(14) 및 상기 고정 몸체(13)의 상기 개구(13a)에 설치되고, 베어링(B)을 이용하여 상기 회전자(20)의 회전축(S)을 회전 지지하는 축지지판(16)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 코어(11)는, 보다 쉽게 전자석화될 수 있도록 탄소 성분이 포함된 탄소강 또는 산화철이 포함될 수 있다. 특히, 이러한 상기 코어(11)는 맴돌이 전류를 최소화하고 자화가 용이하도록 다양한 재질의 탄소강이 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 상기 코일 모듈(14)들은 상기 제어부(30)와 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 고정 몸체(13)의 외경면 및 상기 코일 베이스(15)에는 전선 안내홈(GH)이 형성될 수 있다. 이러한 상기 전선 안내홈(GH)은 도면에 국한되지 않고 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 전선 이외에도 각종 단자나 배선층들이 적용될 수 있다.

예컨대, 상기 전선 안내홈(GH)은 도면에 국한되지 않고 상기 고정 몸체(13)의 외경면에 가로줄 및 세로줄 형태로 형성될 수 있다.

따라서, 복수개의 상기 코일 모듈(14)들을 상기 고정 몸체(13)의 상기 홀(H1)에 삽입하여 고정적인 구조체를 형성할 수 있고, 상기 축지지판(16)을 이용하여 후술될 상기 회전자(20)를 회전이 자유롭게 지지하는 것이 가능하다.

도 10은 도 4의 마그넷 발전기(200)의 회전자(20)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 11은 도 10의 마그넷 발전기(200)의 영구 자석(21)을 나타내는 사시도이고, 도 14는 도 4의 마그넷 발전기(200)의 일례를 나타내는 사진이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 10, 도 11 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(20)는, 상기 고정자(10)의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일(12)들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석(21)이 설치되는 원기둥 형상의 구조체로서, 상기 고정자(10)의 상기 고정 몸체(13) 내부에 삽입되고, 상기 회전축(S)이 상기 축지지판(16)에 회전이 자유롭게 회전 지지되며, 외경면에 복수개의 홈(H2)들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원기둥 형태의 회전 몸체(22) 및 상기 회전 몸체(22)의 홈(H2)에 삽입되는 영구 자석(21)을 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 영구 자석(21)의 상기 코일 대향면은 구형 표면(21a)이 형성되어 상기 코일(12)과의 거리를 더욱 좁힐 수 있다.

한편, 상기 회전축(S)의 일지점을 기준으로 상기 회전자(20)의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석(21)의 개수를 이와 대응되는 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)의 개수로 나누면 무리수 또는 무한 소수가 될 수 있다.

예컨대, 상기 회전축(S)의 일지점을 기준으로 상기 회전자(20)의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석(21)의 개수는 12개이고, 이와 대응되는 상기 고정자(10)의 상기 코일의 개수는 11개일 수 있다.

또한, 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)은 상기 회전자(20)의 상기 영구 자석(21)과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특정 시간에 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성될 수 있다. 이러한 배치를 통해 회전 토크의 변화를 연속적으로 부드럽게 증폭시킬 수 있다.

또한, 맴돌이 전류를 방지할 수 있도록 상기 고정자(10)의 적어도 일부분 또는 상기 회전자(20)의 적어도 일부분은 절연성 수지 재질일 수 있다.

특히, 맴돌이 전류를 최소화할 수 있도록 예컨대, 상기 고정자(10)의 상기 고정 몸체(13)나 상기 회전자(20)의 상기 회전 몸체(22)나 상기 코일 베이스(15) 등은 최대한 절연성 수지 재질을 기반으로 제작될 수 있다. 예컨대, 아크릴이나 플라스틱 등 각종 폴리계열의 합성 수지가 적용될 수 있다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 영구 자석(21)은 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)의 위치에 정확하게 일치하여 대응되지 않기 때문에 대응되는 위치마다 인력에 의해 회전력이 급격하게 변동되어 회동 손실되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해서 매우 부드럽게 회전하면서 토크의 변화가 조금씩 연속적으로 상승하여 결과적으로 조그마한 힘으로도 회전수를 크게 증폭시킬 수 있다.

도 12는 도 4의 마그넷 발전기(200)의 제어부(30)를 나타내는 회로도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)는, 상기 고정자(10)의 상기 코일(12)들을 동시에 제어하는 릴레이 제어부(31)를 포함할 수 있다.

이외에도, 도시하지 않았지만, 상기 제어부(30)는, 발생되는 1차 교류를 직류로 변환하고, 변환된 직류를 2차 교류로 변환할 수 있도록 적어도 인버터, 컨버터 및 정류기 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.

이러한 상기 제어부(30)는 제어 모드에서 상기 코어(11)가 전자석이 되어 상기 회전자(20)가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일(12)에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서 상기 회전자(20)의 회전에 의해 상기 코일(12)들에서 발생되는 전기 에너지를 수집할 수 있는 기판, 회로 기판, 프로세서, 마이크로 프로세서, 중앙 처리 장치, 연산 장치, 프로그램 형태로 기록된 저장 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 전자 부품일 수 있다.

도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기를 이용한 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그넷 발전기를 이용한 제어 방법은, 스타트 모터나 인력 등 외부 동력을 이용하여 최초 상기 회전자(20)를 회전시키는 초기 회전 단계(S1)와, 회전되는 상기 회전자(20)로부터 초기 전력을 생산하는 초기 전력 생산 단계(S2)와, 상기 초기 전력으로 상기 제어부(30)가 제어 모드를 수행하여 상기 회전자(20)의 회전 속도를 높이는 제어 모드 수행 단계(S3)와, 상기 제어부(30)가 발전 모드를 수행하여 전기 에너지를 생산하는 전력 생산 단계(S4) 및 상기 제어 모드 수행 단계(S3)와, 상기 전력 생산 단계(S4)를 번갈아가면서 반복적으로 수행하여 기준 회전 속도로 상기 회전자의 회전수를 높이는 회전수 증폭 단계(S5)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 회전수가 너무 느리면 관성력을 충분히 얻을 수 없고, 너무 빠르면 기계적으로 각종 발열이나 부품 마모 현상이 발생될 수 있다.

따라서, 시뮬레이션 및 반복적인 실험 결과, 바람직하기로는 상기 회전수 증폭 단계(S5)에서, 상기 기준 회전 속도는 3000 RPM 내지 9000 RPM일 수 있다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 전력 생산 단계(S4)는, 생산된 1차 교류를 직류로 변환하는 직류 변환 단계(S41) 및 변환된 직류를 원하는 형태의 2차 교류로 변환하는 교류 변환 단계(S42)를 포함할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 마그넷 발전기의 사진이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 실제 제품으로 실험한 결과, 초기 구동력을 이용하여 이후 별도의 외부 동력이 없이도 자력 에너지를 소모하면서 시간당 10킬로 와트 이상의 전력을 생산할 수 있었다. 그러나, 이러한 실험 결과는 한정된 시간과 한정된 재화만으로 도출된 것으로, 설계상 이론적으로 수킬로에서 수백킬로 와트 이상의 전력 생산이 가능하고 이러한 경우, 영구 자석의 품질이나 코일의 권취 회수나 제품의 재질 등이 영향을 줄 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 고정 케이스
2: 전면 덮개
3: 후면 덮개
10: 고정자
11: 코어
12: 코일
13: 고정 몸체
14: 코일 모듈
15: 코일 베이스
16: 축지지판
20: 회전자
21: 영구 자석
22: 회전 몸체
30: 제어부
31: 릴레이 제어부
100, 200: 마그넷 발전기

Claims

코어 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일들이 설치되는 고정자;
상기 고정자의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석이 설치되는 회전자; 및
제어 모드에서는 상기 코어가 전자석이 되어 상기 회전자가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자의 회전에 의해 상기 코일들에서 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제어부;
를 포함하는, 마그넷 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 코어는, 탄소 성분이 포함된 탄소강인, 마그넷 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 고정자는,
전방과 후방에 각각 개구가 형성되고, 외경면에 복수개의 홀들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원통형태의 고정 몸체;
상기 고정 몸체의 상기 홀에 착탈 가능하게 설치되고, 상기 코어와, 상기 코어를 둘러싸는 절연성 수지 재질의 코일 베이스 및 상기 코일 베이스에 권취되는 코일을 포함하는 코일 모듈; 및
상기 고정 몸체의 상기 개구에 설치되고, 베어링을 이용하여 상기 회전자의 회전축을 회전 지지하는 축지지판;
을 포함하는, 마그넷 발전기.
제 3 항에 있어서,
상기 고정 몸체의 외경면 및 상기 코일 베이스에는 전선 안내홈이 형성되는, 마그넷 발전기.
제 3 항에 있어서,
상기 회전자는,
상기 고정자의 상기 고정 몸체 내부에 삽입되고, 상기 회전축이 상기 축지지판에 회전이 자유롭게 회전 지지되며, 외경면에 복수개의 홈들이 형성되는 절연성 수지 재질인 원기둥 형태의 회전 몸체; 및
상기 회전 몸체의 홈에 삽입되는 영구 자석;
을 포함하는, 마그넷 발전기.
제 5 항에 있어서,
상기 회전축의 일지점을 기준으로 상기 회전자의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석의 개수를 이와 대응되는 상기 고정자의 상기 코일의 개수로 나누면 무리수 또는 무한 소수가 되는 것인, 마그넷 발전기.
제 6 항에 있어서,
상기 회전축의 일지점을 기준으로 상기 회전자의 외경면에 등각 설치되는 상기 영구 자석의 개수는 12개이고, 이와 대응되는 상기 고정자의 상기 코일의 개수는 11개인, 마그넷 발전기.
제 7 항에 있어서,
상기 고정자의 상기 코일은 상기 회전자의 상기 영구 자석과 대응하는 대응면에 형성되는 전자석의 극성이 특정 시간에 N극과 S극을 번갈아가면서 배치되다가 적어도 일부는 N극과 N극 또는 S극과 S극이 이웃하게 형성되는, 마그넷 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 고정자의 상기 코일들을 동시에 제어하는 릴레이 제어부;
를 포함하는, 마그넷 발전기.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 발생되는 1차 교류를 직류로 변환하고, 변환된 직류를 2차 교류로 변환할 수 있도록 적어도 인버터, 컨버터 및 정류기 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는, 마그넷 발전기.
제 1 항에 있어서,
맴돌이 전류를 방지할 수 있도록 상기 고정자의 적어도 일부분 또는 상기 회전자의 적어도 일부분은 절연성 수지 재질인, 마그넷 발전기.
코어 둘레를 감싸는 형상으로 권취된 코일들이 설치되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전이 가능하게 설치되고, 회전시 자력 에너지를 이용하여 상기 코일들에 전류를 발생시킬 수 있는 영구 자석이 설치되는 회전자; 및 제어 모드에서는 상기 코어가 전자석이 되어 상기 회전자가 자력의 힘으로 강제 회전될 수 있도록 상기 코일에 자화 제어 신호를 인가하고, 발전 모드에서는 상기 회전자의 회전에 의해 상기 코일들에서 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제어부;를 포함하는 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법으로서,
스타트 모터나 인력 등 외부 동력을 이용하여 최초 상기 회전자를 회전시키는 초기 회전 단계;
회전되는 상기 회전자로부터 초기 전력을 생산하는 초기 전력 생산 단계;
상기 초기 전력으로 상기 제어부가 제어 모드를 수행하여 상기 회전자의 회전 속도를 높이는 제어 모드 수행 단계; 및
상기 제어부가 발전 모드를 수행하여 전기 에너지를 생산하는 전력 생산 단계;
를 포함하는, 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제어 모드 수행 단계와, 상기 전력 생산 단계를 번갈아가면서 반복적으로 수행하여 기준 회전 속도로 상기 회전자의 회전수를 높이는 회전수 증폭 단계;
를 더 포함하는, 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 회전수 증폭 단계에서, 상기 기준 회전 속도는 3000 RPM 내지 9000 RPM인, 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 생산 단계는,
생산된 1차 교류를 직류로 변환하는 직류 변환 단계; 및
변환된 직류를 원하는 형태의 2차 교류로 변환하는 교류 변환 단계;
를 더 포함하는, 마그넷 발전기를 이용한 발전 방법.