KR20180068325A - 모터의 무게에 의해 발전을 하는 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다람쥐가 쳇바퀴를 돌리는 형상을 응용한 것으로서; 다람쥐가 쳇바퀴를 돌리는 원동력은 다람쥐의 힘이 아니고 쳇바퀴의 중심축에서 멀리 떨어져있는 쳇바퀴의 가장자리에 다람쥐의 체중이 실리기 때문이다.
다람쥐가 시계의 6시 지점에서 3시 또는 9시 지점으로 걷게 되면, 다람쥐의 체중으로 인하여 회전이 이루어지고 3시 또는 9시 지점으로 점점 가까이 갈수록 회전력이 높아지게 되는데 중심축에서의 거리만큼의 지렛대의 원리가 작용하기 때문이다.
이때의 회전력은 다람쥐의 체중과 중심축에서의 각도와 쳇바퀴의 반지름의 증가에 비례하여 torque가 증가 한다.
만약; 다람쥐가 쳇바퀴의 밖갓 쪽, 6시 지점에 서서 쳇바퀴를 잡아당기며 돌린다면 어떻게 될까?
물론 악간의 회전은 하되 torque가 발생하지 않는다. 다만, 다람쥐의 체력만큼의 힘은 작용을 하되, 지렛대의 원리에 의한 체중이 실리지 않기 때문이다.
본 발명은 이 원리를 응용하여 작은 힘으로 큰 회전력을 생산하여 발전을 하는 발전체에 관한 것이다.

Description

모터의 무게에 의해 발전을 하는 발전장치{Generators that generate electricity by the weight of the motor}

본 발명은 다람쥐가 쳇바퀴의 가장자리를 뛰어갈 때 발생하는 쳇바퀴의 회전력 (torque)은 쳇바퀴의 반지름이 증가 할수록 증가하는 지렛대의 원리를 응용, 일정량의 전기 에너지를 이용하여 수십 배의 전력을 생산하는 발전장치이다.

여기에서 일정량이란, 작게는 1kw에서 크게는 수백kw까지 원동력으로 장착할 수 있으며 원동력과 회전체의 반지름을 크게 할수록 거기에 비례하여 전력생산량은 그만큼 배가 된다.

오늘날, 발전 방식에 있어서 원자력, 화력, 수력 등, 대용량의 발전을 제외한 소 용량의 발전 방식은 소 수력, 풍력, 태양열, 조력 등을 이용한다.

각기 나름대로 친 환경경적인 에너지원인 것은 분명한 사실이긴 하지만, 그 에너지원을 이용함에 있어서 각기 나름대로 지리적, 환경적, 등의 조건과 제약을 받게 되고, 발전 용량에 있어서도 극히 제한적인 한계가 있다.

대한민국 공개특허공보 제2014-0005005호(2014년9월18일, "동력증대 기어 메카니즘을 구비한 친환경 전기 생성 장치")

상기와 같이 소 용량의 발전방식에 있어서 풍력발전의 경우에는 특정한 지리적인 조건을 갖추어야 하며, 태양열 경우 날씨에 대한 환경적 제약과 용량에 있어서도 극히 제한적 일 수 밖에 없고, 조력 또한 지리적 환경적 제약이 매우 크다.

이에 본 빌명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 다람쥐가 쳇바퀴를 돌리는 원리와 지렛대의 원리를 응용하여 종래에 없는 새로운 방식의 발전체이다.

본 발명은 지리적 요건, 환경적인 요건, 에너지 원, 등에 있어서 영향을 받지 않고, 일정한 공간만 있으면 어느 곳 에서나 시설이 가능하며, 지하화 할 수도 있으며, 일정한 공간에서 집단화, 대형화를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 측면도이다.

본발명은 중심축(6)과 상기 중심축을 중심으로 하여 거치되어 회전하는 회전체(1)와 상기 중심축을 지지하는 중심축 베어링(7)과 상기 회전체의 내측에 장착된 회전체 내측기어(2)와 상기 중심축(6)에 장착된 행거 베어링(12)과 상기 행거베어링(12)에 일측이 연결된 행거(5)와 상기 행거의 타측에 연결된 기어드 모터(3)과 상기 기어드 모터(3)의 축에 장착된 모터기어(4)가 구비되고, 상기 회전체 내측기어(2)와 상기 모터기어(4)는 서로 맞물리도록 배치되며 상기 기어드 모터(3)의 회전에 의해 상기 기어드모터 축에 장착된 모터기어(4)가 회전함에 따라 상기 기어드모터(3)가 상기 회전체(1)의 0도 지점에서 구동을 시작하면 회전체 내측기어(2)를 타고 상기 회전체(1)의 90도 지점을 향해 이동하게 되고 상기 기어드 모터(3)의 무게에 의해 상기 모터기어(4)와 맞물린 상기회전체 내측기어(2)의 지점이 하강하게 되면서 회전체가 회전하는 것을 특징으로 하는 기어드 모터의 무게에 의해 회전체가 회전하여 발전을 하는 발전체에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 회전체(1)와 연결된 회전체풀리(8)와 상기 회전체(1)의 회전력에 의해 전기를 발전하는 발전기(11)와 상기 발전기(11)와 연결된 발전기풀리(9)와 상기 회전체 풀리(8)와 상기 발전기풀리(9)를 연결하는 밸트(10)로 이루어져 상기 회전체의 회전력이 상기 발전기(11)에 전달되어 회전시키는 특징으로 하는 기어드 모터의 무게에 의해 회전체가 회전하여 발전을 하는 발전체에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 기어드모터가 연속으로 회전되어 상기 기어드 모터가 상기 회전체의 0도 지점에서 90도 지점으로 이동하는 작용과 상기 회전체가 하강하는 작용이 반복됨에 따라 상기 회전체가 연속회전이 이루어지고 상기 연속회전이 상기 발전기(11)로 전달되어 전기를 연속 생산하는 것을 특징으로 하는 기어드 모터의 무게에 의해 회전체가 회전하여 발전을 하는 발전체에 관한 것이다.

본 발명품에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.

1) 회전체(1)가 회전체(1)의 중심축(6)에 진원이 되게 거치를 한다.

회전체(1)의 내 측면에 기어(2)를 장착 한다. 중심축(6)에 베아링(7)을 장착하고 행거(5)를 베아링(12)에 거치하고 행거(5)의 아래쪽에 기어드 모터(3)을 장착한다. 기어드 모터의 축에 기어(4)를 장착하여 두 기어가 서로 맞물리게 배치를 한다. 기어(2)와 기어(4)의 비율은 15:1로 한다.

기어드 모터(3)은 초기 기동시 순간 급회전 제어 및 적정회전수를 제어하기 위하여 인버터를 장착한다.

2) 회전체(1)의 반지름과 기어드 모터(3)의 크기는 가능한 범위에서 반지름을 얼마든지 크게 할 수 있고 그것은 곧 회전력의 증가로 이어지게 되지만 이장에서는 회전체(1)의 반지름이 3m이고 기어드 모터(3)의 무게가 50kg일 때의 값을 적용하여 설명을 하면,

기어드모터(3)가 도.1 회전체의 0도 지점에서 구동을 시작하면 기어(2)를 타고 90도 지점으로 기어오르게 되고, 회전체(1)는 기어드모터(3)의 무게에 의하여 하강을 하게 된다. 기어오려려는 작용과 하강하려는 작용이 반복됨으로 서, 이는 마치 다람쥐가 쳇바퀴를 돌리는 현상을 이루게 된다, 기어드모터(3)의 기동 초기 약 1분 동안은 인버터를 이용, 낮은 속도에서 시작하여 점차 속도를 높이고 기어드모터(3)의 rpm이 400이 됐을 때, 회전체(1)의 회전속도는 약 30rpm이 된다.

기어드모터(3)가 45도 지점에 이를 경우 중심축에서의 수평거리는 약 2.1m이고 이것을 torque로 산출하면 9.8n.m×50kg×2.1m=1029n.m이 되고 최고치인 90도 지점에 이르게되면, 9.8×50×3=1470n.m 이된다.

이것은 곧 2.1m 또는 3m의 지렛대를 이용하여 50kg의 힘으로 누르는 것과 같으며 기어드모터를 크게 하거나 회전체의 크기를 크게 하기에 따라서 torque 는 무한히 커질 수 있다.

효율을 감안하여 약 50도 각도인 2.5m거리로 환산하면 9.8×50×2.5=1225n.m이다. 이 때의 회전속도는 30rpm 임으로 발전기(11)의 사양 200rpm 으로 맞추기 위해 벨트풀리(8)과 (9)를 1대7로 증속을 한다.

증속과정에서 약 10%정도 torque의 효율감소를 감안하면 1100n.m의 회전력이 생산된다. 이 회전력에 20KW 380V 200rpm 정격torque 955n.m 의 저속발전기(11)를 장착하면 기어드모터(3)의 에너지 1.5KW를 이용하여 최소 그 13배인 20KW의 전력이 생산된다. 이 발전기동체에 필요한 정격 torque는 955n.m임으로 20KW의 전력생산은 최소한의 수치다.

3) 회전체(1)의 반지름을 풍력발전기의 브레이드 와 비슷한 10m로 했을 때의 값을 계산하면 9.8×50×10=4900n.m의 torque가 생산된다. 이 수치는 20kw의발전기를 약5대(4900nm÷955nm)를 가동 할 수 있는 수치이다.. 단, 이 수치는 본 원리를 설명하기 위한 이론상의 수치이며 증속과정에서 상당한 감소가 되는 것을 감안하여, 증속과정에서 효율이 반으로 감소한다 하더라도 2대를 가동한다고 했을 때, 40KW의 전력이 생산된다. 즉, 1.5KW의 기어드모터(3)을 이용하여 이것이 소모하는 전력의 26배를 생산할 수 있다는 계산이 산출된다.

4) 위 2),3) 항을 기초로 하여 회전체(1)의 반지름의 증가와 이에 장착되는 기어드모터(3)의 증가에 따라 생산되는torque의 량은 그에 비례하여 증가한다.

반지름이 10m인 회전체(1)에 무게가1100kg인 50kw 기어드모터를 장착했을 때의 torque는 9.8×1100×10=107.800n.m이다. 이 수치는 955nm인 20kw 발전기 112대를 가동 할 수 있는 수치이고, 112×20kw=2240kw의 전력을 생산 할 수 있는 수치이다. 이 수치는 물론 이론상의 수치이고 증속과정 등에서 상당한 효율의 감소를 감안하여 그것의 반만 계산하더라도 약 1100kw의 전력을 50kw의 전력을 이용하여 생산 할 수 있다.

1: 회전체 2: 회전체 내측기어
3: 기어드 모터(1.5kw 5:1 중량 50kg)
4: 기어드 모터에 장착된 모터기어 5: 기어드 모터와 연결된 행거.
6: 회전체의 중심축 7은 중심축 베어링
8: 회전체 풀리(700Ø) 9: 발전기 풀리(100Ø)
10: 벨트
11: 발전기 동체 ( 20 kw 200rpm 정격torque 955n.m )
12: 행거(5)베어링.

Claims (2)

1. 중심축(6);과
   상기 중심축을 중심으로 하여 거치되어 회전하는 회전체(1);와
   상기 중심축을 지지하는 중심축 베어링(7);과
   상기 회전체의 내측에 장착된 회전체 내측기어(2);와
   상기 중심축(6)에 장착된 행거 베어링(12);과
   상기 행거베어링(12)에 일측이 연결된 행거(5);와
   상기 행거의 타측에 연결된 기어드 모터(3);과
   상기 기어드 모터(3)의 축에 장착된 모터기어(4);가 구비되고
   상기 회전체 내측기어(2)와 상기 모터기어(4)는 서로 맞물리도록 배치되며
   상기 기어드 모터(3)의 회전에 의해 상기 기어드모터 축에 장착된 모터기어(4)가 회전함에 따라
   상기 기어드모터(3)가 상기 회전체(1)의 0도 지점에서 구동을 시작하면 회전체 내측기어(2)를 타고 상기 회전체(1)의 90도 지점을 향해 이동하게 되고
   상기 기어드 모터(3)의 무게에 의해 상기 모터기어(4)와 맞물린 상기회전체 내측기어(2)의 지점이 하강하게 되면서 회전체가 회전하는 것을 특징으로 하는 기어드 모터의 무게에 의해 회전체가 회전하여 발전을 하는 발전장치.
2. 제1항에 있어서
   상기 회전체(1)와 연결된 회전체풀리(8);과
   상기 회전체(1)의 회전력에 의해 전기를 발전하는 발전기(11);
   상기 발전기(11)와 연결된 발전기풀리(9);와
   상기 회전체 풀리(8)와 상기 발전기풀리(9)를 연결하는 벨트(10);으로 이루어져
   상기 회전체의 회전력이 상기 발전기(11)에 전달되어 회전시키는 특징으로 하는 기어드 모터의 무게에 의해 회전체가 회전하여 발전을 하는 발전장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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